农田灌区水肥气热药一体化智能灌溉系统技术方案

一种农田灌区水肥气热药一体化智能灌溉系统包括田间采集控制子系统、灌区控制子系统、服务云平台和应用终端，若干田间采集控制子系统通过无线节点与若干灌区控制子系统通信连接，若干灌区控制子系统通过无线节点与服务云平台连接，服务云平台通过无线节点与应用终端通信连接。本发明专利技术为一种基于互联网、物联网、遥感技术、传感及无线传输技术的田间智能化滴灌和喷灌控制灌溉系统，本发明专利技术依托智能控制灌溉单元海量数据进行大数据分析，构建了智能化灌溉信息服务云平台，实现农田灌区精准灌溉，解决了单点土壤墒情、作物缺水指数、大气蒸发能力指标空间变异问题和灌溉判别标准问题，实现了灌溉自动化、精准化、制度化、平台化和标准化。

【技术实现步骤摘要】
农田灌区水肥气热药一体化智能灌溉系统
：本专利技术涉及农田智能灌溉
，特别涉及一种农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统。
技术介绍
：现有农业技术中的规模化种植，效率比较高，规模化种植与普通农户种植相比，规模化种植较多使用机械，较少使用人工、人员效率高，人工成本低，物质及服务费用比较高。规模化种植过程中需要对农田进行精准化灌溉，现有技术中，无法实现对土壤墒情进行实时监控，并设定合理精准的灌溉方案。
技术实现思路
：有鉴于此，有必要提供一种农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统。一种农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，包括若干田间采集控制子系统、若干灌区控制子系统、服务云平台和应用终端，若干田间采集控制子系统通过无线节点与若干灌区控制子系统通信连接，若干灌区控制子系统通过无线节点与服务云平台连接，服务云平台通过无线节点与应用终端通信连接。优选的，田间采集控制子系统包括土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、田间采集器、光伏板供电装置、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器和光照传感器，光伏板供电装置与田间采集器电连接，土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器和光照传感器与田间采集器通信连接，田间采集器通过无线节点与灌区控制子系统通信连接。优选的，灌区控制子系统包括灌溉单元主控制器、首部控制阀、供水控制阀、供肥控制阀、供气控制阀、供热控制阀和供药控制阀，首部控制阀、供水控制阀、供肥控制阀、供气控制阀、供热控制阀和供药控制阀分别与灌溉单元主控制器通信连接，首部控制阀与总管道配装，供水控制阀配装在供水管道上，供肥控制阀配装在供肥管道上，供气控制阀配装在供氧气管道上，供热控制阀配装在加热装置上，供药控制阀配装在药液管道上，加热装置的进水口与水源连接，出水口与供水管道连接，供水管道与农田灌区滴灌管道连接，供肥管道、供氧气管道和药液管道分别与供水管道连接。优选的，加热装置包括太阳能集热器和热交换器，热交换器的冷源入口与水源连接，热源出口与总管道连接，太阳能集热器的出口与热交换器的热源入口连接，热交换器的冷源出口与太阳能集热器的入口连接，供水管道的一端与水源连接，另一端连接三通管道的入口，三通管道的一出口与供热控制阀配装，供热控制阀与热交换器冷源入口连接，三通管道的另一出口与总管道和热交换器的热源出口连接。优选的，田间采集控制子系统还包括无人机拍摄采集装置，无人机拍摄采集装置通过无线节点与田间采集器通信连接。优选的，服务云平台包括Web服务器、中心服务器和中心数据库，Web服务器和中心中心数据库与中心服务器通信连接，中心服务器通过无线发射塔与每个田间灌区的灌溉单元主控制器的无线节点通信连接，应用终端包括计算机和手机，计算机与Web服务器通信连接，中心服务器通过无线发射塔与手机通信连接；中心服务器包括硬件设备和软件系统。