[发明专利]一种基于物联网的农业灌溉监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及农业生产过程中使用的灌溉监控系统，特别是一种基于物联网的灌溉监控系统。

 

背景技术

农业灌溉是解决由水资源日益紧缺而导致的各类供求矛盾的有效方案之一，它可以在不影响作物产量的前提下根据作物需水信息适时、适量地进行灌溉，从而达到大幅度减少农业用水的目的。在灌溉作业中，以土壤含水率为代表的土壤墒情是计算需水信息的一个重要指标。因此，对包括土壤含水率在内的土壤墒情进行连续、大范围、准确的监测在精细灌溉及水资源合理利用中具有重要的意义。但是，现有的灌溉测控系统在实际应用中仍然存在以下问题:测量点上土壤含水率的测量一般局限于地表下单一深度，没有对测量点地表下植物根部多个深度土壤含水率进行立体监测，无法完整和准确地反映监测区域的土壤湿度情况;土壤含水率信息来源单一，容易受外界偶然因素的影响，未实现根据地表下多个测量点的土壤含水率信息进行综合分析并根据结果进行灌溉控制。土壤需水信息和滴灌启停控制信号通过WIFI等无线服务进行传输，对固定通信网依赖较大，大规模使用时通信成本较高，且安装和维护都不方便，特别是在信号覆盖较差的农村地区，系统运行不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于物联网的农业灌溉监控系统，该系统能够对地表下植物根部多个深度土壤含水率进行立体监测，不需要固定网络支持实现对精细滴灌作业的测控。

本发明通过如下技术方案实现发明目的:

一种基于物联网的农业灌溉监控系统，包括设置在田间监测范围内的若干个土壤墒情监测节点，每个土壤墒情监测节点包括土壤墒情信号处理模块和数个埋于地底不同深度的土壤含水率传感器，所述土壤墒情信号处理模块通过物联网向其下级精细滴灌控制节点发送控制信息，若干个相邻土壤墒情监测节点构成一个簇，每个簇包括一个簇首节点。

本发明中所述土壤墒情信号处理模块包括微处理器、信号调理模块及A/D模块，所述微处理器与信号调理模块及A/D模块相连，所述土壤含水率传感器的激励信号输入端与信号调理模块的输出端相连，土壤含水率传感器的测量信号输出端与A/D模块的输入端相连；所述 A/D模块包括4个12位高精度A/D转换通道，数字信号通过串行通信的方式发送给微处理器，微处理器与存储器和无线通信模块相连。本发明中的信号调理模块包括4个运算放大器，分别组成4个跟随器，所述跟随器的输入端与微处理器的激励信号输出端相连，输出端则与数个埋于地底不同深度的土壤含水率传感器的激励信号引脚相连，微处理器控制信号调理模块按照一定的时间间隔将激励信号依次经过跟随器放大后启动数个埋于地底不同深度的土壤含水率传感器，以实现对不同土层的土壤含水率进行立体测量，

本发明中所述簇首节点可以将接收到来自所述土壤墒情监测节点的土壤墒情监测信息全部通过WIFI网络或者因特网上传到远程服务器物联网的云计算平台，同时云计算平台可以与农业专家系统进行对接。

本发明中所述精细滴灌控制节点包括控制执行单元、ZigBee低功耗短程无线通信模块与单片机，所述控制执行单元、ZigBee低功耗短程无线通信模块与单片机相连；所述控制执行单元包括顺序连接的电磁阀驱动电路、电磁阀和滴灌水管，所述ZigBee低功耗短程无线通信模块，采用符合ZigBee协议的2. 4GHz短程低功耗无线通信的方式接收来自上级土壤墒情监测节点的滴灌控制信息

本发明中所述精细滴灌控制节点与簇首节点进行无线自组网，从而将整个农业灌溉大棚的所有节点进行数据汇聚和数据跳跃传输。

本发明中所述土壤墒情采集中心节点定期向其下级精细灌溉控制节点发送组网信息，所述精细滴灌控制节点收到上级土壤墒情监测节点的组网信息后，精细滴灌测控系统进入组网运行模式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果:

由于监测节点采用布置在不同深度的多个无线传感器，使本发明的精细滴灌测控系统能够在每个测量点实现对地表下植物根部多个不同深度的土壤含水率进行立体监测，更加准确地反映监测区域的土壤湿度情况;系统根据每个测量点地表下多个深度的土壤含水率信息判断作物需水情况以进行滴灌，能够在很大程度上排除偶然因素的干扰，控制更加稳定、精确，系统各功能节点间的信息传输和指令传达均通过符合ZigBee协议的2. 4GHz高频短程低功耗无线通信的方式进行，不需要任何固定网络的支持，具有快速展开、抗毁性强等特点。大规模使用时通信成本较低，且安装和维护方便，特别适用于信号覆盖较差的农村地区。