一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，它通过作物生长期所需的灌溉量In和天气信息RC计算作物基于天气信息所需的真实灌溉量I

【技术实现步骤摘要】
一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及光伏灌溉系统控制
，特别是一种基于天气和墒情变化的光伏灌溉控制方法及系统。

技术介绍

[0002]目前关于光伏灌溉系统产品的研究大都基于简单的发电、提水、储水、供水的一般功能，没有专门针对作物生长期的灌溉用水、土壤墒情以及天气影响因素等，进行精准的管理和控制，无法避免因日照和天气不稳定，造成光伏灌溉供水量不稳定对作物生长的影响。
[0003]针对如上问题和痛点，该专利技术提出了一种具有适应和预估天气变化和土壤墒情检测控制光伏灌溉的方法，解决了光伏灌溉系统中灌溉水量和作物需水周期不有效匹配的问题，可以做到对作物的精准灌溉，达到节能节水的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种采用自动检测和控制技术以及软件算法，并通过获取天气信息，来调节系统工作工况和时序的基于天气和墒情变化的光伏灌溉控制方法及系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提出一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，它通过作物生长期所需的灌溉量In和天气信息RC计算作物基于天气信息所需的真实灌溉量I
*
，用于对作物生长期的灌溉用水进行精准控制，它还包括基于土壤墒情用以防止真实灌溉量I
*
超调的模糊控制灌溉决策系统；所述模糊控制灌溉决策系统包括感知层，其通过墒情检测模块实时检测土壤的含水量H，当然为了配合检测真实灌溉量I
*/>，感知层中还应连通4G模块，用于实时获取未来15天的天气信息RC，而天气信息RC包括未来15天的降雨量R=[R1，R2，R3
…
R15]，蒸发量的工程加权计算因子 C=[c1，c2，c3
…
c15]T
，进而获得真实灌溉量I
*
= In
‑
R.* C。
[0006]而针对墒情检测模块实时检测土壤的含水量H，含水量误差E=当前作物生长期所需的含水量H
*
‑
实时检测的检测土壤的含水量H；所述含水量误差变化率Ec=E
′
。
[0007]网路层，其作为无线传输通道实现数据传输，网路层通过RS485实现数据之间的串行通讯，在本法系统中4 G模块通过RS485输入给智能管理模块，墒情检测模块通过RS485输入给智能管理模块，而智能管理模块过RS485控制电磁阀的开启和闭合可进行水压和灌溉量的控制。
[0008]应用层，其通过模糊推理Mamdani法对传输过来的数据进行处理，具体包括查询当前作物生长期所需的含水量H
*
，通过实时检测的检测土壤的含水量H计算含水量误差E以及含水量误差变化率Ec；利用含水量误差E以和含水量误差变化率Ec通过模糊推理Mamdani法计算当前灌溉增量U，从而实现对真实灌溉量I
*
进行调整，通过真实灌溉量I
*
和灌溉增量U计算实际灌溉量I，I= I
*
‑
U。
[0009]应用层还包括实时控制水泵的电磁阀进行水压和灌溉量的控制，进而通过上述设计出一种适宜本专利技术的基于天气和墒情的光伏灌溉控制系统，它包括光伏阵列，其获取太阳能转化为直流电至灌装机组主机中逆变器；灌装机组主机，其包括逆变器、电磁阀、管道压力流量检测模块、4G模块以及智能管理模块；逆变器，控制灌装机组的功率输出，连接水泵驱动水泵供水；电磁阀，控制水压和灌溉量；管道压力流量检测模块，对水压进行实时监测；4G模块，实时获取未来15天的天气信息RC；智能管理模块，接收检测数据实时修正灌溉决策；墒情检测模块，实时获取土壤的含水量信息。
[0010]与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：本专利技术主要由光伏供电模块、水泵电机驱动模块、电磁阀控制模块、管道压力和流量检测模块、土壤墒情检测模块和智慧管理模块等构成，其完全利用太阳能驱动。采用了光伏直驱技术、能源管理技术和检测控制技术、并与灌溉技术，将光伏发电、自动控制、灌溉技术以及模糊算法相结合，来调节该机组工作工况和时序。解决了光伏灌溉在农业用水过程中，作物需水量定时定量需求的问题。
[0011]本专利技术具有自动适应天气和土壤墒情、无人值守、远程控制和运行等特点，同时本专利技术不依赖电网可独立工作，可以很好地解决缺电和无电地区的农业用水问题。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例提供的系统图；图2为本专利技术实施例提供的总体控制框图；图3为本专利技术实施例提供的模糊控制器框图；图4为模糊控制决策表。
实施方式
[0013]下面结合附图中的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但并不构成对本专利技术的任何限制。
