一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法，其包括以下步驟：在待灌溉區(qū)選擇灌溉單元，并通過安裝需水量測(cè)量裝置將灌溉單元內(nèi)作物與周邊作物隔離；將總供水裝置和自動(dòng)灌溉裝置分別與需水量測(cè)量裝置連接；對(duì)需水量測(cè)量裝置注水；對(duì)單位面積作物進(jìn)行需水量測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算單位面積作物的需水量；根據(jù)計(jì)算結(jié)果和待灌溉區(qū)的總面積計(jì)算待灌溉區(qū)的總需水量。此外，本發(fā)明還同時(shí)公開了實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)灌溉控制方法的一種控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過對(duì)不同土質(zhì)上生長(zhǎng)的不同作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期下保持一定田間持水量的作物實(shí)際需水量的測(cè)量，經(jīng)過智能決策后，控制灌溉閥門的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，能夠獲得田間灌溉水的高利用率。
【專利說明】一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法及控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及作物灌溉的自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法及控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在實(shí)際生產(chǎn)中的作物灌溉主要采取三種方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制:一種方法是根據(jù)時(shí)間間隔進(jìn)行自動(dòng)灌溉，即設(shè)定每天開始灌溉的時(shí)刻和灌溉時(shí)長(zhǎng)，控制系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)置時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)灌溉閥門的自動(dòng)開啟和關(guān)閉；另一種方法是根據(jù)土壤含水量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，即利用土壤含水量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌溉區(qū)域某一點(diǎn)的土壤含水量，設(shè)置土壤含水量最高和最低閾值，當(dāng)土壤含水量低于設(shè)定最低閾值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)開啟灌溉閥門，當(dāng)土壤含水量高于設(shè)定最高閾值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉灌溉閥門；第三種方法是根據(jù)公式計(jì)算參照作物需水量來計(jì)算實(shí)際作物需水量，根據(jù)計(jì)算得到的作物日需水量，向灌溉區(qū)實(shí)施等同于作物日需水量的灌溉水量，每天灌溉一次。
[0003]上述三種自動(dòng)灌溉方法都存在其自身的缺陷。第一種方法，其根據(jù)時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的控制，不能根據(jù)作物的實(shí)際需求進(jìn)行灌溉，僅能根據(jù)人為經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)灌溉，往往是過度灌溉，水的利用率最低；第二種方法，其根據(jù)土壤含水量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的控制，由于土壤含水量傳感器缺乏合理有效的標(biāo)定方法，使測(cè)量出來的數(shù)值往往與實(shí)際情況差異較大；第三種方法，其根據(jù)公式計(jì)算參照作物需水量來計(jì)算實(shí)際作物需水量，參照作物需水量是指高度一致、生長(zhǎng)旺盛、地面完全覆蓋、土壤水分充足的綠草地(8_15cm高)的蒸發(fā)蒸騰量，一般是指在這種條件下的苜蓿草的需水量，因?yàn)檫@種參照作物需水量主要受氣象條件的影響，氣象信息受制于傳感器的準(zhǔn)確性，并且該方法沒有考慮土質(zhì)對(duì)作物需水量的影響，計(jì)算出來的作物需水量與實(shí)際情況也有較大的偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法，同時(shí)提供了一種實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)灌溉控制方法的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過對(duì)不同土質(zhì)上生長(zhǎng)的不同作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期下保持一定田間持水量的作物實(shí)際需水量的實(shí)際測(cè)量，經(jīng)過智能決策后，控制灌溉閥門的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，能夠獲得田間灌溉水的高利用率。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法包括如下步驟:
