大田马铃薯种植智能水肥一体化管理系统的制作方法

1.本发明属于农业种植灌溉技术领域，特别是涉及大田马铃薯种植智能水肥一体化管理系统。


背景技术：

2.马铃薯栽培范围遍布全世界，从北纬71
°
至南纬40
°
之间的绝大多数国家都有马铃薯栽培，栽培面积较大的国家有俄罗斯、中国、美国、荷兰、德国、加拿大等，其中，荷兰是世界上生产水平较高的国家，每年栽培面积200万亩左右，占粮食作物播种面积的36％，单产从20世纪70年代的每亩2200公斤增加到现在的3300公斤，现有的马铃薯种植过程中灌溉和施肥往往采用同一条线路，该线路采用水肥一体化管理系统进行管理，但是现有的马铃薯种植水肥一体化管理系统智能化不足，墒情监测精度差，土壤水分数据采集的是单一深度、不连续的土壤水分数据，且土壤有不均一性，差异显著，因此单点的土壤水分数据并不能代表整块地的土壤水分含量，因此有必要对现有技术进行改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供大田马铃薯种植智能水肥一体化管理系统，通过对土壤的同一位置、多深度、稳定、连续的监测，使得测得的土壤水分数据具有实用价值，可指导实际生产，可实现对种植大田的自动监测和灌溉，使得马铃薯作物在各种气象因素下可以适时适量的灌溉，节约水资源，使得土壤墒情能更加适合马铃薯的生长，提高马铃薯产量，解决了现有的马铃薯种植水肥一体化管理系统智能化不足，墒情监测精度差的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明为大田马铃薯种植智能水肥一体化管理系统，包括用于采集数据并上传数据的田间数据采集装置、用于数据分析的土壤墒情识别装置、用于控制灌溉设备的自动控制装置以及用于马铃薯灌溉的田间灌水装置，所述土壤墒情识别装置和自动控制装置均设置在远程上位机内；
6.所述田间数据采集装置包括土壤水分传感器、信息采集终端、太阳能蓄电池和信息采集终端控制器，所述土壤水分传感器埋在采集点内，所述信息采集终端通过支架固定在采集点的上方，所述太阳能蓄电池和信息采集终端控制器均设置在信息采集终端内，且所述太阳能蓄电池与太阳能板电性连接，所述太阳能板倾斜设置在信息采集终端的侧面处，所述土壤水分传感器的输出端与信息采集终端的输入端无线连接，所述信息采集终端的输出端通过无线网络模块与远程上位机无线网络连接；
7.所述土壤墒情识别装置包括无线数据接收模块、数据分析模块和信号接收模块，所述无线数据接收模块的输入端与信息采集终端的输出端无线网络连接，所述无线数据接收模块的输出端与数据分析模块的输入端电性连接，所述数据分析模块的输出端与信号接收模块的输入端电性连接，所述信号接收模块的输出端与自动控制装置的输入端电性连接；
8.所述自动控制装置包括控制计算机，所述控制计算机的输入端与信号接收模块的输出端电性连接，所述控制计算机的输出端与信息采集终端控制器的输入端无线网络连接，所述自动控制装置还包括通讯设备、电源、启动按钮、显示器、指示灯和控制台中心；
9.所述田间灌水装置包括有水泵、第一电磁阀、第二电磁阀和灌溉管道，所述水泵的输入端、第一电磁阀的输入端和第二电磁阀的输入端均与信息采集终端控制器的输出端电性连接，所述灌溉管道包括灌溉主管和灌溉支管。
10.进一步地，所述无线网络模块设置在信息采集终端内，且所述无线网络模块处设置有信号增强模块。
11.进一步地，所述采集点设置在采集区域上，每个所述采集区域内均设置有四个采集点，四个所述采集点呈矩形阵列状均匀分布在灌溉支管的四周，所述采集区域设置有若干个，若干个所述采集区域交错设置在大田内。
12.进一步地，每个所述采集点内均竖直埋设有三个土壤水分传感器，三个所述土壤水分传感器的埋地深度依次设置为10cm、20cm以及30cm。
