本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于云平臺和智能手機的自動灌溉控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

灌溉行為的實施一般需要考慮3個因素：作物的生長階段、蒸騰量、土壤中可用水含量。但是目前市場上常見的灌溉控制系統(tǒng)大多會考慮蒸騰量和土壤水分含量，很少將作物各生長階段對水分的不同需求考慮進去，而且只考慮土壤水分含量，不考慮土壤中可用水的含量也會導(dǎo)致灌溉量和作物的實際需求不相符情況的發(fā)生。因此本發(fā)明綜合考慮3個決定灌溉的影響條件，根據(jù)作物不同的生長階段需求、實際蒸騰量和土壤中可用水含量綜合評估作物根區(qū)土壤水分的虧缺程度，并根據(jù)其虧缺程度進行灌溉控制，可以準確、及時、精準的控制灌溉行為，實現(xiàn)節(jié)水灌溉。

涉及到的控制理論如下：

1.作物生長階段的確定：作物在整個生長過程中一般分成幾個典型的生長階段，可以用生長系數(shù)K_C來表示，每種作物都有特定的生長系數(shù)；不同的生長階段對應(yīng)的生長系數(shù)各不相同，利用生長系數(shù)來反映作物各個生長階段需水量的變化；作物何時進入某一典型生長階段，可以通過積溫GDD反映出來，當累計積溫到達某一值時，就代表作物進入了某一個特定的生長階段，所以可以根據(jù)積溫來衡量當前的生長系數(shù)K_C，然后根據(jù)K_C所反映的作物需水量進行灌溉量調(diào)整。作物積溫GDD可以根據(jù)公式(1)進行計算。

公式(1)中GDD代表積溫，T_max代表每日最高溫度，T_min代表每日最低溫度，T_base代表基礎(chǔ)溫度，每種作物都有特定的基礎(chǔ)溫度。

2.蒸騰量的確定：作物的理論蒸騰量ET₀可以根據(jù)本地的天氣數(shù)據(jù)利用彭曼公式計算得到，但是還需要根據(jù)生長系數(shù)K_C進行調(diào)整才能得到實際蒸騰量ET_C，ET_C可以根據(jù)公式(2)進行計算。

ET_C＝K_CET₀ (2)

3.土壤可用水含量：土壤含水量并不等于作物可以使用的含水量，作物能夠利用的含水量是指有效水含量AWC，它等于土壤含水量FC和凋萎含水量WP之差，所以只有土壤中的有效水才是作物真正可以使用的水，不同的土壤類型都有與之對應(yīng)的凋萎含水量，當土壤中含水量達到調(diào)萎含水量時，可以認為土壤可用水含量為0％。土壤有效水含量可以根據(jù)公式(3)計算得到，土壤可用水含量利用公式(4)計算得到。

AWC＝FC-WP (3)

公式(4)中，AWC_t代表當前土壤可用水含量，AWC_y代表前一日土壤可用水含量，RF代表自然降水量，IR代表灌溉水量，代表前一日蒸騰量。

當前的自動灌溉控制系統(tǒng)多種多樣，但是大致可以分為兩大類：第一，利用計算機平臺搭載控制系統(tǒng)，這種方式通過各種環(huán)境及土壤水分傳感器檢測環(huán)境及土壤水分信息，再通過中間信息傳遞設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，利用計算機搭載的控制系統(tǒng)進行分析并得出控制策略，然后再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)進行灌溉控制；第二，直接利用單片機或PLC等硬件設(shè)備運行控制系統(tǒng)，各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)直接和其進行連接，單片機或PLC通過內(nèi)置的控制邏輯進行分析和運算，得出控制方式并通過執(zhí)行機構(gòu)進行灌溉控制。

以上兩種控制系統(tǒng)均存在一定的缺陷和不足：一、利用計算機平臺搭載控制系統(tǒng)，該模式下，計算機可以運行較為復(fù)雜的控制算法，控制精度相對較高，但是系統(tǒng)構(gòu)建相對復(fù)雜，用戶需要購買計算機搭載控制系統(tǒng)；二、利用單片機或PLC等硬件設(shè)備直接運行控制系統(tǒng)，該模式下，系統(tǒng)構(gòu)建相對簡單，但時由于單片機及PLC性能相對較低，無法運行復(fù)雜的控制算法，控制邏輯相對簡單，控制精度相對較差。此外，以上兩種控制系統(tǒng)都存在一個共同的不足，那就是管理方式不靈活，管理者很難實時的監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，沒辦法做到隨時隨地的進行監(jiān)視、管理和控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于云平臺和智能手機的自動灌溉控制系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于云平臺和智能手機的自動灌溉控制系統(tǒng)，包括：云平臺、智能手機客戶端、天氣數(shù)據(jù)、土壤水分傳感器、灌溉執(zhí)行器，所述的智能手機客戶端通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺連接，所述的天氣數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺連接，所述的土壤水分傳感器通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺連接，所述的灌溉執(zhí)行器與云平臺連接。

