一种水肥一体式灌溉的远程监控设备制造技术

本发明专利技术公开了一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，包括PLC控制器、传感器控制器和无线数传终端，所述PLC控制器的控制端通电磁阀连接有水泵，所述PLC控制器的信号端通过RS485与无线数传终端相连接，所述PLC控制器的内部还设置有控制电路，所述控制电路的控制端与传感器控制器相连接，所述传感器控制器的信号端连接有数据融合模块，所述传感器控制器的控制端还连接有传感器开关控制电路，整个设备采用簇内构造数据融合树和簇间基于移动代理模型的结合方式，减少网络拥塞，均衡节点能耗，提高网络的生命周期，不仅能提高状态监控的效率，而且能对监控设备的安全状态做出准确的判断，降低节点耗能，延长网络生命周期，保护数据的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种水肥一体式灌溉的远程监控设备
本专利技术实施例涉及水肥灌溉监控
，具体涉及一种水肥一体式灌溉的远程监控设备。
技术介绍
自动化、智能化的节水灌溉方法已成为全世界灌溉技术发展的趋势。目前，先进的节水灌溉制度，由传统农业的充分灌溉方式向非充分发展。进行用水监测预报，采用先进传感器来监测墒情和环境信息以及生长状况，实现自动化的动态管理。而且要真正实现水资源的高效利用，应该统一考虑水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水需肥规律等方面，做到多种水来源联合调用，实现按需、按期、按量的自动供水。但是，现有的水肥一体式灌溉的远程监控设备及方法存在以下缺陷：(1)目前，农业环境监控发展逐渐走向网络化、智能化，农业生产领域对于远程监控技术应用不断增加。但由于农业生产过程中涉及的对象形式多样，环境要素较为复杂，多变化，同时农业监控现场往往比较偏远分散，周围环境恶劣，对于监控系统的构建造成了很大的阻碍，尤其在远程通信方面问题居多，如采用有线的方式对其进行监控面临布线过长等问题，在远程信息获取和通信过程中仍存在“最后一公里”连接的瓶颈现象；(2)目前，在监控设备中虽然能够节省传感器的耗费能量，但可能会带来网络传输延迟的提高，信息的精准性的减小和系统鲁棒性减小等缺点。同时由于传感器网络自身存在的开放性分布特点以及无线广播通信方面的安全隐患问题，如何保证系统运行的机密性、数据采集的可靠性以及数据传输的安全性，都是需要解决的问题。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，以解决现有技术中由于监控环境复杂、以及传感网络数据冗余度大而导致的系统运行的机密性、数据采集的可靠性以及数据传输的安全性等问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，包括PLC控制器、传感器控制器和无线数传终端，其特征在于，所述PLC控制器的控制端通电磁阀连接有水泵，所述PLC控制器的交互端口通过OPC串口连接有现场集控计算机，所述PLC控制器的信号端通过RS485与无线数传终端相连接，所述PLC控制器的内部还设置有控制电路，所述控制电路的控制端与传感器控制器相连接，所述传感器控制器的信号端连接有数据融合模块，所述传感器控制器的控制端还连接有传感器开关控制电路。本专利技术实施例的特征还在于，所述控制电路包括固定继电器和触发三级管，所述固定继电器的输出端通过控制线路与触发三级管的集电极相连接，所述触发三级管的发射极直接接地，所述触发三级管的基极分别串联连接有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻之间连接有控制信号线，所述触发三级管的集电极还分别连接有第一二级管和第二二极管，所述第一二级管和第二二极管之间设置为并联连接，所述第一二级管的导通端还串联连接有第三电阻，所述固定继电器的控制端连接有排针。本专利技术实施例的特征还在于，所述传感器开关控制电路包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管的基极通过第四电阻与传感器控制器的控制端相连接，所述第一三极管的集电极分别连接有第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的另一端连接有电源，所述第六电阻的另一端与第二三极管基极相连接，所述第二三极管的集电极与电源相连接，所述第二三极管的发射极与PLC控制器相连接。本专利技术实施例的特征还在于，所述数据融合模块采用基于分簇技术的数据融合算法对传感器节点进行计算，分析节点能量及阀值大小。本专利技术实施例的特征还在于，所述数据融合算法包括以下步骤：S1，初始化Q个不同的粒子，每个粒子表示一种可能的分簇方式，同时初始化最大循环次数Max；S2，对每个粒子p(p＝1，2，3…Q)进行计算，求出粒子最优值；S3，确定种群内每个粒子的个体最优值，以及种群的最优值；S4，根据种群最优值更新传感器各种数据信息，在候选簇头内，搜寻距离最短的位置，同时粒子位置信息进行修改，再次执行此步骤寻找最优值M。本专利技术实施例的特征还在于，所述步骤S1中分簇方式采用改进后的DCHS算法，假设传感网络G中包含N个节点，预先定义分为K个簇，每个节点随机产生一个(0，1)之间的数，如果某节点选择的值小于阀值T(n)，则该节点为候选簇头，簇头在候选簇头中产生，则：其中p传感节点选为候选簇头的概率；r为目前循环的次数；G为轮中不曾选为候选簇头的节点集合，En_current和En_max分别表示该节点的当前能量以及初始能量，rs表示连续未选为候选簇头的次数。