一种灌区田间节水智能化灌溉系统的制作方法

本发明涉及农业灌溉领域，尤其涉及一种灌区田间节水智能化灌溉系统。

背景技术：

在当前水资源紧缺的情况下，节能减排已经提升到国家战略，提高水资源的利用率，许多地域的农业和园林需要人工浇水。但实际工作中，常遇到人工浇水不足，湿土只停留在表层，在炎炎夏日反而使植物速死；有时因无法获取浇水量，而使浇水过度，导致容易造成作物减产甚至死亡，并浪费大量水资源。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种灌区田间节水智能化灌溉系统，包括：服务器，与服务器通过通信网络连接，用于将灌区气象信息传输至服务器的气象站，设置在各个灌区内，与服务器通过通信网络连接的灌溉数据采集控制终端，喷灌机，水泵；水泵上设有控制水泵开启或关断的水泵电磁阀；

灌溉数据采集控制终端包括：处理器，数据储存模块、埋设在灌溉区土壤里用于获取土壤中水分数据的多个土壤湿度传感器，设置灌区田间测量植物生长的植物生长测量仪，插入土壤测量土壤电阻值，并具有正负极插针的土壤电阻测试器，用于获得植物生长视频图像，并将摄取的视频图像通过通信网络传输至服务器的摄像头、用于根据服务器发送的控制指令控制摄像头动作的云台控制模块，用于获取光照度的光照传感器，用于根据服务器发出的控制指令，控制水泵电磁阀的水泵控制器，用于根据服务器发出的控制指令，控制喷灌机开启或关断的喷灌控制器，用于获取喷灌机运行状态信息的喷灌机运行状态获取模块；

喷灌机运行状态获取模块包括：喷灌机的电压、电流、水压、水流量、水温、行进方向、行进速率、干湿状态、尾枪状态、水泵状态、水泵压力、水泵流量，喷灌机在灌区内偏跨状态信息，喷灌机的灌区中的各跨行程，喷灌机的电机的温度、电压、电流，GPS定位信息；

喷灌机运行状态获取模块、数据储存模块、土壤湿度传感器、植物生长测量仪、土壤电阻测试器、光照传感器、水泵控制器、喷灌控制器分别与处理器电连接，处理器用于接收喷灌机运行状态获取模块、土壤湿度传感器、植物生长测量仪、土壤电阻测试器、光照传感器感应的数据信息，并将感应的数据信息通过通信网络传输至服务器以及用于接收服务器的控制指令，控制水泵控制器、喷灌控制器的运行；

土壤湿度传感器分别设置在灌区的耕作层的顶部、中部和底部，熟土层的顶部、中部和底部；

服务器包括：中央处理器、喷灌机运行控制模块、数据库、土壤湿度获取模块、植物生长获取模块、土壤电阻获取模块、光照获取模块、水泵控制模块、视频信息控制展示模块、数据交互平台；

土壤湿度获取模块用于获取灌区的耕作层的顶部、中部和底部，熟土层的顶部、中部和底部的湿度状态；

植物生长获取模块用于获取植物生长的状态信息；

土壤电阻获取模块用于获取灌区土壤的电阻状态信息；

光照获取模块用于获取灌区的光照信息；

视频信息获取展示模块用于获取摄像头摄取的图像信息，通过显示屏进行实时显示，并通过云台控制模块控制摄像头变焦，动作；

中央处理器用于根据土壤湿度获取模块、土壤电阻获取模块、光照获取模块、视频信息获取展示模块获取的数据信息，通过喷灌机运行控制模块和水泵控制模块控制喷灌机和水泵的运行，实现控制对灌区浇灌的控制；

以及用于根据灌区内植被种类和土壤类型设定灌区内土壤湿度下限和灌区内土壤湿度上限；当土壤湿度传感器探测到该灌区内土壤湿度低于土壤湿度下限值时，中央处理器控制打开该灌区的喷灌机和水泵打开进行灌溉；

