一种用于果树灌溉自动化控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于果树灌溉技术领域，公开了一种用于果树灌溉自动化控制系统及方法，所述用于果树灌溉自动化控制系统包括：湿度检测模块、温度检测模块、水压检测模块、主控模块、灌溉量确定模块、启动设定模块、抽水模块、喷洒模块、报警模块、显示模块。本发明专利技术通过灌溉量确定模块结合根据气象数据计算的待灌溉区域的果树蒸散量和测量得到的待灌溉区域的水量消耗，可以提高灌溉方案的准确度；同时，通过报警模块判断所述用水量是否大于阈值，向用户发送告警信息，使农业灌溉处于非正常状态是用户能够及时得到消息提醒，从而对农业灌溉用水量进行调整。

An Automatic Control System and Method for Fruit Tree Irrigation

The invention belongs to the field of fruit tree irrigation technology, and discloses an automatic control system and method for fruit tree irrigation. The automatic control system for fruit tree irrigation includes humidity detection module, temperature detection module, water pressure detection module, main control module, irrigation quantity determination module, start setting module, pumping module, spraying module, alarm module and display module. The invention improves the accuracy of irrigation scheme by combining the irrigation quantity determination module with the evapotranspiration of fruit trees in the area to be irrigated calculated according to meteorological data and the water consumption in the area to be irrigated measured; at the same time, it judges whether the water consumption is larger than the threshold value by the alarm module, and sends alarm information to the user so that the agricultural irrigation is in an abnormal state in time. Get the message to remind, thus adjust the amount of irrigation water for agriculture.

【技术实现步骤摘要】
一种用于果树灌溉自动化控制系统及方法
本专利技术属于果树灌溉
，尤其涉及一种用于果树灌溉自动化控制系统及方法。
技术介绍
灌溉为地补充果树所需水分的技术措施。为了保证果树正常生长，获取高产稳产，必须供给果树以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足果树对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。灌溉，即用水浇地。灌溉原则是灌溉量、灌溉次数和时间要根据药用植物需水特性、生育阶段、气候、土壤条件而定，要适时、适量，合理灌溉。其种类主要有播种前灌水、催苗灌水、生长期灌水及冬季灌水等。然而，综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有灌溉过程中测量得到土壤的实际含水量，实验或仪器测量不适合多点进行，测得的土壤实际含水量仅能代表局部土壤，不能代表大范围土壤的实际含水量，导致灌溉量不准确；同时，用户对于这种用水量大量损失的时候只有在向水利公司缴费或查询的时候才知道，导致农业灌溉用水量不能得到及时调整。(2)现有技术中压力传感器采用硅压阻式压力传感器易发生温度漂移问题，采用BP网络收敛算法速度慢和易陷入局部极值的缺陷，不能有效的抑制温度对压力传感器输出的影响，降低了传感器的稳定性和准确性。