一種互聯(lián)網(wǎng)+智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

晏永紅++劉靜

摘 要：我國(guó)既是人口大國(guó)又是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量占我國(guó)總用水量的三分之二以上，當(dāng)今全球水荒，我國(guó)更被聯(lián)合國(guó)列為貧水國(guó)之一，因此解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量的問題勢(shì)在必行，而灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化是節(jié)水增產(chǎn)的有效措施。在互聯(lián)網(wǎng)充斥每個(gè)角落的時(shí)代，一種“互聯(lián)網(wǎng)+”手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)可以有效的利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決農(nóng)業(yè)灌溉的精準(zhǔn)控制，做到節(jié)能增效，并且手機(jī)控制更加智能、靈活，成本更低。該系統(tǒng)從基本參數(shù)設(shè)置，灌溉的規(guī)劃、控制以及安全預(yù)警等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)灌溉的歷史數(shù)據(jù)采用日志管理，方便用戶隨時(shí)查詢研究。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”；手機(jī)控制；灌溉系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.05.093

1 系統(tǒng)概述

我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，人口數(shù)量占全球人口數(shù)量的五分之一，這就是為什么我國(guó)水資源的總量居世界第六位，而被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)之一的原因。

要解決全球五分之一人口的吃飯問題，所以我國(guó)又是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量約占總用水量的80%左右，長(zhǎng)期以來由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下，導(dǎo)致水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國(guó)家已達(dá)70%～80%，因而，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量的問題迫在眉睫。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要用水量來源于農(nóng)業(yè)灌溉，因此灌溉技術(shù)影響著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，是節(jié)能增產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，改革灌溉技術(shù)，使其更具自動(dòng)化，及至智能化是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)能增效的有效措施。

分析研究國(guó)內(nèi)外的灌溉控制系統(tǒng)，主要是通過適時(shí)檢測(cè)土壤的溫濕度和水分，根據(jù)作物的需水量進(jìn)行灌溉，多數(shù)灌溉控制系統(tǒng)著眼于研究檢測(cè)的準(zhǔn)確性和灌溉的適時(shí)性。我們已處于互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著農(nóng)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大面積灌溉的精準(zhǔn)控制越發(fā)的重要，互聯(lián)網(wǎng)+手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)可以有效的利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決農(nóng)業(yè)灌溉的精準(zhǔn)控制，既能保證農(nóng)作物被有效的灌溉，還能保證水資源的有效利用。相對(duì)于傳統(tǒng)的灌溉系統(tǒng)，使用手機(jī)控制更加的智能、靈活，并且成本更低。還能夠結(jié)合其他的APP系統(tǒng)進(jìn)行控制，大大增強(qiáng)了灌溉的有效性；手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)設(shè)置；灌溉規(guī)劃管理；灌溉控制管理；預(yù)警控制管理；灌溉日志管理。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器，服務(wù)器再通過網(wǎng)絡(luò)連接智能灌溉系統(tǒng)的控制臺(tái)，灌溉人員可以在灌溉現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合實(shí)際情況，直接操控智能系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，客戶端可以是支持安卓和蘋果操作系統(tǒng)的智能手機(jī)、平板電腦或其它終端平臺(tái)。軟件靈活設(shè)置，管理采用一對(duì)多模式，這種控制和連接方式減小了系統(tǒng)的耦合度，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加靈活、易于擴(kuò)展。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的根本原則是讓用戶能夠方便、快捷的存儲(chǔ)、查詢到所需信息。手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過程中難免出現(xiàn)需求變更，這就要求數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)足夠靈活，能夠適應(yīng)需求變化。系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足用戶的可擴(kuò)展性需求，這就對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的兩個(gè)建模原則：

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)應(yīng)全面。手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)中各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和操作記錄數(shù)據(jù)都應(yīng)該保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，盡管某些操作數(shù)據(jù)可能暫時(shí)未被使用，為了應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的非常規(guī)，不安全操作也應(yīng)該保存。保證系統(tǒng)的安全性。

（2）用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)軟件使用中產(chǎn)生數(shù)據(jù)量的大小，選擇適當(dāng)?shù)牧６冗M(jìn)行存儲(chǔ)。同時(shí)，數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)應(yīng)面向相應(yīng)應(yīng)用模塊的特點(diǎn)，使數(shù)據(jù)能夠方便的進(jìn)行讀寫。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊擔(dān)負(fù)著管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息，設(shè)置系統(tǒng)控制方式，設(shè)置服務(wù)器連接信息等功能。該模塊的具體結(jié)構(gòu)與功能如圖2所示。

（1）系統(tǒng)設(shè)置管理是為手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供管理功能，首次使用軟件，首先要通過系統(tǒng)設(shè)置中功能管理設(shè)置手機(jī)連接的智能灌溉系統(tǒng)信息，與灌溉系統(tǒng)對(duì)接以后，并設(shè)置該灌溉的一些參數(shù)，這樣才能使用對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)功能；設(shè)置好灌溉信息以后還需要設(shè)置灌溉相關(guān)信息，這樣能夠及時(shí)的與智能系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和管理。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，不同的智能灌溉系統(tǒng)可能會(huì)屬于不同的單位，通過網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)應(yīng)的灌溉系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

