一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统的制作方法

1.本发明涉及农业节能技术领域，具体涉及一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统。


背景技术：

2.传统的农业模式会浪费很多的人力和物力，因此传统农业需要向智慧农业进行转变，物联网作为一种新兴的高新技术，具有长远的发展前景，将其应用在农业上，对于促进农业生产具有重大意义，而如何利用物联网技术来实现农业节水节能，并保证农作物合理生长，是本领域技术人员的研究方向。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统。
4.一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统，包括灌溉模组，所述灌溉模组包括划区模块、第一采集模块、第一计算模块、第二采集模块、第二计算模块和灌溉模块；其中，所述划区模块用于将栽培区域划分为多个采样区域；所述第一采集模块用于获取每个采样区域的含水量变化率，所述第一计算模块用于计算得到相邻采样区域的含水量变化率的第一差值，若第一差值小于第一预设阈值，则将上述相邻采样区域拼合形成第一灌溉区域，若第一差值不小于第一预设阈值，则将上述相邻采样区域一一形成第二灌溉区域；所述第二采集模块用于实时采集第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量，所述第二计算模块用于根据第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量和预设土壤含水量计算得到第一灌溉区域和第二灌溉区域分别所需的灌溉用水量；所述灌溉模块用于按对应的灌溉用水量分别对多个第一灌溉区域和多个第二灌溉区域进行灌溉作业。整个智慧农业智能节水灌溉系统中，基于物联网技术，能够加装温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等多种传感器，以此获取农作物生长环境信息。
5.具体地，还包括存储模组，所述存储模组设置在多个采样区域内并且连接所述灌溉模块，所述存储模组用于存储待灌溉水，所述存储模组还用于使储水模块内部待灌溉水的蒸发量小于第二预设阈值。基于物联网，可以在存储模组设置液位传感器来实时监测其内部待灌溉水的变化量，再通过降低存储模组温度、减小存储模组内部空气流速、减少待灌溉水液面表面积等方法，控制待灌溉水的蒸发量，使其满足节能需求，进一步提高了节能效果。
6.具体地，还包括回收利用模组，所述回收利用模组用于接收气象信息并将气象信息转变为控制信息，所述回收利用模组还用于按控制信息封闭采样区域并收集雨水至储水模块中，所述回收利用模组还用于在封闭采样区域后将采样区域上方的水蒸气液化，并将液化后的水送至储水模块中。基于物联网，回收利用模组可以获取气象信息，从而掌握是否降雨，如果降雨，会影响采样区域内农作物的合理生长，因此需要将采样区域封闭，从而提
高农作物生长效果，进一步地，回收利用模组再对雨水进行收集，在进行过滤的基础上，无成本增加待灌溉水含量，有效提高节水节能率，更关键的是，当采样区域封闭后，其内部水蒸气无法向外界传播，因此回收利用模组可以将这部分水蒸气尽可能液化收集，形成循环利用待灌溉水含量，进一步提高了节水节能率。
7.具体地，灌溉模组还包括第三计算模块，所述第三计算模块用于计算与第一灌溉区域相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域的灌溉用水量的第二差值，若第二差值小于第二预设阈值，则计算出二者的平均灌溉用水量，所述灌溉模块用于按平均灌溉用水量同时对上述第一灌溉区域和与其相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域进行灌溉作业。即使相邻区域内的农作物耗水量不相同，但是由于采样区域本身基础土壤含水量不相同，因此，基于第二计算模块计算区域的灌溉用水量，再利用第三计算模块来判断相邻区域对应的灌溉用水量是否大致相同，当第二差值小于第二预设阈值时，则代表相邻区域的灌溉用水量也大致相同，从而灌溉模块可以对上述相邻区域进行同时灌溉作业，进一步精简了灌溉作业操作，降低因不同灌溉作业更换过程中的用水损耗，进一步提高了节水节能率。