(3)现有技术中湿度传感器实时检测果树土壤湿度数据过程中，易受温度影响，采用目前的算法进行温度补偿，不能有效的提高拟合训练速度，补偿精度，降低了传感器的测量精度和可靠性，(4)现有技术中，控制对数据进行分类的过程中，采用传统的算法，不能获得全局最优的结果。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于果树灌溉自动化控制系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种用于果树灌溉自动化控制方法，所述用于果树灌溉自动化控制方法包括：第一步，实时检测果树土壤湿度数据，实时检测果树环境温度数据；实时检测果树灌溉供水水压数据；第二步，根据上述检测的数据，确定灌溉时机和灌溉水量数据；第三步，利用智能开关根据检测湿度、温度数据及灌溉量自动启动水泵、喷水头进行灌溉；第四步，根据灌溉量超标进行及时报警通知；利用显示器显示果树灌溉自动化系统界面及检测的湿度、温度、水压数据信息。进一步，通过湿度传感器实时检测果树土壤湿度数据过程，采用RBF神经网络与最小二乘相结合的融合算法，具体包括：步骤一，网络初始化，随机选取n个训练样本作为聚类中心ci(i＝1，2，…，n)；步骤二，将输入的训练样本集合按最近邻规则分组，然后重新调整聚类中心，最后得到的ci为络传输函数的中心；步骤三，求解网络基函数为高斯函数时的方差i＝1，2，…，n，其中cmax为所选取中心之间的最大距离；步骤四，计算隐含层和输出层之间的权值w为：(p＝1，2，…，P；i＝1，2，…，n)；步骤五，由式计算性能指标J，然后进行权值调整；其中有k组输入样本uk和输出样本yk，k＝1，2…L，是在uk输入下网络的输出向量；步骤六，判断性能指标是否满足条件J≤ζ，若满足，结束训练，否则令J＝0返回步骤二重复上述训练过程，直到满足条件为止。进一步，通过压力传感器实时检测果树灌溉供水水压数据，采用基于PSO的BP神经网络温度补偿算法，具体包括以下步骤：步骤一，对输入数据进行标准化处理，将数据分为测试数据和训练数据，初始化BP网络结构，设定输入层、隐层、输出层的神经元个数；初始化粒子群及每个粒子速度；步骤二，计算每个粒子的适应度：输入一个粒子，按BP网络的前向计算方法计算出每个粒子的输出值及其均方误差；再计算出所有样本的均方差，计算该粒子的适应度；继续输入其他粒子，计算出所有粒子的适应度；步骤三，比较适应度，确定每个粒子的个体极值点和全局最优极值点：若present＞pbest，pbest＝present，则pbest＝present；否则，pbest不变；若present＞gbest，则gbest＝present；否则gbest不变；步骤四，更新每个粒子的位置和速度，判断更新后的速度和位置是否在限定的范围内；1)考虑速度时，若vij＞vmax，则vij＝vmax，否则vij不变；2)考虑位置时，若xij＜xmin，则，xij＝xmax，否则xij不变；其中vmax，xmin都为常数；步骤五，迭代次数若达到最大迭代次数或k与k+1次迭代过程中的全局最优极值的绝对差值abs(gbest(k+1)-gbest(k))低于设定的最小误差，则迭代过程结束，算法收敛时最后一次迭代的全局最优值，gbest中每一维的权值和阈值就是所求的；否则返回步骤一；步骤六，将PSO优化好的权值和阈值作为BP网络的初始权值和阈值对网络进行训练。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述用于果树灌溉自动化控制方法的用于果树灌溉自动化控制系统，所述用于果树灌溉自动化控制系统包括：湿度检测模块，与主控模块连接，用于通过湿度传感器实时检测果树土壤湿度数据；温度检测模块，与主控模块连接，用于通过温度传感器实时检测果树环境温度数据；水压检测模块，与主控模块连接，用于通过压力传感器实时检测果树灌溉供水水压数据；主控模块，与湿度检测模块、温度检测模块、水压检测模块、灌溉量确定模块、启动设定模块、抽水模块、喷洒模块、报警模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；灌溉量确定模块，与主控模块连接，用于确定灌溉时机和灌溉水量数据；启动设定模块，与主控模块连接，用于通过智能开关根据检测湿度、温度数据及灌溉量自动启动水泵、喷水头进行灌溉；抽水模块，与主控模块连接，用于通过水泵进行抽水操作；喷洒模块，与主控模块连接，用于通过喷水头对果树进行喷水操作；报警模块，与主控模块连接，用于通过报警器根据灌溉量超标进行及时报警通知；显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示果树灌溉自动化系统界面及检测的湿度、温度、水压数据。