進一步的，所述的云平臺由計算模塊、信息反饋模塊、自動執(zhí)行模塊組成。

進一步的，所述的智能手機客戶端由信息輸入模塊、監(jiān)測模塊、手動操作模塊組成。

進一步的，一種基于云平臺和智能手機的自動灌溉控制系統(tǒng)，其工作步驟如下：

第一步，通過手機客戶端進行初始化，注冊地塊位置信息，方便云平臺獲取當?shù)氐奶鞖鈹?shù)據(jù)，為計算蒸騰量和積溫做準備；

第二步，通過手機客戶端配置種植信息，即作物種類、定值時間，方便云平臺計算積溫GDD，并根據(jù)積溫值的變化調(diào)整生長系數(shù)K_C；

第三步，通過手機客戶端設(shè)定土壤類型：壤土、砂土、粘土、壤砂土、砂壤土、粘壤土等，云平臺可以根據(jù)用戶指定的土壤類型自動匹配調(diào)萎含水量值，為計算土壤可用水含量做準備；

第四步，通過手機客戶端設(shè)定灌溉類型：高壓噴灌、低壓噴灌、滴灌，云平臺根據(jù)不同灌溉類型設(shè)定灌溉水利用率，高壓噴灌利用率為75％，低壓噴灌利用率為80％，滴灌利用率為90％，此外，自然降水利用率也設(shè)定為90％；

第五步，云平臺計算積溫GDD，蒸騰量ET_C，土壤可用水含量AWC_t，并可以利用智能手機實時查詢相關(guān)信息，當發(fā)生自然降水、執(zhí)行灌溉、作物生長階段變化、土壤水分虧缺率低于設(shè)定值等狀態(tài)突變時向智能手機推送信息；

第六步，當土壤水分虧缺率低于設(shè)定值時，云平臺向灌溉執(zhí)行器發(fā)送命令，開啟灌溉程序，同時在土壤水分虧缺率高30％時，云平臺可以隨時執(zhí)行智能手機發(fā)送的灌溉命令，根據(jù)命令進行灌溉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.用戶可以通過智能手機向云平臺輸入地塊位置信息、土壤類型、作物種類、定值時間、灌溉類型等相關(guān)信息，為云平臺計算土壤水分虧缺率提供計算基準；

2.智能手機能夠從云平臺實時下載顯示當前土壤內(nèi)有效水含量、土壤水分虧缺率、土壤類型、作物種類、定植時間、當前所處生長階段、歷史積溫、歷史用水量等信息；

3.云平臺根據(jù)云平臺積溫GDD，蒸騰量ET_C，土壤可用水含量AWC_t，實時計算土壤可用水含量和土壤水分虧缺率，為灌溉控制提供參考；

4.當土壤水分虧缺率高于30％時，可以利用智能手機通過云平臺控制灌溉執(zhí)行器進行灌溉；

5.當作物生長階段發(fā)生變化、執(zhí)行灌溉、自然降水等突發(fā)事件發(fā)生后，可以由云平臺發(fā)送推送信息到用戶的智能手機，作為即時的提醒，方便用戶隨時掌握作物生長狀態(tài)；

6.當云平臺計算出土壤水分虧缺率低于設(shè)定值時，可以控制灌溉執(zhí)行器進行灌溉并發(fā)送信息到用戶智能手機。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的工作流程示意圖；

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1、2，本發(fā)明提供一種基于云平臺和智能手機的自動灌溉控制系統(tǒng)，包括：云平臺、智能手機客戶端、天氣數(shù)據(jù)、土壤水分傳感器、灌溉執(zhí)行器，所述的智能手機客戶端通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺連接，所述的天氣數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺連接，所述的土壤水分傳感器通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺連接，所述的灌溉執(zhí)行器與云平臺連接。

進一步的，所述的云平臺由計算模塊、信息反饋模塊、自動執(zhí)行模塊組成。

1.根據(jù)用戶輸入的地塊位置信息自動從中國國家氣象局天氣預(yù)報接口獲取該位置的天氣數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進行積溫GDD和蒸騰量ET_C的計算。

