[发明专利]一种基于传感器网络的梯田水肥灌溉压力自适应调节系统

权利要求书

1.一种基于传感器网络的梯田水肥灌溉压力自适应调节系统，其特征在于，包括一水肥调配设备以及分别设置于主灌溉管道前部、中部以及后部的无线传感节点；所述无线传感节点包括微控制器、第一无线通讯模块、设置于主灌溉管道内且用于监测管内压力的管内压力传感器以及设置于主灌溉管道外且用于监测管外灌溉区域湿度的管外湿度传感器；所述管外湿度传感器包括分别用于监测对应管外灌溉区域浅层、中层以及深层湿度的浅层湿度传感器、中层湿度传感器以及深层湿度传感器；所述第一无线通讯模块、管内压力传感器、浅层湿度传感器、中层湿度传感器以及深层湿度传感器均与所述微控制器相连；所述第一无线通讯模块与设置于所述水肥调配设备处的第二无线通讯模块无线匹配；

所述水肥调配设备通过水泵变频器进行输出；所述无线传感节点将所述管内压力传感器采集的管内压力数据与所述浅层湿度传感器、中层湿度传感器以及深层湿度传感器采集的浅层、中层以及深层的湿度数据，上传至所述水肥调配设备；所述水肥调配设备根据所述无线传感节点上传的数据，并基于一波浪式输出控制模型，进行自适应调节，控制水泵变频器进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的梯田水肥灌溉压力自适应调节系统，其特征在于，所述第一无线通讯模块以及所述的第二无线通讯模块均采用ZigBee无线通信系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络的梯田水肥灌溉压力自适应调节系统，其特征在于，所述水肥调配设备通过所述波浪式输出控制模型获取进入所述主灌溉管道前部的管道水肥液体输入端压力值P(k)，通过如下步骤实现：

步骤S1：将所述水肥调配设备的作业时间按等间隔分为多个预设时间周期的时间片，并对时间片编号，记当前时间片为序号k；

步骤S2：通过如下方式获取初始时间片0时的管道水肥液体输入端压力值：

其中，P_min为灌溉系统的最小输入端压力值，P_max为灌溉系统的最大输入端压力值；

步骤S3：通过如下方式获取各层湿度传感器采集到的相应湿度的平均值：

其中，n为各层湿度传感器的个数，H_d(k)为n个深层湿度传感器采集得到的湿度均值，H_m(k)为n个中层湿度传感器采集得到的湿度均值，H_s(k)为n个浅层湿度传感器采集得到的湿度均值；

步骤S4：通过如下方式获取各层湿度均值与预设目标湿度值之间误差的加权和的均值H_e(k)：

其中，H_dstd为预设深层系统目标湿度，H_mstd为预设中层系统目标湿度，H_sstd为预设浅层系统目标湿度，H_dstdH_mstdH_sstd；α,β,γ为预设加权调整系数；

步骤S5：通过如下方式获取管道水肥液体输入端压力值P(k)：

P(k)＝ΔP(k)+P(k-1)+δ(k)·A+ε(k)·B

其中，ΔP＝P(k)-P(k-1)＝K_p·(H_e(k)-H_e(k-1))+K_i·H_e(k)

B＝η·H_e(k),η＞0

其中，ΔP为以H_e(k)作为计算参量，时刻k增量式PID的步进值；δ(k)·A和ε(k)·B用于生成波浪式的压力涌动，以加快水肥的喷施；k％2为将时间片的序号k对2作取模运算，以按时间片排列顺序生成0与1的交错序列；在相邻的两个时间片上，P(k)有A+B大小的回差，若A＝B则为等幅振荡的波浪；若A≠B，则为不等幅 振荡的波浪，通过调节A、B的值构成不同形式的压力波浪形式；η为预设调整系数；波浪的周期由时间片k的持续时间决定，每个时间片越长，则波浪的周期越长。