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述用于果树灌溉自动化控制方法的果树灌溉平台。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过灌溉量确定模块结合根据气象数据计算的待灌溉区域的果树蒸散量和测量得到的待灌溉区域的水量消耗，来确定待灌溉区域的灌水时机和灌水量，由于根据气象数据计算的果树蒸散量适用的范围大，测量得到的水量消耗虽然适用范围小，但是数据准确，因此，通过结合果树蒸散量和水量消耗，可以提高灌溉方案的准确度；同时，通过报警模块判断所述用水量是否大于阈值，向用户发送告警信息，使农业灌溉处于非正常状态是用户能够及时得到消息提醒，从而对农业灌溉用水量进行调整。本专利技术中湿度检测模块通过湿度传感器实时检测果树土壤湿度数据过程中，易受温度影响，为了使湿度传感器具有拟合训练速度快，补偿精度高，提高传感器的测量精度和可靠性，采用RBF神经网络与最小二乘相结合的融合算法。本专利技术中水压检测模块通过压力传感器实时检测果树灌溉供水水压数据，其中压力传感器采用硅压阻式压力传感器，但是硅压阻式压力传感器易发生温度漂移问题，为了克服BP网络收敛速度慢和易陷入局部极值的缺陷，有效的抑制温度对压力传感器输出的影响，提高传感器的稳定性和准确性，采用基于PSO的BP神经网络温度补偿算法。本专利技术中主控模块在对温度数据、湿度数据、水压数据等进行分类的过程中，为了获得全局最优的效果，采用K-means聚类算法。附图说明图1是本专利技术实施例提供的用于果树灌溉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于果树灌溉自动化控制方法，其特征在于，所述用于果树灌溉自动化控制方法包括：第一步，实时检测果树土壤湿度数据，实时检测果树环境温度数据；实时检测果树灌溉供水水压数据；第二步，根据上述检测的数据，确定灌溉时机和灌溉水量数据；第三步，利用智能开关根据检测湿度、温度数据及灌溉量自动启动水泵、喷水头进行灌溉；第四步，根据灌溉量超标进行及时报警通知；利用显示器显示果树灌溉自动化系统界面及检测的湿度、温度、水压数据信息。

【技术特征摘要】
1.一种用于果树灌溉自动化控制方法，其特征在于，所述用于果树灌溉自动化控制方法包括：第一步，实时检测果树土壤湿度数据，实时检测果树环境温度数据；实时检测果树灌溉供水水压数据；第二步，根据上述检测的数据，确定灌溉时机和灌溉水量数据；第三步，利用智能开关根据检测湿度、温度数据及灌溉量自动启动水泵、喷水头进行灌溉；第四步，根据灌溉量超标进行及时报警通知；利用显示器显示果树灌溉自动化系统界面及检测的湿度、温度、水压数据信息。2.如权利要求1所述的用于果树灌溉自动化控制方法，其特征在于，通过湿度传感器实时检测果树土壤湿度数据过程，采用RBF神经网络与最小二乘相结合的融合算法，具体包括：步骤一，网络初始化，随机选取n个训练样本作为聚类中心ci(i＝1，2，…，n)；步骤二，将输入的训练样本集合按最近邻规则分组，然后重新调整聚类中心，最后得到的ci为络传输函数的中心；步骤三，求解网络基函数为高斯函数时的方差其中cmax为所选取中心之间的最大距离；步骤四，计算隐含层和输出层之间的权值W为：步骤五，由式计算性能指标J，然后进行权值调整；其中有k组输入样本uk和输出样本yk，k＝1，2…L，是在uk输入下网络的输出向量；步骤六，判断性能指标是否满足条件J≤ζ，若满足，结束训练，否则令J＝0返回步骤二重复上述训练过程，直到满足条件为止。3.如权利要求1所述的用于果树灌溉自动化控制方法，其特征在于，通过压力传感器实时检测果树灌溉供水水压数据，采用基于PSO的BP神经网络温度补偿算法，具体包括以下步骤：步骤一，对输入数据进行标准化处理，将数据分为测试数据和训练数据，初始化BP网络结构，设定输入层、隐层、输出层的神经元个数；初始化粒子群及每个粒子速度；步骤二，计算每个粒子的适应度：输入一个粒子，按BP网络的前向计算方法计算出每个粒子的输出值及其均方误差；再计算出所有样本的均方差，计算该粒子的适应度；继续输入其他粒子，计算出所有粒子的适应度；步骤三，比较适应度，确定每个粒子的个体极值点和全局最优极值点：若present＞pbest，pbest＝present，则Pb...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊从建，
申请(专利权)人：重庆鲜果集橙汁有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50