一种基于土壤和大气监测的灌溉方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于土壤和大气监测的灌溉方法和系统，包括导向轨道、可移动灌溉模块、停靠模块、种植模块。可移动灌溉模块具有喷灌和微喷两种灌溉方式，针对不同种植模块中的植物，执行针对性的喷灌策略，能够对局部的温度、湿度进行调节，以适应植物生长的需要；通过可移动灌溉模块与导向轨道的配合实现定时浇灌，并且配合停靠模块实现自动充电，加水，实现了灌溉的自动化，可降低工人的工作强度和难度，有利于提高灌溉的效率。通过多种导轨的灵活组合，可适配不同的种植场地，使用更加灵活，适配的范围大。

An irrigation method and system based on Soil and air monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种基于土壤和大气监测的灌溉方法和系统
本专利技术涉及灌溉
，具体涉及一种基于土壤和大气监测的灌溉方法和系统。
技术介绍
灌溉为地补充作物所需水分的技术措施。为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉。申请号为CN201110056846.3的专利文件公开了一种抗旱补充灌溉系统，由潜水泵、空气压缩机、车载水箱、车载压缩空气蓄能罐以及插入式可移动灌溉系统等部分组成。特点是：省水，灌溉水的利用率高达95％以上；省钱，除运输外，没有使用柴油、气油；高效，系统设备可重复利用，快速移动；适应性强，可远距离取水，解决了没有灌溉条件的分散地块进行补充灌溉的难题。但此方案中，无法实现浇灌的自动化，也无法根据实际的种植环境和实时天气进行针对性的灌溉，对于混合园林，种植环境不同、植物的品种多、每种植物适宜的生长参数也不同，无法做到针对性的灌溉，不利于植物的生长。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于土壤和大气监测的灌溉方法和系统，通过可移动灌溉模块、导向轨道、种植模块的相互配合，实现灌溉过程的自动化，同时可根据实时的种植环境，提供适合的灌溉策略，并改善种植环境。本专利技术所要解决的技术问题为：(1)如何针对不同的土壤含水量、温度以及湿度，对不同生长环境的植物进行自动化的灌溉，达到保证灌溉效果的同时，提高灌溉效率。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于土壤和大气监测的灌溉方法，该方法的具体步骤如下：步骤一、若可移动灌溉模块运行至导向轨道的停靠段导轨，则获取可移动灌溉模块中的供电单元和储水单元的数据，当电量或是储水量不足时，可移动灌溉模块与设置在导向轨道两端的停靠模块连接，进行注水和充电，且可移动灌溉模块中的驱动单元每隔固定时间段，驱动单元启动一次，驱动可移动灌溉模块向导向轨道的另一端运动；步骤二、若可移动灌溉模块运行至导向轨道的灌溉段导轨，则灌溉段导轨向可移动灌溉模块发送暂停指令，接收到暂停指令后，可移动灌溉模块停止运动；步骤三、在可移动灌溉模块停止运动后，可移动灌溉模块获取灌溉段导轨两侧的种植模块中种植的植物信息、土壤的含水量以及可移动灌溉模块所在位置的空气的湿度和温度，并经过数据处理单元处理后，生成灌溉策略，在生成灌溉策略后，根据灌溉策略对植物进行灌溉；步骤四、在完成灌溉策略后，驱动单元重新驱动可移动灌溉模块运动，再按照步骤二和步骤三穿过多个灌溉段导轨和连接段导轨后，运动至导向轨道另一端的停靠段导轨后停止，并开设计时新一轮的固定时间段。进一步的，所述可移动灌溉模块在灌溉段导轨上停止运动和重新运动的具体步骤如下：S1、可移动灌溉模块的近距离通信单元进入灌溉段导轨的近距离通信单元通信范围后，灌溉段导轨与可移动灌溉模块进行通信连接；S2、建立通信连接后，灌溉段导轨向可移动灌溉模块发出暂停指令，S3、可移动灌溉模块接收暂停指令后，传输至数据处理单元，驱动单元根据实时速度，调节减速度a，使可移动灌溉模块在距离L内运动的速度降为0；S4、在两侧种植模块的灌溉策略均完成后，驱动单元调节加速度b，使可移动灌溉模块在距离M内运动速度增加至定值V。