当土壤湿度传感器探测到该灌区内土壤湿度高于设走上限时，中央处理器控制关闭该灌区的喷灌机和水泵；

当土壤湿度传感器探测到该灌区内的土壤湿度低于设定下限值，同时，另一个土壤湿度传感器探测到的土壤湿度高于设走上限值时，中央处理器进行土壤湿度异常报警，如此时喷灌机和水泵正在灌溉，则立即停止灌溉；

数据交互平台用于实现灌区人员之间交流通信，对灌区灌溉进行跟踪处理，并且提供移动终端连接的客户端端口，使灌区人员使用移动终端连接数据交互平台；

数据交互平台还用于提供灌溉规范、标准、系统操作手册，对常见问题异常处理方法相关资料进行归类、展示，方便灌区人员查阅，实现知识文档管理、知识搜集与指导、常见问答功能，以根据问题发生地区、问题类别、提交时间、解决时间等角度进行统计汇总、分析。

优选地，所述气象站包括：蒸发量传感器、风速传感器、降雨量传感器、蒸发量传感器、湿度传感器、温度传感器。

优选地，通信网络采用无线通信网络传输方式或有线通信网络通信方式；

有线通信网络通信方式采用以太网、有线局域网络、RS232、RS485方式；

无线通信网络传输方式采用蓝牙、无线局域网络、红外线传输方式、无线射频传输方式。

优选地，灌溉数据采集控制终端还包括：发送接收数据处理模块、发送数据配置模块、发送数据解析模块、规约判断模块、

发送接收数据处理模块用于通过FTP方式将数据采集终端采集的数据发送到服务器的指定路径下，并获取配置信息和性能信息；

发送数据配置模块用于将待发送的数据配置成xml文件，得到FTP的IP端口，针对所述数据采集终端开通的用户名和密码，xml文件所在本地获取路径和存储路径，采集时间；

发送数据解析模块用于将xml文件调用成FTPClient类发送性能文件，调用FTPClient指令，与服务器建立发送路径，解析所有xml文件制成xml包；

规约判断模块用于通过判定xml包内，xml文件是否合乎通信约定的规约，若符合规约则进行发送，若不符合则发送xml文件不符合规约；

服务器还包括：数据更新判断模块、数据处理过滤模块、数据库映射模块、处理信息储存模块；

数据更新判断模块用于比较判断当前接收的xml包内xml文件与上一采集时间内接收的xml文件是否有更新，若新接收的xml文件有更新，则将该文件保持至数据库；

数据处理过滤模块用于调用XMLUtil.getSafeXMLInputSource函数，对xml包内每个xml文件进行信息过滤处理，将过滤后的xml文件传递给NEPerformance函数的NEPerformanceMeasInfo类，进行解析和装载；

数据库映射模块用于在数据库的persistence.xml文件中调用NEPerformance类和NEPerformanceMeasInfo类，解析和装载的每个xml文件映射到NEPerformance类和NEPerformanceMeasInfo类中管理储存；

处理信息储存模块用于将xml文件中各个属性对应的值赋给NEPerformance类声明的信息，并对信息进行判断处理，待所有测量结果均被处理并装载NEPerformanceMeasInfo中的各个变量后，调用EntityManager函数将数据储存到数据库中。

优选地，灌溉数据采集控制终端还包括：时钟报文接收处理模块、

服务器还包括：时钟报文发送模块、时间同步处理模块、同步时间发送模块；

时钟报文发送模块用于向数据采集终端发送时钟同步报文，时钟同步报文中中设有时钟同步预设模式；

时钟报文接收处理模块用于接收时钟报文发送模块发送的时钟同步报文，收到同步报文后数据采集终端在时钟同步设置模式下工作，同时向服务器发送应答报文，应答报文中设有服务器同步设定模式；

时间同步处理模块用于收到应答报文后，利用SntpClient Java这个类调用NTP函数，进行时钟过滤，通过函数client.requestTime获取本地时间戳，减去数据采集终端所在的时区偏离值，获得服务器同步时间；