13.进一步地，所述数据分析模块分别采用arcgis软件和surfer软件将土壤墒情的土壤水分传感器空间分布图和墒情数值分布图绘制出来，再利用空间插值法得到目标区域内的土壤墒情数据。
14.进一步地，所述自动控制装置将采集区域内的墒情数值与设定的土壤墒情上下限作比较时，该所述采集区域内的墒情数值采用该区域一段时间内稳定、连续的土壤墒情数据均值，同一位置、多深度、稳定、连续的土壤水分数据才是有价值、可指导实际生产的土壤水分数据。
15.进一步地，所述信息采集终端设置有若干个，若干个所述信息采集终端分别设置在大田的各个采集区域内，且若干个所述信息采集终端均与同一个远程上位机网络连接，若干个所述信息采集终端可实现集中化管理。
16.本发明具有以下有益效果：
17.1、本发明可实现对试验田的自动监测和灌溉，使得马铃薯作物在各种气象因素下可以适时适量的灌溉，节约水资源，使得土壤墒情能更加适合马铃薯的生长，提高马铃薯产量，通过土壤水分传感器采集土壤层不同深度的土壤水分数据，并通过无线传输给上位机，上位机通过采集墒情数据、分析墒情数据、最终生成具有区域性的墒情数据，并与设定的土壤墒情上下限比较，进而控制水泵和电磁阀的通断，灌溉中当采集到的水分数据低于墒情控制下限时，开启灌溉，高于墒情控制上限时，停止灌溉，在灌溉过程中系统能够自动记录、统计电磁阀的总开启时间，进而得到满足马铃薯墒情需求的灌水时间，将该时间定为满足马铃薯需水的灌水时长，且大田中的采集区域相对的未安装土壤水分传感器的非采集区域的灌溉时间，以对面的采集区域的灌溉时长进行灌溉，从而可降低整个管理系统的采集设备安装成本。
18.2、本发明通过对土壤的同一位置、多深度、稳定、连续的监测，使得测得的土壤水分数据具有实用价值，可指导实际生产，提高大田马铃薯的种植产量，且可集中管理多个种植大田，且当采集到的墒情数据与设定的土壤墒情上下限比较时，计算机系统采用该区域一段时间内稳定、连续的土壤墒情数据均值，提高比对的准确性，进而使得灌溉能更加精确。
19.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的原理示意图；
22.图2为本发明的田间设备分布示意图；
23.图3为本发明的信息采集终端内部结构示意图；
24.图4为本发明的土壤水分传感器分布示意图；
25.图5为本发明的原理框图；
26.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
27.1、田间数据采集装置；2、土壤墒情识别装置；3、自动控制装置；4、田间灌水装置；5、采集区域；6、采集点；101、土壤水分传感器；102、信息采集终端；103、太阳能蓄电池；104、无线网络模块；105、信号增强模块；106、信息采集终端控制器；201、无线数据接收模块；202、数据分析模块；203、信号接收模块；301、控制计算机；401、水泵；402、第一电磁阀；403、第二电磁阀；404、灌溉主管；405、灌溉支管。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请参阅图1所示，本发明为大田马铃薯种植智能水肥一体化管理系统，包括用于采集数据并上传数据的田间数据采集装置1、用于数据分析的土壤墒情识别装置2、用于控制灌溉设备的自动控制装置3以及用于马铃薯灌溉的田间灌水装置4，土壤墒情识别装置2和自动控制装置3均设置在远程上位机内。
30.其中如图2-5所示，田间数据采集装置1包括土壤水分传感器101、信息采集终端102、太阳能蓄电池103和信息采集终端控制器106，土壤水分传感器101埋在采集点6内，土壤水分传感器101用于采集土壤的含水量，信息采集终端102通过支架固定在采集点6的上方，太阳能蓄电池103和信息采集终端控制器106均设置在信息采集终端102内，且太阳能蓄电池103与太阳能板电性连接，太阳能板倾斜设置在信息采集终端102的侧面处，太阳能蓄电池103用于给信息采集终端102供电，土壤水分传感器101的输出端与信息采集终端102的输入端无线连接，信息采集终端102的输出端通过无线网络模块104与远程上位机无线网络连接，无线网络模块104设置在信息采集终端102内，且无线网络模块104处设置有信号增强模块105，信息采集终端102设置有若干个，若干个信息采集终端102分别设置在大田的各个采集区域5内，且若干个信息采集终端102均与同一个远程上位机网络连接。