8.具体地，第三计算模块包括第二比对单元、第二判断单元和第二整合单元；其中，所述第二比对单元用于比对第一灌溉区域的灌溉用水量和与其相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域的灌溉用水量，并生成第二差值；所述第二判断单元用于在第二差值小于第二预设阈值时，根据上述灌溉用水量计算出平均灌溉用水量，并控制第二整合单元按平均灌溉用水量同时对所比对的第一灌溉区域和与其相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域进行灌溉作业。
9.具体地，回收利用模组包括气象模块、收集模块和液化模块；其中，所述气象模块用于接收气象信息并将气象信息转变为控制信息；所述收集模块用于按控制信息封闭采样区域并收集雨水至储水模块中；所述液化模块用于在封闭采样区域后将采样区域上方的水蒸气液化，并将液化后的水送至储水模块中。
10.具体地，存储模组包括控制模块和多个储水模块；其中，多个所述储水模块分别设置在多个采样区域内，所述储水模块连接所述灌溉模块，所述储水模块用于存储待灌溉水，所述控制模块用于保证储水模块内部待灌溉水的蒸发量小于蒸发预设阈值。优选地，储水模块数量与采样区域数量相同，从而最大化降低待灌溉水的输送成本。
11.具体地，第一计算模块包括第一比对单元、第一判断单元和第一整合单元；其中，所述第一比对单元用于比对相邻采样区域的含水量变化率，并生成第二差值；所述第一判断单元用于在第一差值小于第一预设阈值时，控制第一整合单元将所比对的相邻采样区域拼合形成第一灌溉区域；所述第一判断单元还用于在第一差值不小于第一预设阈值时，控制第一整合单元将所比对的相邻采样区域一一形成第二灌溉区域。
12.具体地，划区模块包括划区单元和预设单元，所述划区单元用于将栽培区域划分为多个预灌溉区域，所述预设单元根据预灌溉区域的面积和所栽培农作物信息生成第一预设阈值和预设土壤含水量。
13.具体地，灌溉模块包括多个灌溉单元，多个灌溉单元分别设置在多个采样区域上方。灌溉单元设置在采样区域上方，每个灌溉单元均可以单独控制，当需要对相邻采样区域进行相同灌溉作业，只需让相邻采样区域上方的灌溉单元联动即可。
14.本发明的有益效果体现在：
15.在本发明的灌溉模组中，一个栽培区域用来栽培一种农作物，通过划区模块对整个栽培区域进行划分，划分标准可以是按面积平均分配，划分完成后，能够将大面积的栽培区域分解为小面积的采样区域，在对农作物生长环境信息的采集层面上，由于采集点位更多，采集范围更精细，能够有效提高生长环境信息的准确性，更贴合农作物本身的生长环境，在物联网数据层面上，能够有更多的生长环境信息进行分析，从而制定出更节能的灌溉方案；进一步地，通过第一采集模块获取每个采样区域的含水量变化率，再由第一计算模块计算得到相邻采样区域的含水量变化率的第一差值，若第一差值小于第一预设阈值，则代表相邻采样区域的农作物耗水量基本一致，因此将上述相邻采样区域拼合形成第一灌溉区域，在后续灌溉处理时可以直接对整个第一灌溉区域进行灌溉作业，降低了灌溉用水量，同时在节省灌溉成本的前提下，实现对不同生长环境的农作物进行针对性处理；进一步地，在灌溉前，第二采集模块采集第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量，再由第二计算模块根据第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量和预设土壤含水量计算得到第一灌溉区域和第二灌溉区域分别所需的灌溉用水量，其中预设含水量为该区域农作物处于较佳生长状态下所需的土壤含水量，最后由灌溉模块按对应的灌溉用水量分别对多个第一灌溉区域和多个第二灌溉区域进行灌溉作业，综上可知，即使农作物与农作物之间需要的预设土壤含水量不同，只要相邻农作物之间的耗水量相同，即可在不浪费灌溉用水量的基础上，进行相同灌溉作业，同时分别对多个第一灌溉区域和多个第二灌溉区域进行灌溉作业，也解决了因农作物与农作物之间的生长状态、受光照面积、受外界吹打程度互不相同所造成的耗水量不同的问题，还能最大化精简灌溉操作，从而大大提高了节水节能率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
17.图1为本发明灌溉模组的连接示意图；
18.图2为本发明的组成示意图；
19.图3为本发明的实施示意图；
20.图4为本发明灌溉模组的组成示意图；
21.图5为本发明第一计算模块的组成示意图；
22.图6为本发明第三计算模块的组成示意图；
23.图7为本发明存储模组的组成示意图；
