一种基于农业物联网的水稻灌排水系统

1.本发明属于农业物联网技术领域，具体涉及一种基于农业物联网的水稻灌排水系统。


背景技术：

2.水稻是最重要的粮食作物，随着全球气候变暖的加剧，主要粮食作物生产遭受了各类非生物逆境胁迫，受高温危害导致减产的情景越来越常见，水稻起源于低纬度地区，具有较强的喜温特性，当外界温度高于植株生长发育所需温度的上限时，高温环境下植株的生长发育、产量和品质的形成将会受到影响，尤其是在扬花期间，对高温特别敏感，若平均气温连续三天以上高于30℃，最高气温高于35℃，就会使水稻开花受精和灌浆结实受到严重影响，进而造成空瘪率上升、千粒重明显下降，减产幅度轻者高达20%-30%，重者超过50%，除了研究培育耐热水稻新品种外，还需要对如何增强田间管理进行研究。
3.随着物联网技术的成熟，将物联网与农业环境监测结合起来是发展趋势，因此可以通过结合物联网技术解决水稻受高温危害的问题；另外现有水稻田通过设置水源箱、水泵等实现对稻田内部水位进行控制，避免出现稻田内水源过多或过少的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是通过结合物联网技术解决水稻受高温危害的问题，通过检测田间温度，控制灌溉控制系统，灌水降低田间温度，同时促进水稻根系发育，提供了一种基于农业物联网的水稻灌排水系统。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于农业物联网的水稻灌排水系统，包括环境检测装置、灌溉控制系统和上位机，上位机通过灌溉控制系统控制稻田内部水位，所述环境检测装置设置于稻田内部；所述环境检测装置包括立杆，所述立杆底部固定基座，所述基座下方均匀分布多个竖直设置的插杆，方便稳定的插入稻田内部，所述立杆一侧连接安装板，所述安装板上固定水位传感器，所述水位传感器通过电缆线连接控制头；所述立杆顶部固定倾斜设置的太阳能板，太阳能板下方的位置固定控制箱，控制箱内设置plc控制器和无线通信模块，控制箱侧面设有控制面板，控制箱底部固定室外温度传感器，能够减少外界环境对其影响；所述plc控制器与上位机电信号连接，plc控制器通过无线通信模块接收由控制头获取的水位信号和室外温度传感器检测的温度信号。
6.具体的，每块稻田内部至少设置一组环境检测装置，环境检测装置插设于稻田内部空地处，使固定基座与稻田内部底面齐平，水位传感器自然垂下时低于固定基座，plc控制器将采集的数据传输至上位机。
7.具体的，所述灌溉控制系统包括进水管和出水管，进水管连接水源箱和稻田内部，进水管上设置进水电磁阀；出水管连接稻田内部和稻田外部，出水管上设置出水电磁阀；所述plc控制器通过数据传输模块向进水电磁阀和出水电磁阀传输控制信号。
8.具体的，所述太阳能板单向连接充放电控制器，充放电控制器单向连接plc控制器，充放电控制器与蓄电池双向连接，蓄电池为plc控制器供电，维持plc控制器正常运行。
9.具体的，所述控制箱外表面涂覆绝热防晒涂料，能保护控制箱内的plc控制器避免受高温影响。
10.具体的，所述无线通信模块为zigbee通信模块，工作频率为800m-2.4ghz，优选433mhz无线通信模块，可用常用遥控器进行控制。
11.一种基于农业物联网的水稻灌排水系统，其工作过程为，所述室外温度传感器所检测的实时温度信号高于预设温度时，plc控制器向上位机传输预警信号，进入预警模式；当实时温度信号高于预设值超过预设时长后，上位机通过plc控制器向进水电磁阀发送启动指令，直到水位传感器所检测信号达到预设水位后关闭进水电磁阀阀，同时等待夜间排水；具体的，所述预设温度为30-35℃，预设时长为2-4小时，预设水位为10-18cm；其中，所述夜间排水的实现过程为，在预设时间启动出水电磁阀，直到水位传感器所检测信号达到预设保持水位后关闭出水电磁阀阀，所述预设时间为下午6-10点，预设保持水位为3-5cm。
12.所述液位传感器为电子式水位开关，外壳为pvc材料，耐水垢，用环氧树脂灌封，能长期浸在水中，不受固体漂浮物的影响，其工作原理为通过内置式电子探头对水位进行检测，由水位专用检测芯片对检测到的信号进行处理；能在污水中不受影响，测量深度3-30cm；温度传感器为西门子qac3161，测量范围0-50℃。
13.在实际应用中，环境检测装置可根据需要增加定位模块，方便管理；还设有报警模块，如果检测数据出现异常，方便及时进行处理；根据水稻生长的不同阶段或种植区域对预设温度、预设水位等信息进行调节，以适应水稻植株生长，降低温度。
14.通过传感器的现场监测，能实现对农田实时环境的监测，基于农业物联网提高本发明相比现有技术具有以下优点：环境监测装置结构设计合理，集约化结构能节省安装空间，提高安装稳定性，方便在户外稻田内使用；通过在稻田内设置环境检测装置，方便对稻田实时环境进行检测，基于农业物联网在高温期间根据环境温度自动实现灌排水的管理，促进水稻根系发育，为水稻开花授粉创造良好的条件，节约水资源的同时节约人力成本，有助于稻田规模化经营。
附图说明
15.图1是环境监测装置背面视角的结构示意图。
16.图2是环境监测装置正面视角的结构示意图。
17.图3是太阳能板的安装结构示意图。
