基于MQTT协议的灌区闸门智能控制系统及方法技术方案

本公开公开了基于MQTT协议的灌区闸门智能控制系统及方法及系统，包括以下，将灌区按照预先的培育规划划分成多个子灌区；为每个子灌区分配土壤水分传感器以及基于MQTT协议的闸门控制系统，并将每个子灌区的土壤水分传感器共同组成土壤水分传感器网络，并配置灌区分析控制服务器；通过所述土壤水分传感器网络采集灌区的土壤水分多元异构大数据；灌区分析控制服务器对土壤水分多元异构大数据处理得到相应的数据流；灌区分析控制服务器对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行开闭控制。本公开能够很好的保证灌区整体的灌溉需求，并且通过采用MQTT协议进行闸门的控制，确保对闸门的操作只产生一次，防止闸门误操作，确保了灌溉工作的进行。

【技术实现步骤摘要】
基于MQTT协议的灌区闸门智能控制系统及方法
本公开涉及智能控制
，具体涉及基于MQTT协议的灌区闸门智能控制系统及方法。
技术介绍
闸门用于关闭和开放泄(放)水通道的控制设施。水工建筑物的重要组成部分，可用以拦截水流，控制水位、调节流量、排放泥沙和飘浮物等。灌区应用闸门是非常适宜的，通过闸门进行灌溉控制，现有的闸门控制方式大多是通过相关工作人员根据工作指示亦或是经验判断进行人为调控，十分不方便。
技术实现思路
本公开的目的是针对现有技术的不足，提供基于MQTT协议的灌区闸门智能控制系统及方法。为了实现上述目的，本公开提出基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，包括以下，步骤100，将灌区按照预先的培育规划划分成多个子灌区；步骤200，为每个子灌区分配土壤水分传感器以及基于MQTT协议的闸门控制系统，并将每个子灌区的土壤水分传感器共同组成土壤水分传感器网络，并配置灌区分析控制服务器；步骤300，通过所述土壤水分传感器网络采集灌区的土壤水分多元异构大数据；步骤400，灌区分析控制服务器对土壤水分多元异构大数据处理得到相应的数据流；步骤500，灌区分析控制服务器对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行开闭控制。进一步，在上述步骤200中，所述土壤水分传感器网络包括多个土壤水分传感器网络节点，单个土壤水分传感器网络节点具体包括每个子灌区设置的土壤水分传感器，并且每个土壤水分传感器还相应的关联设置有位置传感器，相互关联的土壤水分传感器与位置传感器作为组合分配传感器组编号，不同的组合之间编号不重复。进一步，在上述步骤300中，灌区的所述土壤水分多元异构大数据包括通过土壤水分传感器网络采集的传感器组编号、土壤水分参数、探测时间、探测位置。进一步，在上述步骤400中，所述灌区分析控制服务器具体通过MapReduce算法对土壤水分多元异构大数据进行处理，所述MapReduce算法用于将土壤水分多元异构大数据分割成许多小单位的数据流，每个数据流随机执行在灌区分析控制服务器的集群中的任意一个节点上，且相应的所述数据流的键值对为：<传感器组编号，土壤水分参数>、<探测时间，探测位置>。进一步，在上述步骤500中，所述对对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行启停控制的方法具体包括以下子步骤：步骤510，针对距离当前时间最近的24小时采集的数据流计算每个子灌区的土壤水分参数的最小值WMin、平均值WMean和最大值WMax，其约束关系为WMin≤WMean≤WMax；步骤520，实时判断各个子灌区土壤水分参数的当前值WReal与最小值WMin、平均值WMean的大小关系，当出现WMin≤WReal≤WMean关系则判断该子灌区土壤水分低异常，进而判断异常的子灌区的相邻位置的子灌区土壤水分参数的当前值是否出现异常并统计异常的相邻子灌区的数量，当3个以上相邻位置的土壤水分传感器网络节点的土壤水分参数的当前值同时出现土壤水分低异常，则判断整个灌区出现灌溉需求，控制整个灌区所有的闸门控制系统的闸门打开；当任意一个子灌区的土壤水分参数的当前值WReal出现WReal≤WMin关系，则判断该子灌区存在灌溉需求，控制该子灌区的闸门控制系统的闸门打开；步骤530，当闸门控制系统启动闸门打开时，实时采集该闸门控制系统所在的子灌区的土壤水分参数的当前值WReal，当该子灌区的土壤水分参数的当前值WReal与平均值WMean、最大值WMax的关系变更为WMean≤WReal≤WMax或者WReal≥WMax时则控制该闸门控制系统关闭闸门。进一步，上述闸门控制系统具体通过以下方式控制闸门开闭，以前端PLC控制闸门的驱动装置，通过行程传感器感知闸门的行程，利用触发传感器保证闸门不超出最大行程运行，并通过前端智能网关与PLC连接，能够人工设定闸门的运行行程，所述智能网关采用MQTT协议与PLC进行通信。本专利技术还提出基于MQTT协议的灌区闸门智能控制系统，包括灌区，所述灌区按照预先的培育规划划分成多个子灌区，每个子灌区配置有土壤水分传感器、位置传感器以及闸门控制系统，每个子灌区的所述土壤水分传感器以及位置传感器相互关联组合且分配有传感器组编号，所述闸门控制系统以前端PLC控制闸门的驱动装置，通过行程传感器感知闸门的行程，利用触发传感器保证闸门不超出最大行程运行，并通过前端智能网关与PLC连接，能够人工设定闸门的运行行程，所述智能网关采用MQTT协议与PLC进行通信；每个子灌区的土壤水分传感器共同组成土壤水分传感器网络，并配置灌区分析控制服务器，所述土壤水分传感器网络用于采集灌区的土壤水分多元异构大数据，所述灌区分析控制服务器用于对土壤水分多元异构大数据处理得到相应的数据流并对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行开闭控制。本公开的有益效果为：本公开可用于灌区灌溉自动化，智能化检测灌区亦或是子灌区是否存在灌溉需求，在存在时开启相应子灌区的闸门进行灌溉；能够延长闸门的使用寿命，减少了电能的消耗，降低了电力成本，且很好的保证了灌区整体的灌溉需求，并且通过采用MQTT协议进行闸门的控制，利用到的MQTT协议的消息保护机制，确保对闸门的操作只产生一次，防止闸门误操作，确保了灌溉工作的进行。附图说明通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：图1所示为本公开的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法的流程图；图2所示为本公开的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法的运行原理图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。如图1所示为根据本公开的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法的流程图，图2所示为本公开的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法的运行原理图，下面结合图1和图2来阐述根据本公开的实施方式的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法。MQTT协议简介MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport消息队列遥测传输)是ISO标准(ISO/IECPRF20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。该协议的特点有：使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。对负载内容屏蔽的消息传输。使用TCP/IP提供网络连接。有三种消息发布服务质量：“至多一次”，消息发布完全依赖底层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，其特征在于，包括以下，/n步骤100，将灌区按照预先的培育规划划分成多个子灌区；/n步骤200，为每个子灌区分配土壤水分传感器以及基于MQTT协议的闸门控制系统，并将每个子灌区的土壤水分传感器共同组成土壤水分传感器网络，并配置灌区分析控制服务器；/n步骤300，通过所述土壤水分传感器网络采集灌区的土壤水分多元异构大数据；/n步骤400，灌区分析控制服务器对土壤水分多元异构大数据处理得到相应的数据流；/n步骤500，灌区分析控制服务器对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行开闭控制。/n