进一步的，所述数据处理单元生成灌溉策略的具体步骤如下：SS1、可移动灌溉模块的近距离通信单元进入种植模块的近距离通信单元通信范围后，种植模块与可移动灌溉模块进行通信连接，获取两侧的种植模块各自的土壤的含水量，分别记为w1和w2，同时可移动灌溉模块所在位置的空气的湿度和温度，并记为S和T；SS2、获取种植模块中的植物信息，从中筛选出该植物对应的土壤含水量的最低值wl和标准值wb；SS3、w1和w2分别与wl比较大小，若小于wl，则判断结果标注为需要灌溉，若大于wl，则判断结果标注为无需灌溉；SS4、对于需要灌溉的种植模块，比较S与该植物的预设的标准湿度阈值S’的大小，若S大于S’，则灌溉方式标注为喷灌，若S小于S’，则灌溉方式标注为微喷；SS5、确定灌溉方式后，对于标注为微喷的，比较T与该植物的预设的标准温度区间T’进行对比，若T不位于T’内，则调温方式标注为调温，若T位于T’内，则调温方式标注为不改变；SS6、将判断结果、灌溉方式以及调温方式打包生成灌溉策略。进一步的，完成所述灌溉策略的具体步骤为：SSS1、可移动灌溉模块获取灌溉策略中的判断结果、灌溉方式以及调温方式，判断结果标注为无需灌溉的直接标记为完成灌溉策略，判断结果标注为需要灌溉的，判断灌溉方式，对于标注为微喷的，再判断调温方式，调温方式标注为调温的，通过水温控制单元将储水单元内的水调节至T’的中位值后，通过微喷单元对植物进行微喷，对于标注为喷灌的，直接通过喷灌单元对植物进行灌溉；SSS2、在对植物灌溉的同时，实时获取空气的湿度和温度以及土壤含水量，当土壤含水量高于土壤含水量标准值wb后，标记为完成灌溉策略。一种基于土壤和大气监测的灌溉系统，包括导向轨道、可移动灌溉模块、停靠模块、种植模块，所述停靠模块有两个，用于为可移动灌溉模块进行加水和充电，且两个停靠模块设置在导向轨道的两端；所述导向轨道为非闭合的多段结构，用于引导可移动灌溉模块的启停和运动方向；所述导向轨道包括多个灌溉段导轨、多个连接段导轨、两个停靠段导轨，若干个灌溉段导轨依次串联成一段灌溉区间，任意两个灌溉区间均通过连接段导轨连接，且位于导向轨道两端的灌溉区间均与停靠段导轨连接，其中灌溉段导轨和停靠段导轨中均设置有与可移动灌溉模块进行通信的近距离通信单元；所述可移动灌溉模块用于在导向轨道上运动时，接收灌溉段导轨发出的暂停指令，根据从种植模块获取的所有数据生成灌溉策略，并根据灌溉策略对植物进行灌溉；所述种植模块中种植有同种植物，且种植模块包括植物信息存储单元、土壤监测单元、近距离通信单元，其中植物信息存储单元用于存储包含种植的植物的名称、植物对应的土壤含水量的最低值wl和标准值wb、标准湿度阈值S’以及标准温度区间T’的植物信息，土壤监测单元用于检测种植模块中用于种植植物的土壤的含水量，近距离通信单元用于与可移动灌溉模块进行通信。进一步的，所述可移动灌溉模块包括数据处理单元、供电单元、驱动单元、喷灌单元、微喷单元、水温控制单元、储水单元、大气监测单元、近距离通信单元，其中大气监测单元用于采集空气的湿度和温度，喷灌单元用于对植物进行喷灌，微喷单元用于对植物进行微喷，驱动单元用于控制可移动灌溉模块的启停，水温控制单元用于在灌溉前对水进行冷却或是加热，数据处理单元用于根据采集的所有数据生成浇灌策略，供电单元和储水单元分别用于充放电能和提供水源，并在低于预设对应的电量和水量阈值时，提示电量或水量不足。进一步的，所述灌溉区间的两侧均设置了一排种植模块，且一排种植模块的数量与灌溉区间内灌溉段导轨的数量相同，一个灌溉段导轨与两侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于土壤和大气监测的灌溉方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：/n步骤一、若可移动灌溉模块运行至导向轨道的停靠段导轨，获取可移动灌溉模块中的供电单元和储水单元的数据，当电量或是储水量不足时，可移动灌溉模块与设置在导向轨道两端的停靠模块连接，进行注水和充电，且可移动灌溉模块中的