同步时间发送模块用于把服务器同步时间发送到灌溉数据采集控制终端，实现服务器与该灌溉数据采集控制终端时间统一。

优选地，还包括：与服务器通信连接的手持终端；

手持终端包括：摄像头、录音模块、GPS定位模块、USB 接口、身份识别模块、数据储存模块、数据交互模块；

GPS定位模块用于用户在使用数据应用终端时，进行位置定位；

数据交互模块用于使灌溉人员在对灌溉区域进行检查时，上报检查记录，检查结果，以及获取服务器发送的灌区内植被种类信息和土壤数据信息；

身份验证模块包括：身份证信息数据接口、指纹传感器接口、指纹算法模块、指纹算法保护模块。

优选地，手持终端还用于在进行灌溉区域进行检查之前，灌溉人员使用手持终端从服务器中下载灌溉区域的初始数据或上次检查结果，并存入手持终端的数据储存模块中；在进行灌溉区域检查时，根据灌区内植被种类信息和土壤数据情况，在手持终端上记录植被和土壤的检查结果，结合GPS 定位功能，实时定位植被和土壤检查时的地理位置信息和灌溉人员的地理位置信息；

在巡检结束后，灌溉人员将手持终端已采集的数据信息向服务器上传，实现手持终端与服务器之间的数据交换，并更新服务器内部数据库信息更新。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

系统可以实时自动检测灌溉区域的土壤状态，然后根据当前土壤的状态进行适当的灌溉，实现了因地制宜的自动化的智能灌溉，起到了节约用水的作用。节省人力，保证灌溉质量，保障灌区内植被健康生长。 有效提高灌水的精度和水的利用率、防止田间水土流失，保持土壤肥力，给生态环境带来显著效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中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。

图1为灌区田间节水智能化灌溉系统的整体示意图；

图2为灌溉数据采集控制终端的示意图；

图3为服务器的示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种灌区田间节水智能化灌溉系统，如图1至3所示，包括：服务器1，与服务器1通过通信网络连接，用于将灌区气象信息传输至服务器的气象站6，设置在各个灌区内，与服务器1通过通信网络连接的灌溉数据采集控制终端2，喷灌机，水泵；水泵上设有控制水泵开启或关断的水泵电磁阀；

灌溉数据采集控制终端2包括：处理器11，数据储存模块12、埋设在灌溉区土壤里用于获取土壤中水分数据的多个土壤湿度传感器13，设置灌区田间测量植物生长的植物生长测量仪14，插入土壤测量土壤电阻值，并具有正负极插针的土壤电阻测试器15，用于获得植物生长视频图像，并将摄取的视频图像通过通信网络传输至服务器的摄像头4、用于根据服务器1发送的控制指令控制摄像头动作的云台控制模块，用于获取光照度的光照传感器16，用于根据服务器1发出的控制指令，控制水泵电磁阀的水泵控制器17，用于根据服务器1发出的控制指令，控制喷灌机开启或关断的喷灌控制器18，用于获取喷灌机运行状态信息的喷灌机运行状态获取模块19；

喷灌机运行状态获取模块19包括：喷灌机的电压、电流、水压、水流量、水温、行进方向、行进速率、干湿状态、尾枪状态、水泵状态、水泵压力、水泵流量，喷灌机在灌区内偏跨状态信息，喷灌机的灌区中的各跨行程，喷灌机的电机的温度、电压、电流，GPS定位信息；

喷灌机运行状态获取模块19、数据储存模块12、土壤湿度传感器13、植物生长测量仪14、土壤电阻测试器15、光照传感器16、水泵控制器17、喷灌控制器18分别与处理器11电连接，处理器11用于接收喷灌机运行状态获取模块19、数据储存模块12、土壤湿度传感器13、植物生长测量仪14、土壤电阻测试器15、光照传感器16感应的数据信息，并将感应的数据信息通过通信网络传输至服务器1以及用于接收服务器1的控制指令，控制水泵控制器、喷灌控制器的运行；

土壤湿度传感器13分别设置在灌区的耕作层的顶部、中部和底部，熟土层的顶部、中部和底部；

服务器1包括：中央处理器5、喷灌机运行控制模块26、数据库29、土壤湿度获取模块21、植物生长获取模块22、土壤电阻获取模块23、光照获取模块24、水泵控制模块27、视频信息控制展示模块25、数据交互平台28；