24.图8为本发明回收利用模组的组成示意图；
25.图9为本发明划区模块的组成示意图。
26.附图标记：
27.1-灌溉模组，11-划区模块，111-划区单元，112-预设单元，12-第一采集模块，13-第一计算模块，131-第一比对单元，132-第一判断单元，133-第一整合单元，14-第二采集模块，15-第二计算模块，16-灌溉模块，161-灌溉单元，17-第三计算模块，171-第二比对单元，172-第二判断单元，173-第二整合单元，2-存储模组，21-控制模块，22-储水模块，3-回收利用模组，31-气象模块，32-收集模块，33-液化模块，4-采样区域。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.如图1至图9所示，一种基于物联网的智慧农业智能节水灌溉系统，包括灌溉模组1，灌溉模组1包括划区模块11、第一采集模块12、第一计算模块13、第二采集模块14、第二计算模块15和灌溉模块16；其中，划区模块11用于将栽培区域划分为多个采样区域4；第一采集模块12用于获取每个采样区域4的含水量变化率，第一计算模块13用于计算得到相邻采样区域4的含水量变化率的第一差值，若第一差值小于第一预设阈值，则将上述相邻采样区域4拼合形成第一灌溉区域，若第一差值不小于第一预设阈值，则将上述相邻采样区域4一一形成第二灌溉区域；第二采集模块14用于实时采集第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量，第二计算模块15用于根据第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量和预设土壤含水量计算得到第一灌溉区域和第二灌溉区域分别所需的灌溉用水量；灌溉模块16用于按对应的灌溉用水量分别对多个第一灌溉区域和多个第二灌溉区域进行灌溉作业。
33.在本实施方式中，需要说明的是，整个智慧农业智能节水灌溉系统中，基于物联网技术，能够加装温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等多种传感器，以此获取农作物生长环境信息，其中，在灌溉模组1中，一个栽培区域用来栽培一种农作物，通过划区模块11对整个栽培区域进行划分，划分标准可以是按面积平均分配，划分完成后，能够将大面积的栽培区域分解为小面积的采样区域4，在对农作物生长环境信息的采集层面上，由于采集点位更多，采集范围更精细，能够有效提高生长环境信息的准确性，更贴合农作物本身的生长环境，在物联网数据层面上，能够有更多的生长环境信息进行分析，从而制定出更节能的灌溉方案；进一步地，通过第一采集模块12获取每个采样区域4的含水量变化率，再由第一计算模块13计算得到相邻采样区域4的含水量变化率的第一差值，若第一差值小于第一预设阈值，则代表相邻采样区域4的农作物耗水量基本一致，因此将上述相邻采样区域4拼合形成第一灌溉区域，在后续灌溉处理时可以直接对整个第一灌溉区域进行灌溉作业，降低了灌溉用水量，同时在节省灌溉成本的前提下，实现对不同生长环境的农作物进行针对性处理；进一步地，在灌溉前，第二采集模块14采集第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水
量，再由第二计算模块15根据第一灌溉区域和第二灌溉区域的实时土壤含水量和预设土壤含水量计算得到第一灌溉区域和第二灌溉区域分别所需的灌溉用水量，其中预设含水量为该区域农作物处于较佳生长状态下所需的土壤含水量，最后由灌溉模块16按对应的灌溉用水量分别对多个第一灌溉区域和多个第二灌溉区域进行灌溉作业，综上可知，即使农作物与农作物之间需要的预设土壤含水量不同，只要相邻农作物之间的耗水量相同，即可在不浪费灌溉用水量的基础上，进行相同灌溉作业，同时分别对多个第一灌溉区域和多个第二灌溉区域进行灌溉作业，也解决了因农作物与农作物之间的生长状态、受光照面积、受外界吹打程度互不相同所造成的耗水量不同的问题，还能最大化精简灌溉操作，从而大大提高了节水节能率。
34.具体地，还包括存储模组2，存储模组2设置在多个采样区域4内并且连接灌溉模块16，存储模组2用于存储待灌溉水，存储模组2还用于使储水模块22内部待灌溉水的蒸发量小于第二预设阈值。
35.在本实施方式中，需要说明的是，基于物联网，可以在存储模组2设置液位传感器来实时监测其内部待灌溉水的变化量，再通过降低存储模组2温度、减小存储模组2内部空气流速、减少待灌溉水液面表面积等方法，控制待灌溉水的蒸发量，使其满足节能需求，进一步提高了节能效果。