18.图4是太阳能板的连接结构框图。
19.图5是水稻灌排水系统的工作流程图。
20.其中，1-立杆，11-基座，12-插杆，13-安装板，14-安装头，15-安装块，2-控制箱，3-太阳能板，31-固定板，4-水位传感器，41-电缆线，42-控制头， 5-室外温度传感器，6-控制面板。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明进一步说明。
22.下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例技术方案进行清楚、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他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.一种基于农业物联网的水稻灌排水系统，包括环境检测装置、灌溉控制系统和上位机，上位机为计算机，上位机通过灌溉控制系统控制稻田内部水位，所述环境检测装置设置于稻田内部；如图1-3中所示，所述环境检测装置包括立杆1，所述立杆1底部固定三角形基座11，提高安装稳定性，所述基座11下方均匀分布3个竖直设置的插杆12，插杆12底部为尖刺状，方便稳定的插入稻田内部，所述立杆1一侧连接安装板13（该安装板不限定具体形状，主要为安装水位传感器，避免水位传感器受基座11干扰），所述安装板13上固定水位传感器4，所述水位传感器4通过电缆线41连接控制头42；所述立杆1顶部固定倾斜设置的太阳能板3，立杆1顶部连接安装头14，太阳能板3背面中心位置设有能够与安装头14固定的安装块15，太阳能板3下方的位置固定控制箱2（该箱体的结构能够合理节约空间），太阳能板3背面还设有多个固定板15，用于将控制箱2固定；控制箱2体内设置plc控制器和无线通信模块（在箱体内，为常规结构，此处未具体画出），控制箱2体侧面设有控制面板6，控制箱2底部固定室外温度传感器5，能够减少外界环境对其影响；所述plc控制器与上位机电信号连接，plc控制器通过无线通信模块接收由控制头获取的水位信号和室外温度传感器检测的温度信号。
24.实施例1本实施例中室外温度传感器选择西门子qac3161，水位传感器的型号为yj2401；所述无线通信模块选择433mhz的zigbee通信模块；在控制箱外表面涂覆绝热防晒涂料；如图4所示，所述太阳能板单向连接充放电控制器，充放电控制器单向连接plc控制器，充放电控制器与蓄电池双向连接，蓄电池为plc控制器供电，维持plc控制器正常运行；plc控制器通过无线通信模块接收由控制头获取的水位信号和室外温度传感器检测的温度信号，通过无线通信传输至上位机；所述灌溉控制系统包括进水管和出水管，进水管连接水源箱和稻田内部，进水管上设置进水电磁阀；出水管连接稻田内部和稻田外部，出水管上设置出水电磁阀；上位机向plc控制器传输控制指令，所述plc控制器通过数据传输模块向进水电磁阀和出水电磁阀传输控制信号（为本领域常规技术，此处不展开说明）；在安装时，每块稻田内部至少设置一组环境检测装置，环境检测装置插设于稻田内部空地处，使固定基座与稻田内部底面齐平，水位传感器自然垂下时低于固定基座，plc控制器将采集的数据传输至上位机。
25.一种基于农业物联网的水稻灌排水系统，如图5所示，其工作过程包括以下内容：（1）温度传感器检测稻田环境实时温度，每10分钟检测一次，实时温度信号发送至plc控制器；
（2）plc控制器判断温度传感器所检测的实时温度信号是否超过预设温度32℃，如果超过则进入步骤（3），未超过则重复步骤（1）；（3）plc控制器传输信号至上位机，上位机进入预警模式；（4）判断进入预警模式的时长是否高于预设时长3h，如果超过则进入步骤（4），未超过则重复步骤（3）；（5）上位机发送控制指令至对应的plc控制器，plc控制器通过数据传输模块向进水电磁阀发送控制指令，实施启动进水电磁阀指令；（6）水位传感器检测稻田内部实时水位，每1分钟检测一次，实时水位信号发送至plc控制器；（7）plc控制器判断是否达到预设水位15cm，如果达到则进入步骤（8），未达到则进入重复步骤（6）；（8）上位机发送控制指令至对应的plc控制器，plc控制器通过数据传输模块向进水电磁阀发送控制指令，实施关闭进水电磁阀指令；（9）上位机在下午8点向plc控制器发送控制指令，plc控制器通过数据传输模块向出水电磁阀发送控制指令，实施启动出水电磁阀指令；（10）plc控制器判断是否达到预设水位5cm，如果达到则进入步骤（11），未达到则进入重复步骤（9）；（11）上位机发送控制指令至对应的plc控制器，plc控制器通过数据传输模块向出水电磁阀发送控制指令，实施关闭出水电磁阀指令；（12）重复步骤（1）。
26.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或 基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
27.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。