土壤湿度获取模块21用于获取灌区的耕作层的顶部、中部和底部，熟土层的顶部、中部和底部的湿度状态；

植物生长获取模块22用于获取植物生长的状态信息；

土壤电阻获取模块23用于获取灌区土壤的电阻状态信息；

光照获取模块24用于获取灌区的光照信息；

视频信息获取展示模块25用于获取摄像头摄取的图像信息，通过显示屏进行实时显示，并通过云台控制模块控制摄像头变焦，动作；

中央处理器5用于根据土壤湿度获取模块21、土壤电阻获取模块23、光照获取模块24、视频信息获取展示模块25获取的数据信息，通过喷灌机运行控制模块和水泵控制模块控制喷灌机和水泵的运行，实现控制对灌区浇灌的控制；以及用于根据灌区内植被种类和土壤类型设定灌区内土壤湿度下限和灌区内土壤湿度上限；当土壤湿度传感器探测到该灌区内土壤湿度低于土壤湿度下限值时，中央处理器控制打开该灌区的喷灌机和水泵打开进行灌溉；

当土壤湿度传感器探测到该灌区内土壤湿度高于设走上限时，中央处理器控制关闭该灌区的喷灌机和水泵；当土壤湿度传感器探测到该灌区内的土壤湿度低于设定下限值，同时，另一个土壤湿度传感器探测到的土壤湿度高于设走上限值时，中央处理器进行土壤湿度异常报警，如此时喷灌机和水泵正在灌溉，则立即停止灌溉；

数据交互平台28用于实现灌区人员之间交流通信，对灌区灌溉进行跟踪处理，并且提供移动终端连接的客户端端口，使灌区人员使用移动终端连接数据交互平台；数据交互平台28还用于提供灌溉规范、标准、系统操作手册，对常见问题异常处理方法相关资料进行归类、展示，方便灌区人员查阅，实现知识文档管理、知识搜集与指导、常见问答功能，以根据问题发生地区、问题类别、提交时间、解决时间等角度进行统计汇总、分析。

通信网络采用无线通信网络传输方式或有线通信网络通信方式；有线通信网络通信方式采用以太网、有线局域网络、RS232、RS485方式；无线通信网络传输方式采用蓝牙、无线局域网络、红外线传输方式、无线射频传输方式。

气象站6包括：蒸发量传感器、风速传感器、降雨量传感器、蒸发量传感器、湿度传感器、温度传感器。

系统按气候特征，并根据监测到的灌溉区土壤信息去决定灌溉浇水的时间。系统可以与气象站保持数据上的实时沟通，进行气象数据交换，根据监测结果对灌溉用水要求做出应对。系统还能够根据气象站6感应的降雨量、蒸发量值制定灌溉运行方案，自动调整灌溉程序运行时间。根据蒸发量设计的灌溉计划，对土壤的允许水份消耗量范围进行管理。

系统能够保持多个灌溉区域的灌溉日志。灌溉日志可以包括灌溉日数，喷灌机、水泵阀的运行时间，根据土壤类型，植物种类，根系深度及坡度因素等计算出的土壤允许水分消耗量，与灌溉时间表链接，与传感器启动及循环入渗程序链接。

本实施例中，数据采集终端还包括：发送接收数据处理模块、发送数据配置模块、发送数据解析模块、规约判断模块、

发送接收数据处理模块用于通过FTP方式将数据采集终端采集的数据发送到服务器的指定路径下，并获取配置信息和性能信息；

发送数据配置模块用于将待发送的数据配置成xml文件，得到FTP的IP端口，针对所述数据采集终端开通的用户名和密码，xml文件所在本地获取路径和存储路径，采集时间；