优选的，软件系统包括用户管理模块、灌区管理模块、田块管理模块、种植管理模块、设备管理模块、灌水决策模块、施肥决策模块、加气决策模块、加热策略模块和知识库；用户管理模块：对应用水肥气热一体化智能灌溉系统的用户进行注册、登录、退出和注销管理；灌区管理模块：注册用户对其种植的农业灌区进行增加、删除、gps定位操作；田块管理模块：对于任一农田灌区进行种植田块划分，并与每个灌区的田间采集控制子系统的土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、田间采集器、光伏板供电装置、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器和灌区控制子系统的括灌溉单元主控制器进行绑定；种植管理模块：授权用户完成作物生长过程中的信息监测、对机器人和无人机的远程操作和利用虚拟现实对作物的实时生长情况的观察；设备管理模块：对水肥气热一体化智能灌溉系统中所用到的每个灌区的田间采集控制子系统的土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、田间采集器、光伏板供电装置、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器和灌区控制子系统的括灌溉单元主控制器进行增加、删除、绑定田块操作；灌水决策模块：水肥气热一体化智能灌溉系统根据田块的作物类别和作物适宜的土壤含水量，以及作物的生长阶段，田间持水量和萎蔫含水量，根据计划灌水层厚度，制定灌水的时间和灌水量，使当前的土壤含水量满足适宜的作物需求量；施肥决策模块：水肥气热一体化智能灌溉系统根据土壤中氮、磷、钾的含量判断土壤的肥沃程度，根据作物类别和生长阶段，以及肥料的利用率和养分含量，制定作物所需的肥料种类和肥料使用量，使土壤的养分满足作物的生长需要；加气策略模块：大田加气方式采用深耕或浅耕的方式，调节田间气量，对于温室作物，采用加气装置，田间设置气体传感器，根据设定的土壤气量阈值，进行实时控制；加热策略模块：大田加热方式采用覆膜与不覆膜的方式，调节田间温度，对于温室作物，采用加热装置根据设定的水的目标温度进行实时控制；知识库模块：对不同作物，设置相应的作物生长及种植知识库，同时对每年作物生长过程数据进行分析，并逐年完善知识库，最终起到指导生产的目的。优选的，软件系统的部署方法为：采用松耦合、分布式架构，服务端与用户界面采用前后端分离模式，PC端与安装有安卓系统的手机共用API；数据分析与业务逻辑解耦，采用job方式异步模式管理；MQTT作为服务云平台与灌溉单元主控制器的基础通信协议。优选的，软件系统包括前端UI、接口层、业务层、数据层、基础服务层和运行环境，运行环境为云平台，基础服务层包括Mysql系统、Stroge系统和Memcache系统，数据层包括事务控制系统、数据映射系统和缓存系统，业务层包括PHP处理器和python设置模块，PHP处理器包括SPAC监测结果展示模块、实时数据接收模块、水肥药气控制模块、现场检测数据上传模块、种植管理模块和园区管理模块，python设置模块包括知识库和算法模块；接口层包括laravel业务服务器、MQTT通信协议和REDIS服务器，前端UI包括管理后台、控制器、微信和安卓系统。优选的，应用终端的手机安装微信程序，微信程序包括首页模块、系统管理模块、智能控制模块和数据分析模块；首页模块包括系统介绍子模块、灌区概况子模块、农业新闻子模块、农业商业信息子模块和天气预报子模块，系统介绍子模块：用于展示基于移动终端的农田作物水肥气热药一体化智能灌溉服务的内容，介绍本系统的版本信息；灌区概况子模块：显示当前系统所在的园区的基础建设情况以及园区分布介绍；农业新闻子模块：实时推送农业相关的新闻消息，支持浏览与转发；农业商业信息子模块：对农业商业信息进行发布以及农业生产资料网上订购服务；天气预报子模块：显示当前时刻的天气情况；系统管理模块包括灌区管理子模块、种植管理子模块、设备管理子模块和水电费购买子模块；灌区管理子模块：创建和管理灌区，添加或删除灌区、添加或删除田块、灌区定位功能，可以手动添加灌区或田块信息，也可以删除已有灌区或田块，对该灌区进行GPS区域定位；种植管理子模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统包括若干田间采集控制子系统、若干灌区控制子系统、服务云平台和应用终端，若干田间采集控制子系统通过无线节点与若干灌区控制子系统通信连接，若干灌区控制子系统通过无线节点与服务云平台连接，服务云平台通过无线节点与应用终端通信连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统包括若干田间采集控制子系统、若干灌区控制子系统、服务云平台和应用终端，若干田间采集控制子系统通过无线节点与若干灌区控制子系统通信连接，若干灌区控制子系统通过无线节点与服务云平台连接，服务云平台通过无线节点与应用终端通信连接。