驱动单元每隔固定时间段，驱动单元启动一次，驱动可移动灌溉模块向导向轨道的另一端运动；/n步骤二、若可移动灌溉模块运行至导向轨道的灌溉段导轨，灌溉段导轨向可移动灌溉模块发送暂停指令，接收到暂停指令后，可移动灌溉模块停止运动；/n步骤三、在可移动灌溉模块停止运动后，可移动灌溉模块获取灌溉段导轨两侧的种植模块中种植的植物信息、土壤的含水量以及可移动灌溉模块所在位置的空气的湿度和温度，并经过数据处理单元处理后，生成灌溉策略，在生成灌溉策略后，根据灌溉策略对植物进行灌溉；/n步骤四、在完成灌溉策略后，驱动单元重新驱动可移动灌溉模块运动，再按照步骤二和步骤三穿过多个灌溉段导轨和连接段导轨后，运动至导向轨道另一端的停靠段导轨后停止，并开设计时新一轮的固定时间段。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于土壤和大气监测的灌溉方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
步骤一、若可移动灌溉模块运行至导向轨道的停靠段导轨，获取可移动灌溉模块中的供电单元和储水单元的数据，当电量或是储水量不足时，可移动灌溉模块与设置在导向轨道两端的停靠模块连接，进行注水和充电，且可移动灌溉模块中的驱动单元每隔固定时间段，驱动单元启动一次，驱动可移动灌溉模块向导向轨道的另一端运动；
步骤二、若可移动灌溉模块运行至导向轨道的灌溉段导轨，灌溉段导轨向可移动灌溉模块发送暂停指令，接收到暂停指令后，可移动灌溉模块停止运动；
步骤三、在可移动灌溉模块停止运动后，可移动灌溉模块获取灌溉段导轨两侧的种植模块中种植的植物信息、土壤的含水量以及可移动灌溉模块所在位置的空气的湿度和温度，并经过数据处理单元处理后，生成灌溉策略，在生成灌溉策略后，根据灌溉策略对植物进行灌溉；
步骤四、在完成灌溉策略后，驱动单元重新驱动可移动灌溉模块运动，再按照步骤二和步骤三穿过多个灌溉段导轨和连接段导轨后，运动至导向轨道另一端的停靠段导轨后停止，并开设计时新一轮的固定时间段。


2.根据权利要求1所述的一种基于土壤和大气监测的灌溉方法，其特征在于，所述可移动灌溉模块在灌溉段导轨上停止运动和重新运动的具体步骤如下：
S1、可移动灌溉模块的近距离通信单元进入灌溉段导轨的近距离通信单元通信范围后，灌溉段导轨与可移动灌溉模块进行通信连接；
S2、建立通信连接后，灌溉段导轨向可移动灌溉模块发出暂停指令；
S3、可移动灌溉模块接收暂停指令后，传输至数据处理单元，驱动单元根据实时速度，调节减速度a，使可移动灌溉模块在距离L内运动的速度降为0；
S4、在两侧种植模块的灌溉策略均完成后，驱动单元调节加速度b，使可移动灌溉模块在距离M内运动速度增加至定值V。


3.根据权利要求1所述的一种基于土壤和大气监测的灌溉方法，其特征在于，所述数据处理单元生成灌溉策略的具体步骤如下：
SS1、可移动灌溉模块的近距离通信单元进入种植模块的近距离通信单元通信范围后，种植模块与可移动灌溉模块进行通信连接，获取两侧的种植模块各自的土壤的含水量，分别记为w1和w2，同时可移动灌溉模块所在位置的空气的湿度和温度，并记为S和T；
SS2、获取种植模块中的植物信息，从中筛选出该植物对应的土壤含水量的最低值wl和标准值wb；
SS3、w1和w2分别与wl比较大小，若小于wl，则判断结果标注为需要灌溉，若大于wl，则判断结果标注为无需灌溉；
SS4、对于需要灌溉的种植模块，比较S与该植物的预设的标准湿度阈值S’的大小，若S大于S’，则灌溉方式标注为喷灌，若S小于S’，则灌溉方式标注为微喷；
SS5、确定灌溉方式后，对于标注为微喷的，比较T与该植物的预设的标准温度区间T’进行对比，若T不位于T’内，则调温方式标注为调温，若T位于T’内，则调温方式标注为不改变；

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，晋华，谷勇，王侯炜，
申请(专利权)人：太原市水利技术推广服务站，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14