[0014]本专利技术旨在提出了一种具有适应和预估天气变化和土壤墒情检测控制光伏灌溉的方法，解决了光伏灌溉系统中灌溉水量和作物需水周期不有效匹配的问题，同时用于对作物生长期的灌溉用水进行精准控制；参照附图1、2、3。
[0015]一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法具体包括以下步骤：S100，通过4G模块从当前的公共天气信息源获取当前时刻起未来15天的天气信息RC，智慧管理模块结合此天气信息RC，加权计算出近期的降雨量R，计算出当前作物所需的灌溉量I*采用工程经验的加权计算公式如下：I*=In
ꢀ‑
（c1*R1+c2*R2+
…
+c15*R15）式中，In为作物当前生长期所需的灌溉量，In通过目前农业发展积累的大数据获得相应的各种作物当前生长期的灌溉量， R1、R2、
…
R15为未来15天的降雨量，c1、c2、...c15为考虑蒸发量的工程加权计算因子；
S200，通过墒情检测模块实时检测土壤当前含水量H，系统通过查询当前作物的当前生长周期所需的含水量H*；S300，通过当前含水量H和当前生长周期所需的含水量H*，计算出含水量误差E和含水量误差变化率Ec；S400，通过模糊推理Mamdani法计算出灌溉量的增量U；S500，通过灌溉量增量U和当前所需灌溉量I*，计算出实际的灌溉量，从而控制机组进行功率输出，驱动水泵供水。
[0016]针对天气信息RC，本专利技术方案基于实践应用的需求出发，考虑实际蒸发量，进而设置天气信息RC包括未来15天的降雨量R=[R1，R2，R3
…
R15]，蒸发量的工程加权计算因子C=[c1，c2，c3
…
c15]T
；而真实灌溉量I
*
=In
‑
R.*C。
[0017]针对含水量误差变化率Ec=E
′
，含水量误差E=当前作物生长期所需的含水量H
*
‑
实时检测的检测土壤的含水量H。
[0018]针对适用于本专利技术方案的模糊推理Mamdani法，模糊控制规则是本专利技术系统控制的关键，本专利技术涉及的模糊控制采用二维模糊控制器，两个输入量是含水量的误差E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，它通过作物生长期所需的灌溉量In和天气信息RC计算作物基于天气信息所需的真实灌溉量I
*
，用于对作物生长期的灌溉用水进行精准控制，其特征在于：它还包括基于土壤墒情用以防止真实灌溉量I
*
超调的模糊控制灌溉决策系统；所述模糊控制灌溉决策系统包括：感知层，其通过墒情检测模块实时检测土壤的含水量H；网路层，其作为无线传输通道实现数据传输；应用层，其通过模糊推理Mamdani法对传输过来的数据进行处理，从而对真实灌溉量I
*
进行调整；应用层还包括实时控制水泵的电磁阀进行水压和灌溉量的控制。2.按照权利要求1所述的一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，其特征在于，应用层通过模糊推理Mamdani法对传输过来的数据进行处理，具体包括：查询当前作物生长期所需的含水量H
*
，通过实时检测的检测土壤的含水量H计算含水量误差E以及含水量误差变化率Ec；利用含水量误差E以和含水量误差变化率Ec通过模糊推理Mamdani法计算当前灌溉增量U，从而实现对真实灌溉量I
*
进行调整。3.按照权利要求2所述的一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，其特征在于：所述网路层通过RS485实现数据之间的串行通讯；所述应用层通过智能管理模块接收数据，并输出决策。4.按照权利要求3所述的一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，其特征在于：所述智能管理模块接收的数据包括4G模块实时获取未来15天的天气信息RC，其通过网路层实现通讯；所述天气信息RC包括未来15天的降雨量R=[R1，R2，R3
…
R15]，蒸发量的工程加权计算因子 C=[c1，c2，c3
…
c15]
T
。5.按照权利要求3所述的一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，其特征在于：所述智能管理模块接收的数据还包括墒情检测模块实时检测土壤的含水量H，其通过网路层实现通讯；所述含水量误差E=当前作物生长期所需的含水量H
*
‑
实时检测的检测土壤的含水量H；所述含水量误差变化率Ec=E
′
。6.按照权利要求4所述的一种基于天气和墒情的光伏灌溉控制方法，其特征在于：所述真实灌溉量I
*
= I...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，马志保，郑周，杜凯凯，苏俊乙，方建国，马松，
申请(专利权)人：合肥金泰克新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：