一种农作物灌溉自动控制系统

本发明涉及农业灌溉，特别是涉及一种农作物灌溉自动控制系统。

背景技术：

1、当前农作物灌溉主要依赖人工判断和经验决策，缺乏精准和自动化的控制系统。传统的灌溉方式，如定时灌溉和循环灌溉，虽然能够在一定程度上满足农作物的水分需求，但往往无法根据土壤实际情况进行灵活调整，导致水资源浪费或灌溉不足。此外，远程灌溉虽然可以通过人工远程控制灌溉设备，但仍需人工监控和决策，智能化程度低。

2、并且，现有灌溉系统在营养液管理和预警机制方面也存在不足。储液罐的水位数据通常只能由人工定期检查，无法实时获取并自动预警，一旦水位过低，可能导致灌溉中断，影响农作物的正常生长。

3、因此，亟需一种农作物灌溉自动控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种农作物灌溉自动控制系统，能够提高灌溉系统自动化程度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种农作物灌溉自动控制系统，包括：

4、现场检测单元，用于采集目标灌溉区域的土壤墒情数据；

5、储液单元，用于存储营养液，并实时采集营养液的水位数据；

6、管理控制单元，用于：

7、接收土壤墒情数据和所述水位数据并确定灌溉模式；所述灌溉模式包括定时灌溉、循环灌溉、远程灌溉和自动灌溉；

8、根据所述土壤墒情数据和确定的灌溉模式输出灌溉控制指令；所述灌溉指令为根据对应的控制信号在设定时间内执行灌溉动作；所述灌溉动作包括：将所述营养液与清水在混合罐内混合至设定浓度后，打开喷洒组件进行灌溉；

9、其中，当采用所述定时灌溉、循环灌溉和远程灌溉中的任一种时，根据对应设定的数值输出第一控制信号，并将所述第一控制信号作为输出的灌溉控制指令；当采用所述自动灌溉时，根据所述土壤墒情数据和墒情预测模型确定下一时段内的土壤墒情数据，若下一时段内的土壤墒情数据低于设定阈值，则输出第二控制信号，并将所述第二控制信号作为输出的灌溉控制指令；

10、将所述储液罐水位数据与设定水位限值进行对比，当所述储液罐水位数据低于所述设定水位限值时，输出预警信号；

11、网关单元，用于传输灌溉相关的数据和所述预警信号；所述灌溉相关的数据包括土壤墒情数据、水位数据、确定的灌溉模式以及灌溉控制指令；

12、远程显示单元，用于将所述灌溉相关的数据以表格的形式进行可视化显示，并当接收到所述预警信号时向工作人员发出声光报警。

13、可选地，所述现场检测单元采用集合多传感器组件的土壤墒情监测站。

14、可选地，所述储液单元，具体包括：储液罐和水位计；所述水位计设置于所述储液罐内的设定水位限值处；所述储液罐上还设有灌液口和出液口；所述灌液口用于向储液罐内补充营养液；所述出液口与所述混合罐连通，用于输送营养液。

15、可选地，所述管理控制单元，具体包括：

16、数据接收模块，用于接收土壤墒情数据和所述水位数据并确定灌溉模式；

17、第一控制信号确定模块，用于当采用所述定时灌溉、循环灌溉和远程灌溉中的任一种时，根据对应设定的数值输出第一控制信号，并将所述第一控制信号作为输出的灌溉控制指令；

18、第二控制信号确定模块，用于当采用所述自动灌溉时，根据所述土壤墒情数据和墒情预测模型确定下一时段内的土壤墒情数据，若下一时段内的土壤墒情数据低于设定阈值，则输出第二控制信号，并将所述第二控制信号作为输出的灌溉控制指令；

19、混合灌溉模块，用于在设定时间内，根据所述灌溉控制指令将所述营养液与清水在混合罐内混合至设定浓度后，打开喷洒组件进行灌溉；

20、预警模块，用于将所述储液罐水位数据与设定水位限值进行对比，当所述储液罐水位数据低于所述设定水位限值时，输出预警信号。

21、可选地，所述第二控制信号确定模块，具体包括：

22、模型训练子模块，用于：

23、获取训练数据；所述训练数据包括历史土壤墒情数据集及对应预测结果；

24、构建预训练模型；所述预训练模型包括依次连接的可变形卷积网络和自注意力模块；所述可变形卷积网络包括依次连接的尺度感知层、空间感知层、可变形卷积层和可变形池化层；所述自注意力模块包括依次连接的编码模块、解码模块和预测模块。