本专利技术实施例的特征还在于，所述步骤S2中最优值采用PSO算法计算，假设种群内不同的粒子表示不同的分簇结构，目标函数结果表示该分簇结构的性能，首先初始化m个粒子为一个种群，求出最优解，保证目标函数值的最小化，目标函数如下：cost＝βf1+(1-β)f2其中，f1表示节点紧凑程度，d(ni，CHp，K)表示节点与簇头的相对距离，|Cp，K|是该簇内节点的数量，f2表示簇头的能量高低，β表示不同因子之间的权重系数。本专利技术实施例的特征还在于，所述步骤S3中利用DFACT算法再对簇内节点进行数据融合，设节点的出入度度数为Deg，同时记Loop为数据融合循环次数的最大值，且融合结果簇头为每个传感节点分配一个时延MergeD，在MergeD时间内分配一个连通时延ConnD和一个融合时延AggD：其中，MAX_DEPTH簇内算法生成的数据融合树的高度。本专利技术实施例的特征还在于，所述S3中的DFACT算法采用sum函数为数据融合函数，则数据融合函数y(t)为：其中，di(t)表示簇内传感节点i在t时刻内收集到的数据本专利技术实施例具有如下优点：(1)本专利技术的水肥一体式灌溉的远程监控设备及方法，可以降低测量的工作量、节约成本、提高工作效率，有效的解决了农业现场实地获取数据的局限性与时延性，能够准确实时采集农作物周围的环境，及时获得机械工作现场的实时状况、环境数据以及控制现场设备，达到无人值守下的智能化监控；(2)本专利技术的水肥一体式灌溉的远程监控设备及方法，采用簇内构造数据融合树和簇间基于移动代理模型的结合方式，减少网络拥塞，均衡节点能耗，提高网络的生命周期，并且通过构造数据融合树降低数据通信的延迟，不仅能提高状态监控的效率，而且能对监控设备的安全状态做出准确的判断，降低节点耗能，延长网络生命周期，保护数据的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。图1为本专利技术实施例1提供的整体模块示意图；图2为本专利技术实施例2提供的控制电路图；图3为本专利技术实施例3提供的传感器开关控制电路图。图中：1-PLC控制器；2-电磁阀；3-水泵；4-现场集控计算机；5-无线数传终端；6-控制电路；7-传感器控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，包括PLC控制器(1)、传感器控制器(7)和无线数传终端(5)，其特征在于，所述PLC控制器(1)的控制端通电磁阀(2)连接有水泵(3)，所述PLC控制器(1)的交互端口通过OPC串口连接有现场集控计算机(4)，所述PLC控制器(1)的信号端通过RS485与无线数传终端(5)相连接，所述PLC控制器(1)的内部还设置有控制电路(6)，所述控制电路(6)的控制端与传感器控制器(7)相连接，所述传感器控制器(7)的信号端连接有数据融合模块(9)，所述传感器控制器(7)的控制端还连接有传感器开关控制电路(8)。

【技术特征摘要】
1.一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，包括PLC控制器(1)、传感器控制器(7)和无线数传终端(5)，其特征在于，所述PLC控制器(1)的控制端通电磁阀(2)连接有水泵(3)，所述PLC控制器(1)的交互端口通过OPC串口连接有现场集控计算机(4)，所述PLC控制器(1)的信号端通过RS485与无线数传终端(5)相连接，所述PLC控制器(1)的内部还设置有控制电路(6)，所述控制电路(6)的控制端与传感器控制器(7)相连接，所述传感器控制器(7)的信号端连接有数据融合模块(9)，所述传感器控制器(7)的控制端还连接有传感器开关控制电路(8)。2.根据权利要求1所述的一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，其特征在于，所述控制电路(6)包括固定继电器(M)和触发三级管(Q1)，所述固定继电器(M)的输出端通过控制线路与触发三级管(Q1)的集电极相连接，所述触发三级管(Q1)的发射极直接接地(GND)，所述触发三级管(Q1)的基极分别串联连接有第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间连接有控制信号线(PL1)，所述触发三级管(Q1)的集电极还分别连接有第一二级管(D1)和第二二极管(D2)，所述第一二级管(D1)和第二二极管(D2)之间设置为并联连接，所述第一二级管(D1)的导通端还串联连接有第三电阻(R3)，所述固定继电器(M)的控制端连接有排针(JP1)。3.根据权利要求1所述的一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，其特征在于，所述传感器开关控制电路(8)包括第一三极管(Q11)和第二三极管(Q12)，所述第一三极管(Q11)的基极通过第四电阻(R4)与传感器控制器(7)的控制端相连接，所述第一三极管(Q11)的集电极分别连接有第五电阻(R5)和第六电阻(R6)，所述第五电阻(R5)的另一端连接有电源(VCC)，所述第六电阻(R6)的另一端与第二三极管(Q12)基极相连接，所述第二三极管(Q12)的集电极与电源(VCC)相连接，所述第二三极管(Q12)的发射极与PLC控制器相连接。4.根据权利要求1所述的一种水肥一体式灌溉的远程监控设备，其特征在于，所述数据融合模块(9)采用基于分簇技术的数据融合算法对传感器节点进行计算，分析节点能量及阀值大小。5.根据权利要求4所述的一种水肥一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙锋申，魏燕，马伟顺，陈锋，李超，
申请(专利权)人：莱芜职业技术学院，
类型：发明
国别省市：山东,37