【技术特征摘要】
1.基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，其特征在于，包括以下，
步骤100，将灌区按照预先的培育规划划分成多个子灌区；
步骤200，为每个子灌区分配土壤水分传感器以及基于MQTT协议的闸门控制系统，并将每个子灌区的土壤水分传感器共同组成土壤水分传感器网络，并配置灌区分析控制服务器；
步骤300，通过所述土壤水分传感器网络采集灌区的土壤水分多元异构大数据；
步骤400，灌区分析控制服务器对土壤水分多元异构大数据处理得到相应的数据流；
步骤500，灌区分析控制服务器对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行开闭控制。


2.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，其特征在于，
在上述步骤200中，所述土壤水分传感器网络包括多个土壤水分传感器网络节点，单个土壤水分传感器网络节点具体包括每个子灌区设置的土壤水分传感器，并且每个土壤水分传感器还相应的关联设置有位置传感器，相互关联的土壤水分传感器与位置传感器作为组合分配传感器组编号，不同的组合之间编号不重复。


3.根据权利要求2所述的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，其特征在于，在上述步骤300中，灌区的所述土壤水分多元异构大数据包括通过土壤水分传感器网络采集的传感器组编号、土壤水分参数、探测时间、探测位置。


4.根据权利要求3所述的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，其特征在于，在上述步骤400中，所述灌区分析控制服务器具体通过MapReduce算法对土壤水分多元异构大数据进行处理，所述MapReduce算法用于将土壤水分多元异构大数据分割成许多小单位的数据流，每个数据流随机执行在灌区分析控制服务器的集群中的任意一个节点上，且相应的所述数据流的键值对为：<传感器组编号，土壤水分参数>、<探测时间，探测位置>。


5.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的灌区闸门智能控制方法，其特征在于，在上述步骤500中，所述对对数据流进行分析计算进而对各个子灌区的闸门进行启停控制的方法具体包括以下子步骤：
步骤510，针对距离当前时间最近的24小时采集的数据流计算每个子灌区的土壤水分参数的最小值WMin、平均值WMean和最大值WMax，其约束关系为WMin≤WMean≤WMa...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀丽，杨添平，李强，
申请(专利权)人：沈阳智信佰达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21