[发明专利]一种基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法及系统，属于农业灌溉施肥技术领域。

背景技术

“物联网”在农业中的应用前景广阔，但目前我国还处于起步阶段，尤其在智能灌溉施肥方面，主要停留在监测与报表统计阶段，没有与相关控制设备进行联动，未实现灌溉节水化与施肥节约化。

目前，农业灌溉存在水肥分离、水肥浪费严重、农业面源污染加剧等不足。专利CN102165876“智能节水灌溉施肥系统及方法”存在着使用技术要求高，没有与现代控制方法相结合，未实现真正意义的科学决策和智能控制；同时，功能较为局限，控制管理方式单一，未融入物联网技术，灌溉系统“建、管、养、用”困难，极大的制约了其应用范围。

因此，针对以上问题，满足灌溉施肥系统的整体需求，同时解决现有灌溉系统“建、管、养、用”一体化问题，智能化应用的普遍适用性以及易于扩展等问题便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法及系统，具备性能优良、功能完善、扩展性强、易于运行管理等特点，同时，采用模糊控制实现智能化管理和控制。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法，包括以下步骤：

(1)数据采集与处理：根据作物的需水规律和施肥配方，以及采集的土壤温湿度、土壤养分、空气温湿度、风速、雨量、流量、水池水位和管网压力数据，来设定土壤湿度、土壤养分和水池水位的限值以及灌溉施肥计划时间(一般应早、晚灌溉，也可进行一定时间间隔的轮灌制度)，并存入数据库中；

(2)智能控制：读取数据库中相应数据，采用模糊控制算法和水肥耦合模型对灌溉片区的灌溉阀门和施肥阀门进行智能控制；通过比较当前水池水位与设定的水池水位的限值，来对灌溉片区的水泵的启停进行智能控制；通过比较灌溉管网的压力实测值与管网限值，采用PID控制算法对灌溉片区的水泵进行调速控制。

前述的基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法中，所述模糊控制算法具体为：将土壤湿度的误差和湿度误差的变化分别作为二维模糊控制器的输入和输出变量，通过传感器获取湿度值并计算后，根据模糊控制规则进行模糊推理，最终得出模糊隶属函数，得到合适的灌溉时间作为输出量，实现模糊控制灌溉；

其中，设置土壤当前湿度值为r，作物当前所需湿度值为y，则输入变量误差e＝r-y，误差变化率ec＝de/dt；输出变量为电磁阀打开时间t，设置e的基本论域为[-8％,8％]，ec为[-2％,2％],时间t为[0,30]；设置e、ec和t相应的模糊变量分别为E、EC和T，E和EC的模糊集均为{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}，量化论域均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}，T的模糊集为{0,PS,PM,PB}，量化论域为{0,1,2,3}，则量化因子分别为K1＝3/8＝0.375,K2＝3/2＝1.5，比例因子为K3＝30/3＝10；从而得到E、EC和T的模糊隶属函数；

所述模糊控制规则由模糊条件ifandthen来表达，其中分别为E、EC、U的模糊子集。

前述的基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法中，所述水肥耦合模型具体为：

式中，Q是需灌水量，单位是L；x1是目标耦合浓度，单位是％。

前述的基于模糊控制的物联网智能灌溉施肥控制方法中，若灌溉片区为水库灌区，则采用灌溉管网输配水模型对灌溉管网的输送水进行控制，所述灌溉管网输配水模型具体为：

(1)目标函数

选取全灌区作物的总产值最高和全灌区年运行费最小作为优化的目标函数，统一采用经济量作为目标函数；

目标函数1：以全灌区作物的总产值最高为目标函数f₁(x_ij)；