31.其中如图5所示，土壤墒情识别装置2包括无线数据接收模块201、数据分析模块
202和信号接收模块203，无线数据接收模块201的输入端与信息采集终端102的输出端无线网络连接，无线数据接收模块201的输出端与数据分析模块202的输入端电性连接，数据分析模块202的输出端与信号接收模块203的输入端电性连接，信号接收模块203的输出端与自动控制装置3的输入端电性连接，数据分析模块202分别采用arcgis软件和surfer软件将土壤墒情的土壤水分传感器101空间分布图和墒情数值分布图绘制出来，再利用空间插值法得到目标区域内的土壤墒情数据，无线数据接收模块201获取与土壤墒情有关的数据，发送给数据分析模202，通过数据分析模块202转换成信号墒情数据，发送给信号接收模块203，然后通过自动控制装置3，生成带有区域性的墒情数据。
32.其中如图5所示，自动控制装置3包括控制计算机301，控制计算机301的输入端与信号接收模块203的输出端电性连接，控制计算机301的输出端与信息采集终端控制器106的输入端无线网络连接，自动控制装置3将采集区域5内的墒情数值与设定的土壤墒情上下限作比较时，该采集区域5内的墒情数值采用该区域一段时间内稳定、连续的土壤墒情数据均值，同一位置、多深度、稳定、连续的土壤水分数据才是有价值、可指导实际生产的土壤水分数据，自动控制装置3还包括通讯设备、电源、启动按钮、显示器、指示灯和控制台中心，控制计算机301主要完成土壤含水率上下限的设定、灌区灌溉时间的设定和实时监视灌区电磁阀的运行状态，通讯设备用于与信息采集终端102通信，以实现集中化管理，电源用于控制上位机的工作状态，启动按钮用于控制整个系统的启闭，显示器用于显示系统在正常情况下的各种数据，指示灯在系统出现异常时，可显示出红色警报，用于提醒工作人员，控制台中心用于监视整个控制系统的状态。
33.其中如图2和图5所示，田间灌水装置4包括有水泵401、第一电磁阀402、第二电磁阀403和灌溉管道，水泵401的输入端、第一电磁阀402的输入端和第二电磁阀403的输入端均与信息采集终端控制器106的输出端电性连接，灌溉管道包括灌溉主管404和灌溉支管405。
34.其中如图2-4所示，采集点6设置在采集区域5上，每个采集区域5内均设置有四个采集点6，四个采集点6呈矩形阵列状均匀分布在灌溉支管405的四周，每个采集点6内均竖直埋设有三个土壤水分传感器101，三个土壤水分传感器101的埋地深度依次设置为10cm、20cm以及30cm，通过设置四个采集点6，且每个采集点6内设置三个土壤水分传感器101，可全面对采集区域5进行墒情监测，采集区域5设置有若干个，若干个采集区域5交错设置在大田内，采集区域5内的土壤水分传感器101采集土壤水分数据，自动控制装置3根据采集到的数据确定所需要的灌溉时间，进而对采集区域5进行灌溉，而采集区域5相对的未安装土壤水分传感器101的非采集区域的灌溉时间则以对面的采集区域5的灌溉时长进行灌溉，从而可降低整个管理系统的采集设备安装成本。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
36.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，
可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。