2.如权利要求1所述的农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：田间采集控制子系统包括土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、田间采集器、光伏板供电装置、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器和光照传感器，光伏板供电装置与田间采集器电连接，土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器和光照传感器与田间采集器通信连接，田间采集器通过无线节点与灌区控制子系统通信连接。


3.如权利要求2所述的农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：灌区控制子系统包括灌溉单元主控制器、首部控制阀、供水控制阀、供肥控制阀、供气控制阀、供热控制阀和供药控制阀，首部控制阀、供水控制阀、供肥控制阀、供气控制阀、供热控制阀和供药控制阀分别与灌溉单元主控制器通信连接，首部控制阀与总管道配装，供水控制阀配装在供水管道上，供肥控制阀配装在供肥管道上，供气控制阀配装在供氧气管道上，供热控制阀配装在加热装置上，供药控制阀配装在药液管道上，加热装置的进水口与水源连接，出水口与供水管道连接，供水管道与农田灌区滴灌管道连接，供肥管道、供氧气管道和药液管道分别与供水管道连接。


4.如权利要求3所述的农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：加热装置包括太阳能集热器和热交换器，热交换器的冷源入口与水源连接，热源出口与总管道连接，太阳能集热器的出口与热交换器的热源入口连接，热交换器的冷源出口与太阳能集热器的入口连接，供水管道的一端与水源连接，另一端连接三通管道的入口，三通管道的一出口与供热控制阀配装，供热控制阀与热交换器冷源入口连接，三通管道的另一出口与总管道和热交换器的热源出口连接。


5.如权利要求4所述的农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：田间采集控制子系统还包括无人机拍摄采集装置，无人机拍摄采集装置通过无线节点与田间采集器通信连接。


6.如权利要求5所述的农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：服务云平台包括Web服务器、中心服务器和中心数据库，Web服务器和中心中心数据库与中心服务器通信连接，中心服务器通过无线发射塔与每个田间灌区的灌溉单元主控制器的无线节点通信连接，应用终端包括计算机和手机，计算机与Web服务器通信连接，中心服务器通过无线发射塔与手机通信连接；中心服务器包括硬件设备和软件系统。


7.如权利要求6所述的农田灌区水肥气热一体化智能灌溉系统，其特征在于：软件系统包括用户管理模块、灌区管理模块、田块管理模块、种植管理模块、设备管理模块、灌水决策模块、施肥决策模块、加气决策模块、加热策略模块和知识库；
用户管理模块：对应用水肥气热一体化智能灌溉系统的用户进行注册、登录、退出和注销管理；
灌区管理模块：注册用户对其种植的农业灌区进行增加、删除、gps定位操作；
田块管理模块：对于任一农田灌区进行种植田块划分，并与每个灌区的田间采集控制子系统的土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、田间采集器、光伏板供电装置、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器和灌区控制子系统的括灌溉单元主控制器进行绑定；
种植管理模块：授权用户完成作物生长过程中的信息监测、对机器人和无人机的远程操作和利用虚拟现实对作物的实时生长情况的观察；
设备管理模块：对水肥气热一体化智能灌溉系统中所用到的每个灌区的田间采集控制子系统的土壤墒情传感器、土壤含氧量测定仪、降雨量测量仪、田间采集器、光伏板供电装置、空气温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光照传感器和灌区控制子系统的括灌溉单元主控制器进行增加、删除、绑定田块操作；
灌水决策模块：水肥气热一体化智能灌溉系统根据田块的作物类别和作物适宜的土壤含水量，以及作物的生长阶段，田间持水量和萎蔫含水量，根据计划灌水层厚度，制定灌水的时间和灌水量，使当前的土壤含水量满足适宜的作物需求量；
施肥决策模块：水肥气热一体化智能灌溉系统根据土壤中氮、磷、钾的含量判断土壤的肥沃程度，根据作物类别和生长阶段，以及肥料的利用率和养分含量，制定作物所需的肥料种类和肥料使用量，使土壤的养分满足作物的生长需要；
加气策略模块：大田加气方式采用深耕或浅耕的方式，调节田间气量，对于温室作物，采用加气装置，田间设置气体传感器，根据设定的土壤气量阈值，进行实时控...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晖，刘大铭，田军仓，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64