[发明专利]一种园林节水灌溉装置

权利要求书

1.一种园林节水灌溉装置，其特征是，将园林区域分成多个子区域，该装置包括数据采集平台、灌溉控制中心和灌溉执行平台，所述数据采集平台包括土壤湿度传感器和覆盖所述园林区域的无线传感器网络，所述土壤湿度传感器部署于不同子区域中并分别与无线传感器网络连接构成园林土壤湿度数据采集网络；所述灌溉执行平台包括部署于不同子区域中的灌溉单元，每个灌溉单元包括与所在子区域的土壤湿度传感器对应的控制器以及灌溉设备；所述灌溉控制中心根据园林灌溉要求设定土壤的湿度阈值，并判断当前各子区域的土壤湿度是否在该湿度阈值范围之内，如果低于该湿度阈值，所述灌溉控制中心向对应的控制器发送开启灌溉设备的指令，实现园林灌溉的精准控制；所述无线传感器网络包括一个汇聚节点和多个传感器节点，每个传感器节点通信连接一个所述土壤湿度传感器，以采集所述土壤湿度传感器的园林土壤湿度数据；所述无线传感器网络还包括多个簇头，每个传感器节点选择最近的簇头加入簇，所述簇头负责收集簇内各传感器节点采集的园林土壤湿度数据并发送至所述汇聚节点；所述汇聚节点汇聚各园林土壤湿度数据并传送至所述灌溉控制中心；每个簇头根据自己的等级确定是否与汇聚节点直接通信：当簇头为第一通信簇头时，其直接将收集的园林土壤湿度数据发送至所述汇聚节点；当簇头为第二通信簇头或者第三通信簇头时，该簇头在其通信范围内的簇头中选择最近的作为下一跳，将收集的园林土壤湿度数据发送至该下一跳，以由下一跳转发该园林土壤湿度数据，直至该园林土壤湿度数据传送至汇聚节点；

其中，设定每个簇头能调节的通信距离范围皆为[S_min,S_max]，由汇聚节点确定每个簇头的等级，具体为：

(1)所述汇聚节点向各簇头广播hello消息并启动计时器，各传感器节点收到所述hello消息后，计算自身的直接通信优势值，若该直接通信优势值大于0，则向所述汇聚节点发送反馈消息：

式中，D_a为簇头a的直接通信优势值，L(a,o)为簇头a到其汇聚节点o的距离，L(a,j)为簇头a到其通信范围内第j个簇头的距离，L_a为位于簇头a通信范围内的簇头数量，为第一判断取值函数，当时，当时，为第二判断取值函数，当时，当时，

(2)所述反馈消息包括传感器节点的直接通信优势值，所述汇聚节点将没有发送反馈消息的所有簇头划分为第三通信簇头，将直接通信优势值为1的所有簇头划分为第二通信簇头，将直接通信优势值为2的所有簇头划分为第一通信簇头，并向各簇头广播划分信息。

2.根据权利要求1所述的一种园林节水灌溉装置，其特征是，每隔一个预设的周期ΔT₀，所述汇聚节点获取各簇头的能量信息，根据能量信息计算第一通信簇头与第二通信簇头的能量势力差：

式中，P₁₂表示第一通信簇头与第二通信簇头的能量势力差，E_c为第c个第一通信簇头的当前剩余能量，K₁为当前网络中的第一通信簇头的数量，S_o为所述汇聚节点的通信距离，E_b为第b个第二通信簇头的当前剩余能量，K₂为当前网络中的第二通信簇头的数量；

当P₁₂0时，所述汇聚节点选择m个第二通信簇头进行通信模式更新，向该m个第二通信簇头发送更新消息，以促使该m个第二通信簇头转换为第一通信簇头，从而直接将所接收的园林土壤湿度数据发送至汇聚节点。

3.根据权利要求2所述的一种园林节水灌溉装置，其特征是，所述汇聚节点随机选择m个第二通信簇头进行通信模式更新。

4.根据权利要求2所述的一种园林节水灌溉装置，其特征是，所述m为预设值，且满足

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种园林节水灌溉装置，其特征是，所述开启灌溉设备的指令包括开启时间。

6.根据权利要求2-4任一项所述的一种园林节水灌溉装置，其特征是，所述开启灌溉设备的指令包括灌溉量。