发送数据解析模块用于将xml文件调用成FTPClient类发送性能文件，调用FTPClient指令，与服务器建立发送路径，解析所有xml文件制成xml包；

规约判断模块用于通过判定xml包内，xml文件是否合乎通信约定的规约，若符合规约则进行发送，若不符合则发送xml文件不符合规约；

服务器还包括：数据更新判断模块、数据处理过滤模块、数据库映射模块、处理信息储存模块；

数据更新判断模块用于比较判断当前接收的xml包内xml文件与上一采集时间内接收的xml文件是否有更新，若新接收的xml文件有更新，则将该文件保持至数据库；

数据处理过滤模块用于调用XMLUtil.getSafeXMLInputSource函数，对xml包内每个xml文件进行信息过滤处理，将过滤后的xml文件传递给NEPerformance函数的NEPerformanceMeasInfo类，进行解析和装载；

数据库映射模块用于在数据库的persistence.xml文件中调用NEPerformance类和NEPerformanceMeasInfo类，解析和装载的每个xml文件映射到NEPerformance类和NEPerformanceMeasInfo类中管理储存；

处理信息储存模块用于将xml文件中各个属性对应的值赋给NEPerformance类声明的信息，并对信息进行判断处理，待所有测量结果均被处理并装载NEPerformanceMeasInfo中的各个变量后，调用EntityManager函数将数据储存到数据库中。

这样服务器对采集到的数据信息进行分门别类的进行储存，保证日后提取的便捷性。而且通过FTP方式数据传输具有安全性，传输速度快。而且每次对xml包内的文件进行查询处理，如有新的文件信息则对数据库进行更新，如果没有更新则不更新，这样减少了数据处理量，降低中央处理器的工作强度。

本实施例中，服务器与每个灌溉数据采集控制终端之间需要时间统一。服务器获取标准时间，并将标准时间分配给每个灌溉数据采集控制终端实现时间统一，这样整个网络在进行数据融合时可以减少误差或不出现错误。而且高精度的时间校正，同时可以通过加密确认方式来减少恶意的协议攻击。服务器作为时钟源同步的时钟源，实现每个灌溉数据采集控制终端时钟同步。为了有准确的时间来源，服务器通过Internet获取UTC标准时间，并以此UTC时间为基准，把时间发给每个灌溉数据采集控制终端，从而校准每个灌溉数据采集控制终端的时间，实现时间统一。

灌溉数据采集控制终端2还包括：时钟报文接收处理模块、服务器1还包括：时钟报文发送模块、时间同步处理模块、同步时间发送模块；

时钟报文发送模块用于向数据采集终端发送时钟同步报文，时钟同步报文中中设有时钟同步预设模式；

时钟报文接收处理模块用于接收时钟报文发送模块发送的时钟同步报文，收到同步报文后数据采集终端在时钟同步设置模式下工作，同时向服务器发送应答报文，应答报文中设有服务器同步设定模式；

时间同步处理模块用于收到应答报文后，利用SntpClient Java这个类调用NTP函数，进行时钟过滤，通过函数client.requestTime获取本地时间戳，减去数据采集终端所在的时区偏离值，获得服务器同步时间；

同步时间发送模块用于把服务器同步时间发送到灌溉数据采集控制终端，实现服务器与该灌溉数据采集控制终端时间统一。

本实施例中，还包括：与服务器1通信连接的手持终端3；

手持终端3包括：摄像头、录音模块、GPS定位模块、USB 接口、身份识别模块、数据储存模块、数据交互模块；

GPS定位模块用于用户在使用数据应用终端时，进行位置定位；

数据交互模块用于使灌溉人员在对灌溉区域进行检查时，上报检查记录，检查结果，以及获取服务器发送的灌区内植被种类信息和土壤数据信息；

身份验证模块包括：身份证信息数据接口、指纹传感器接口、指纹算法模块、指纹算法保护模块。

手持终端3还用于在进行灌溉区域进行检查之前，灌溉人员使用手持终端从服务器中下载灌溉区域的初始数据或上次检查结果，并存入手持终端的数据储存模块中；在进行灌溉区域检查时，根据灌区内植被种类信息和土壤数据情况，在手持终端上记录植被和土壤的检查结果，结合GPS 定位功能，实时定位植被和土壤检查时的地理位置信息和灌溉人员的地理位置信息；

在巡检结束后，灌溉人员将手持终端已采集的数据信息向服务器上传，实现手持终端与服务器之间的数据交换，并更新服务器内部数据库信息更新。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。