25、将所述训练数据输入所述预训练模型，以模型输出结果与所述预测结果之间的损失最小为目标进行训练，并将训练好的模型确定为墒情预测模型；

26、模型更新子模块，用于根据设定更新时间对所述历史土壤墒情数据集进行更新，并利用更新后的土壤墒情数据集对所述预训练模型进行迭代更新，并将更新后的模型作为下一时刻预测的墒情预测模型；

27、模型应用子模块，用于利用上一次迭代更新后的墒情预测模型进行预测，并根据预测结果与设定阈值进行对比，输出对应的控制信号及灌溉控制指令。

28、可选地，所述混合灌溉模块，具体包括：混合罐、搅拌器、浓度检测仪器、控制器和喷洒设备；所述混合罐与所述储液单元连接，所述搅拌器设置于所述混合罐的底部，所述浓度检测仪器设置于所述混合罐的中部，所述控制器分别与所述搅拌器、所述浓度检测仪器和所述喷洒设备上的电磁阀连接。

29、可选地，所述网关单元包括nb-iot通信模组；所述nb-iot通信模组用于通过nb-iot基站使工作人员的移动设备在内网中与后端辅助决策单元联通；所述nb-iot通信模组还包含nb-iot基站增强装置，用于增强信号覆盖范围。

30、可选地，所述远程显示单元采用个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备中的至少一种。

31、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

32、本发明公开了一种农作物灌溉自动控制系统，所述系统包括现场检测单元、储液单元、管理控制单元、网关单元和远程显示单元；通过现场检测单元采集土壤墒情数据，以及通过储液单元存储营养液并采集水位数据，进而利用管理控制单元接收这些数据，确定灌溉模式，并根据土壤墒情和模式输出灌溉控制指令。在定时、循环、远程灌溉时，输出设定数值的第一控制信号；在自动灌溉时，基于墒情预测模型确定下一时段土壤墒情，低于阈值则输出第二控制信号，以及当储液罐水位低于设定限值时，输出预警信号。网关单元传输灌溉相关数据和预警信号至远程显示单元，该单元以表格形式显示数据并在接收到预警信号时发出声光报警。本发明能够提高灌溉系统自动化程度。

技术特征：

1.一种农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述现场检测单元采用集合多传感器组件的土壤墒情监测站。

3.根据权利要求1所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述储液单元，具体包括：储液罐和水位计；所述水位计设置于所述储液罐内的设定水位限值处；所述储液罐上还设有灌液口和出液口；所述灌液口用于向储液罐内补充营养液；所述出液口与所述混合罐连通，用于输送营养液。

4.根据权利要求1所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述管理控制单元，具体包括：

5.根据权利要求4所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述第二控制信号确定模块，具体包括：

6.根据权利要求4所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述混合灌溉模块，具体包括：混合罐、搅拌器、浓度检测仪器、控制器和喷洒设备；所述混合罐与所述储液单元连接，所述搅拌器设置于所述混合罐的底部，所述浓度检测仪器设置于所述混合罐的中部，所述控制器分别与所述搅拌器、所述浓度检测仪器和所述喷洒设备上的电磁阀连接。

7.根据权利要求1所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述网关单元包括nb-iot通信模组；所述nb-iot通信模组用于通过nb-iot基站使工作人员的移动设备在内网中与后端辅助决策单元联通；所述nb-iot通信模组还包含nb-iot基站增强装置，用于增强信号覆盖范围。

8.根据权利要求1所述的农作物灌溉自动控制系统，其特征在于，所述远程显示单元采用个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备中的至少一种。

技术总结
本发明公开一种农作物灌溉自动控制系统，涉及农业灌溉技术领域。所述系统包括：通过现场检测单元采集土壤墒情数据，以及通过储液单元存储营养液并采集水位数据，进而利用管理控制单元接收这些数据，确定灌溉模式，并根据土壤墒情和模式输出灌溉控制指令。在定时、循环、远程灌溉时，输出设定数值的第一控制信号；在自动灌溉时，基于墒情预测模型确定下一时段土壤墒情，低于阈值则输出第二控制信号，以及当储液罐水位低于设定限值时，输出预警信号。网关单元传输灌溉相关数据和预警信号至远程显示单元，该单元以表格形式显示数据并在接收到预警信号时发出声光报警。本发明能够提高灌溉系统自动化程度。

技术研发人员：张威,孙家骥,李可欣,吴萱怡,王家盛,张浩岩
受保护的技术使用者：北京建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/13