2.云平臺可以接收該地塊預(yù)先布置的土壤水分傳感器采集到的土壤水分含量，結(jié)合蒸騰量、灌溉情況和自然降水計算當前土壤可用水含量AWC_t，并將實時土壤水分虧缺百分比返回到用戶的智能手機客戶端。

3.云平臺還能夠在自然降水、執(zhí)行灌溉、作物生長階段發(fā)生變化時向智能手機推送信息。

4.云平臺可以根據(jù)智能手機的控制命令控制灌溉執(zhí)行器進行灌溉，如果當土壤中可用水含量低于設(shè)定的閾值時，云平臺也可以控制執(zhí)行器進行灌溉，并通向用戶手機推送信息灌溉信息。

進一步的，所述的智能手機客戶端由信息輸入模塊、監(jiān)測模塊、手動操作模塊組成。

1.通過通信網(wǎng)絡(luò)向云平臺輸入基本參數(shù)進行基本設(shè)置，用戶輸入量包括地塊位置信息、作物種類、作物定值日期、土壤類型(壤土、砂土、粘土、壤砂土、砂壤土、粘壤土)、灌溉類型(高壓噴灌、低壓噴灌、滴灌)。

2.通過客戶端隨時監(jiān)測當前土壤內(nèi)可用水含量、土壤水分虧缺率、土壤類型、作物種類、定植時間、當前所處生長階段、灌溉總用水量、積溫值等信息。

3.當用戶決定手動實施灌溉行為時，也可以通過手機發(fā)送命令到后臺管理系統(tǒng)，執(zhí)行灌溉操作(用戶可以指定灌溉時間或灌溉用水量)。

一種基于云平臺和智能手機的自動灌溉控制系統(tǒng)，其工作步驟如下：

第一步，通過手機客戶端進行初始化，注冊地塊位置信息，方便云平臺獲取當?shù)氐奶鞖鈹?shù)據(jù)，為計算蒸騰量和積溫做準備；

第二步，通過手機客戶端配置種植信息，即作物種類、定值時間，方便云平臺計算積溫GDD，并根據(jù)積溫值的變化調(diào)整生長系數(shù)K_C；

第三步，通過手機客戶端設(shè)定土壤類型：壤土、砂土、粘土、壤砂土、砂壤土、粘壤土等，云平臺可以根據(jù)用戶指定的土壤類型自動匹配調(diào)萎含水量值，為計算土壤可用水含量做準備；

第四步，通過手機客戶端設(shè)定灌溉類型：高壓噴灌、低壓噴灌、滴灌，云平臺根據(jù)不同灌溉類型設(shè)定灌溉水利用率，高壓噴灌利用率為75％，低壓噴灌利用率為80％，滴灌利用率為90％，此外，自然降水利用率也設(shè)定為90％；

第五步，云平臺計算積溫GDD，蒸騰量ET_C，土壤可用水含量AWC_t，并可以利用智能手機實時查詢相關(guān)信息，當發(fā)生自然降水、執(zhí)行灌溉、作物生長階段變化、土壤水分虧缺率低于設(shè)定值等狀態(tài)突變時向智能手機推送信息；

第六步，當土壤水分虧缺率低于設(shè)定值時，云平臺向灌溉執(zhí)行器發(fā)送命令，開啟灌溉程序，同時在土壤水分虧缺率高30％時，云平臺可以隨時執(zhí)行智能手機發(fā)送的灌溉命令，根據(jù)命令進行灌溉。

工作原理：本發(fā)明利用云平臺和智能手機搭建系統(tǒng)，結(jié)合作物不同的生長階段、實際蒸騰量和土壤中可用水含量綜合評估作物根區(qū)土壤水分的虧缺程度，并根據(jù)其虧缺程度進行灌溉控制，可以準確、及時、精準的控制灌溉行為，實現(xiàn)節(jié)水灌溉。本發(fā)明主要實現(xiàn)了基于智能手機的遠程灌溉控制及土壤中有效水含量、水分虧缺率、作物生長階段變化等信息的顯示，可以使用戶隨時隨地掌握作物的生長狀態(tài)和生長環(huán)境，相對于當前大多數(shù)基于計算機平臺、基于單片機或PLC平臺的灌溉控制系統(tǒng)，本發(fā)明管理方式靈活，管理者能夠?qū)崟r的監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可以做到隨時隨地的進行監(jiān)視、管理和控制。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。