36.具体地，还包括回收利用模组3，回收利用模组3用于接收气象信息并将气象信息转变为控制信息，回收利用模组3还用于按控制信息封闭采样区域4并收集雨水至储水模块22中，回收利用模组3还用于在封闭采样区域4后将采样区域4上方的水蒸气液化，并将液化后的水送至储水模块22中。
37.在本实施方式中，需要说明的是，基于物联网，回收利用模组3可以获取气象信息，从而掌握是否降雨，如果降雨，会影响采样区域4内农作物的合理生长，因此需要将采样区域4封闭，从而提高农作物生长效果，进一步地，回收利用模组3再对雨水进行收集，在进行过滤的基础上，无成本增加待灌溉水含量，有效提高节水节能率，更关键的是，当采样区域4封闭后，其内部水蒸气无法向外界传播，因此回收利用模组3可以将这部分水蒸气尽可能液化收集，形成循环利用待灌溉水含量，进一步提高了节水节能率。
38.具体地，灌溉模组1还包括第三计算模块17，第三计算模块17用于计算与第一灌溉区域相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域的灌溉用水量的第二差值，若第二差值小于第二预设阈值，则计算出二者的平均灌溉用水量，灌溉模块16用于按平均灌溉用水量同时对上述第一灌溉区域和与其相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域进行灌溉作业。
39.在本实施方式中，需要说明的是，即使相邻区域内的农作物耗水量不相同，但是由于采样区域4本身基础土壤含水量不相同，因此，基于第二计算模块15计算区域的灌溉用水量，再利用第三计算模块17来判断相邻区域对应的灌溉用水量是否大致相同，当第二差值小于第二预设阈值时，则代表相邻区域的灌溉用水量也大致相同，从而灌溉模块16可以对上述相邻区域进行同时灌溉作业，进一步精简了灌溉作业操作，降低因不同灌溉作业更换过程中的用水损耗，进一步提高了节水节能率。
40.具体地，第三计算模块17包括第二比对单元171、第二判断单元172和第二整合单元173；其中，第二比对单元171用于比对第一灌溉区域的灌溉用水量和与其相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域的灌溉用水量，并生成第二差值；第二判断单元172用于在第二差值
小于第二预设阈值时，根据上述灌溉用水量计算出平均灌溉用水量，并控制第二整合单元173按平均灌溉用水量同时对所比对的第一灌溉区域和与其相邻的第一灌溉区域或第二灌溉区域进行灌溉作业。
41.具体地，回收利用模组3包括气象模块31、收集模块32和液化模块33；其中，气象模块31用于接收气象信息并将气象信息转变为控制信息；收集模块32用于按控制信息封闭采样区域4并收集雨水至储水模块22中；液化模块33用于在封闭采样区域4后将采样区域4上方的水蒸气液化，并将液化后的水送至储水模块22中。
42.具体地，存储模组2包括控制模块21和多个储水模块22；其中，多个储水模块22分别设置在多个采样区域4内，储水模块22连接灌溉模块16，储水模块22用于存储待灌溉水，控制模块21用于保证储水模块22内部待灌溉水的蒸发量小于蒸发预设阈值。
43.在本实施方式中，需要说明的是，优选地，储水模块22数量与采样区域4数量相同，从而最大化降低待灌溉水的输送成本。
44.具体地，第一计算模块13包括第一比对单元131、第一判断单元132和第一整合单元133；其中，第一比对单元131用于比对相邻采样区域4的含水量变化率，并生成第二差值；第一判断单元132用于在第一差值小于第一预设阈值时，控制第一整合单元133将所比对的相邻采样区域4拼合形成第一灌溉区域；第一判断单元132还用于在第一差值不小于第一预设阈值时，控制第一整合单元133将所比对的相邻采样区域4一一形成第二灌溉区域。
45.具体地，划区模块11包括划区单元111和预设单元112，划区单元111用于将栽培区域划分为多个预灌溉区域，预设单元112根据预灌溉区域的面积和所栽培农作物信息生成第一预设阈值和预设土壤含水量。
46.具体地，灌溉模块16包括多个灌溉单元161，多个灌溉单元161分别设置在多个采样区域4上方。
47.在本实施方式中，需要说明的是，如图3所示，灌溉单元161设置在采样区域4上方，每个灌溉单元161均可以单独控制，当需要对相邻采样区域4进行相同灌溉作业，只需让相邻采样区域4上方的灌溉单元161联动即可。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。