[发明专利]一种基于物联网和数据计算分析的农田灌溉系统

权利要求书

1.一种基于物联网和数据计算分析的农田灌溉系统，其特征是包括：

农田环境数据获取单元，其包括光照强度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器；

执行单元，其包括水肥一体机（1）；水肥一体机（1）的进水端连接供水管路（7），水肥一体机（1）的输水端连接配水管路（2），配水管路（2）铺设在农田（5）中，供水管路（7）的前端连接水源；

主控单元（6），其与农田环境数据获取单元以及执行单元通信连接；主控单元（6）通过预置的数据接口连接万维网，并从网络获取农田（5）所在地区的天气预报数据；

利用上述系统对农田灌溉的方法，包括以下步骤：

步骤1）光照强度传感器实时采集光照强度P数据、土壤湿度传感器实时采集土壤湿度SH数据、土壤温度传感器实时采集土壤温度ST数据，并将采集得到的数据发送至主控单元（6）存储；

步骤2）主控单元（6）内分别设定土壤湿度标准值SH0、土壤温度标准值ST0以及各个时间节点的光照强度标准值P0、土壤湿度变化值K0、光照强度变化值K1、水库允许取水水位Z0；

步骤3）主控单元（6）通过网络下载未来10天的天气预报数据并存储；

步骤4）主控单元（6）选定上午9:30-10:30之间的某一时间点作为判定时间，依据该时间点的土壤湿度值SH、土壤温度值ST、光照强度、未来天气数据综合判断是否需要执行灌溉操作，当判定需要执行灌溉操作时，计算得出灌溉量，并向系统后台或终端发送请求信息；

步骤5）系统后台或终端接收到请求信息后，向主控单元（6）下发同意请求信息；

步骤6）主控单元（6）接收到同意请求信息后，向执行单元发送动作指令；

在步骤4）中判定是否需要灌溉的具体过程为：

步骤4.1）当实时土壤湿度SH远小于土壤湿度标准值SH0、实测土壤温度ST大于土壤温度标准值ST0、实测光照强度P大于光照强度标准值P0并平稳增长、未来10天内的天气均为正常时，此时判定需要执行灌溉操作；

步骤4.2）当实时土壤湿度SH大于土壤湿度标准值SH0、实测土壤温度ST大于土壤温度标准值ST0、未来10天内的天气均为正常时，此时从主控单元（6）中调取近七日的土壤湿度数据，计算出从七日前至今日每日的土壤湿度平均值：SH1、SH2、SH3、SH4、SH5、SH6、SH7，绘制出近七日的土壤湿度变化曲线，计算出土壤湿度变化曲线的斜率，将计算结果与K0进行对比，若是该曲线的斜率小于K0，此时判定需要执行灌溉操作；

步骤4.3）当实时土壤湿度SH接近土壤湿度标准值SH0，且土壤温度高于设定值，此时时间为下午2:00，从主控单元（6）中调取出今日的光照强度P，绘制出光照强度变化曲线，计算出10点时刻在光照强度变化曲线上的斜率，若是该斜率大与K1，此时判定需要执行灌溉操作；

步骤4.2中计算土壤湿度变化曲线的斜率的过程为：设土壤湿度变化曲线的解析式为y=kx+b，将SH1(x,y)和SH7(x,y)分别代入该解析式中，求出b值，然后将计算获得的b值代入解析式y=kx+b中，然后再将该解析式求导，计算y′=k，得出相应的斜率；

步骤4.3中计算10点时刻在光照强度变化曲线上的斜率的计算过程为，从主控单元（6）中分别调取今日10:00的光照强度P10和今日下午2:00的光照强度P14，设光照强度变化曲线的解析式为y=a(x-h)²+k，将P10（x,y）和P14（h,k）代入该解析式中，求出a值，然后将P10（x,y）和计算获得的a值代入y=a(x-h)²+k中，得到光照强度变化曲线的解析式y=a(x-h)²+k，然后再将该解析式求导，计算y′=2a(x-h)，得出今日10点时刻在光照强度变化曲线上的斜率。

2.根据权利要求1所述的基于物联网和数据计算分析的农田灌溉系统，其特征是：所述水源包括水库（3）和/或机井（4），水源中安装水文监测单元，水文监测单元与主控单元（6）通信连接。

3.根据权利要求2所述的基于物联网和数据计算分析的农田灌溉系统，其特征是：所述水文监测单元包括水质传感器和水位传感器。

4.根据权利要求3所述的基于物联网和数据计算分析的农田灌溉系统，其特征是：所述光照强度传感器和土壤湿度传感器、土壤温度传感器均设置有多个并且分布安装在农田（5）各处。