[发明专利]一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业果园单轨车研究领域，特别涉及一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统及方法。

背景技术

我国传统农业的管理大多依靠人工完成，效率低下、工作量大、管理不科学。中小型农场设施现代化水平低，缺乏配套设施，存在可靠性和时效性问题。作物的灌溉大都采用漫灌或渠灌，且仅凭个人的经验选择水分补给时间。

目前，WSN(Wireless Sensor Network)及GPRS(General Packet Radio Service)技术对能够农作物的整个生长周期内实现全天候，实时的灌溉环境监测数据将采集到的数据上传至远程服务器。服务器中的灌溉决策系统以无线监测系统采集的环境信息作为灌溉决策系统的数据基础实现灌溉。此技术的局限性在于灌溉环境监测数据存储和灌溉控制不能动态估计含水量，对土地需水量无法做出及时的估计和控制。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统，采用最大似然估计法估计整体含水量，更加精确的估计土壤含水量，实现精准调控灌溉。

本发明的另一个目的在于提供一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统的控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统，包括无线监测系统、灌溉控制系统及灌溉决策系统，所述无线监测系统包括多个监测子系统，所述监测子系统包括监测通信单元和土壤水分检测单元，所述灌溉控制系统包括多个灌溉子系统；所述灌溉决策系统包括决策通信单元、决策处理单元、决策电源管理单元；所述决策通信单元用于接收无线监测系统和灌溉控制系统的数据，并发送控制数据到灌溉控制系统；所述决策电源管理单元为决策通信单元和决策处理单元提供电力保障，所述决策处理单元根据决策通信单元接收到的信息，由灌溉决策模型决断出灌溉量，然后控制决策通信单元发送控制信令到灌溉控制系统；决策处理单元可设定自动决策，设置决策时间，控制灌溉控制系统作业，也可手动决策，填写相关参数，手动控制灌溉控制系统进行作业；所述的控制通信单元接收决策通信单元的控制信息，并且上传数据到灌溉决策系统。

优选的，所述监测通信单元用于采集土壤水分检测单元的数据，并能够以子系统的方式与灌溉控制系统和灌溉决策系统组成AD_HOC无线网络，将所采集的数据上传到灌溉决策系统；所述的土壤水分检测单元包括土壤水分传感器、雨量传感器、风速传感器、光照传感器、温度传感器，能够实时检测土壤的湿度、降水量、实时风速、光照强度和时长及土壤上层空气温度。

优选的，所述灌溉子系统包括控制器、控制通信单元、蓄电池、电磁阀及滴灌管；所述控制器包括主处理器单元、充电控制单元、电磁阀驱动单元、人机接口单元，控制器接收控制通信单元的控制数据，产生控制信令控制电磁阀的动作，并且能够产生数据由控制通信单元发送到灌溉决策系统。

优选的，所述的主处理器单元采集控制通信单元的控制数据，并根据所接收到的控制数据，控制电磁阀驱动单元产生相应的控制信号，使电磁阀通断；

所述人机接口单元可以人工设置灌溉控制系统的内部信息，并能够将内部设置信息上传到主处理器单元；所述内部信息包括选定作物类型、生长阶段、作物生育阶段、作物综合系数值及土壤类型；

所述充电控制单元为控制器提供稳定的电源保障；

所述电磁阀驱动单元接收主处理器单元的控制信号，并产生相应动作使电磁阀通断。

优选的，所述决策通信单元用于接收无线监测系统和灌溉控制系统的数据，并能够发送控制数据到灌溉控制系统；所述决策电源管理单元为决策通信单元和决策处理单元提供电力保障。

优选的，所述决策处理单元根据决策通信单元接收到的信息，由灌溉决策模型决断出灌溉量，然后控制决策通信单元发送控制信令到灌溉控制系统；决策处理单元可以设定自动决策，设置决策时间，控制灌溉控制系统作业，也可以手动决策，填写相关参数，手动控制灌溉控制系统进行作业。

优选的，所述灌溉决策模型采用彭曼公式作为数学模型计算参考作物的蒸腾蒸发量ET₀，用作物系数法得到实际作物蒸腾蒸发量ET，用水量平衡方程计算出土壤计划层内储水量W_t,采用最大似然估计法判断是否需要灌溉，以及灌溉量。

优选的，所述彭曼公式为：