（3）什么時(shí)候灌溉，灌溉多少不同的農(nóng)作物有不同的需求，農(nóng)田設(shè)置就是用來設(shè)置每一塊可灌溉農(nóng)田的面積和農(nóng)作物信息，從而更好的進(jìn)行管理。

（4）灌溉工藝設(shè)置，根據(jù)農(nóng)業(yè)知識(shí)為每一種農(nóng)作物設(shè)定最佳的灌溉水量，這樣系統(tǒng)可以根據(jù)面積和農(nóng)作物進(jìn)行智能灌溉。

（5）基本參數(shù)設(shè)置，設(shè)定灌溉的一些基本參數(shù)。

（6）安全控制，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)遙控智能灌溉系統(tǒng)，所以必須保證系統(tǒng)的安全性，所以需要通過多種方法驗(yàn)證使用人員的合法性。

3.2 灌溉規(guī)劃管理

灌溉規(guī)劃管理主要對(duì)灌溉的灌溉農(nóng)田，灌溉時(shí)間，灌溉順序，灌溉方式，灌溉水量等進(jìn)行設(shè)定。灌溉規(guī)劃管理基本功能如圖3所示。

（1）農(nóng)田選擇：選擇待灌溉農(nóng)田。

（2）灌溉時(shí)間設(shè)定：根據(jù)農(nóng)作物的種類和環(huán)境氣象情況設(shè)置每塊農(nóng)田的灌溉時(shí)間。

（3）灌溉方式設(shè)定：設(shè)置每一塊農(nóng)田的灌溉方式。

（4）灌溉水量設(shè)置：根據(jù)農(nóng)作物的種類和環(huán)境氣象情況設(shè)定每塊農(nóng)田的灌溉量。

（5）系統(tǒng)推薦規(guī)劃：選好農(nóng)田以后系統(tǒng)可以根據(jù)灌溉工藝推薦灌溉相關(guān)參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)定。

3.3 灌溉控制

灌溉過程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行灌溉調(diào)整，結(jié)合實(shí)際農(nóng)田的濕度，農(nóng)作物成長(zhǎng)期等情況人工干預(yù)既定的灌溉計(jì)劃。主要包括如圖4功能模塊。

（1）灌溉方式控制：根據(jù)農(nóng)作物的濕度，成長(zhǎng)期等情況隨時(shí)更改農(nóng)作物的灌溉方式。endprint

（2）灌溉水量控制：根據(jù)農(nóng)作物的濕度，成長(zhǎng)期等情況隨時(shí)更改農(nóng)作物的灌溉水量。

（3）灌溉時(shí)間控制：根據(jù)農(nóng)作物的濕度，成長(zhǎng)期等情況隨時(shí)更改農(nóng)作物的灌溉時(shí)間。

3.4 預(yù)警控制

對(duì)灌溉異常情況進(jìn)行預(yù)警，基本功能如圖5所示。

圖5 灌溉預(yù)警功能圖

（1）設(shè)定預(yù)警：在設(shè)定灌溉規(guī)劃時(shí)，對(duì)于偏出灌溉工藝比較大的設(shè)定進(jìn)行預(yù)警提醒。

（2）灌溉異常預(yù)警：灌溉過程中系統(tǒng)監(jiān)控到土地的吸收情況異常，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

（3）灌溉監(jiān)控預(yù)警：灌溉過程中系統(tǒng)結(jié)合對(duì)土地的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過人工智能判斷出異常進(jìn)行預(yù)警，比如土壤濕度已經(jīng)超出正常值等。

3.5 灌溉日志

灌溉日志記錄灌溉的歷史信息，可以通過文字和圖像查看以前的灌溉規(guī)劃和灌溉信息，其基本功能包括：

（1）灌溉日志導(dǎo)出：可以直接把某次灌溉情況以文字和圖片模式導(dǎo)出，可以從各個(gè)方面看到灌溉信息。

（2）灌溉日志查詢：通過時(shí)間查詢灌溉情況。

4 其他

大數(shù)據(jù)時(shí)代需要能兼顧使用者編寫和閱讀方便而機(jī)器容易解析的方式來傳輸數(shù)據(jù)，而JSON符合這個(gè)要求，因此手機(jī)APP與智能灌溉控制系統(tǒng)，以及手機(jī)APP與云端服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)都用Json格式。

運(yùn)行智能灌溉系統(tǒng)需要的設(shè)備說明。

手機(jī)控制灌溉系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)操作日志和系統(tǒng)鎖定/解鎖功能，來保證對(duì)軟件的操作都能被記錄下來，同時(shí)防止未經(jīng)授權(quán)用戶操作該軟件。

5 結(jié)語

“互聯(lián)網(wǎng)+”手機(jī)的灌溉系統(tǒng)能根據(jù)農(nóng)作物的實(shí)時(shí)情況隨時(shí)控制灌溉，使農(nóng)業(yè)灌溉更精準(zhǔn)，同時(shí)可以連接平板等其他終端，使灌溉更靈活、方便。該系統(tǒng)的應(yīng)用還能有效節(jié)約水資源，對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)有十分重要的意義。

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