[0008]I)在待灌溉區(qū)選擇一個(gè)單位面積的作物區(qū)作為灌溉單元，將用于測(cè)量實(shí)際田間需水量的需水量測(cè)量裝置安裝于所述灌溉單元附近并將其內(nèi)作物與周邊作物隔離；2)將總供水裝置和用于自動(dòng)控制田間灌溉的自動(dòng)灌溉裝置分別與需水量測(cè)量裝置連接，組成自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)；3)檢查并預(yù)調(diào)試整個(gè)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，無誤后開始對(duì)需水量測(cè)量裝置注水，待達(dá)到預(yù)定注水量后，停止注水；4)開啟需水量測(cè)量裝置，對(duì)單位面積作物進(jìn)行需水量測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算所述單位面積作物的需水量；5)根據(jù)計(jì)算結(jié)果和待灌溉區(qū)的總面積計(jì)算待灌溉區(qū)的總需水量，從而完成整個(gè)灌溉區(qū)的灌溉。
[0009]其中，所述需水量測(cè)量裝置包括:供水單元；與供水單元連接的儲(chǔ)水單元和田間持水量控制單元；與儲(chǔ)水單元連接的灌溉單元；以及分別安裝在供水單元上和灌溉單元上用于控制注水和灌溉的控制組件。
[0010]優(yōu)選地，所述儲(chǔ)水單元包括:儲(chǔ)水桶；安裝在儲(chǔ)水桶頂部的電球閥；以及分別安裝在儲(chǔ)水桶上的第一液位開關(guān)和第二液位開關(guān)；其中所述第一液位開關(guān)位于所述第二液位開關(guān)上部。
[0011]優(yōu)選地，所述灌溉單元包括:灌溉盤供水管；填埋于作物根部附近的灌溉盤；兩端分別與灌溉盤供水管和灌溉盤連接的連接軟管；以及用于將灌溉盤所灌溉作物與周圍作物隔離開的隔離箱；其中所述灌溉盤供水管一端與所述儲(chǔ)水單元的儲(chǔ)水桶底部連接。
[0012]優(yōu)選地，所述供水單元包括:需水量測(cè)量單元總供水管；分別與需水量測(cè)量單元總供水管連接的連接管和儲(chǔ)水桶供水管；其中所述需水量測(cè)量單元總供水管、連接管和儲(chǔ)水桶供水管通過第一三通接頭彼此相連；所述儲(chǔ)水桶供水管與所述儲(chǔ)水單元的儲(chǔ)水桶底部連接。
[0013]優(yōu)選地,所述田間持水量控制單元包括:田間持水量控制管；與田間持水量控制管連接的導(dǎo)氣管；分別與田間持水量控制管和導(dǎo)氣管連接的出水管；與田間持水量控制管連接的第一手動(dòng)閥門；以及分別設(shè)置在導(dǎo)氣管和出水管上的第二手動(dòng)閥門和第三手動(dòng)閥門；其中所述田間持水量控制管頂部通過第二三通接頭與所述供水單元的連接管和所述第一手動(dòng)閥門連接；所述所述田間持水量控制管底部通過第三三通接頭與所述導(dǎo)氣管和所述出水管連接。
[0014]優(yōu)選地，所述控制組件包括:安裝在所述供水單元的需水量測(cè)量單元總供水管上的第一電磁閥；以及安裝在所述灌溉單元的灌溉盤供水管上的第二電磁閥。
[0015]進(jìn)一步，所述需水量測(cè)量裝置還包括:安裝在外圍的防潮保護(hù)箱；以及安裝在防潮保護(hù)箱外頂部的雨量傳感器。
[0016]其中，所述自動(dòng)灌溉裝置包括:與所述供水裝置連接的灌溉總管；與灌溉總管連接的滴灌帶；分別安裝在灌溉總管上的流量計(jì)和第三電磁閥；以及安裝在所述需水量測(cè)量裝置上用于接收各傳感信號(hào)并自動(dòng)控制各閥門開閉的自動(dòng)控制器。
[0017]其中，所述總供水裝置包括:總供水閥門，其通過第四三通接頭與所述需水量測(cè)量裝置的需水量測(cè)量單元總供水管和所述自動(dòng)灌溉裝置的灌溉總管連接。
[0018]本發(fā)明的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)包括:總供水裝置；與總供水裝置連接的用于測(cè)量實(shí)際田間需水量的需水量測(cè)量裝置；以及分別與總供水裝置和需水量測(cè)量裝置連接的用于自動(dòng)控制田間灌溉的自動(dòng)灌溉裝置；其中所述需水量測(cè)量裝置包括:供水單元；與供水單元連接的儲(chǔ)水單元和田間持水量控制單元；與儲(chǔ)水單元連接的灌溉單元；分別安裝在供水單元上和灌溉單元上用于控制注水和灌溉的控制組件；安裝在外圍的防潮保護(hù)箱；以及安裝在防潮保護(hù)箱外頂部的雨量傳感器。
[0019]優(yōu)選地,所述儲(chǔ)水單元包括儲(chǔ)水桶,所述田間持水量控制單元包括田間持水量控制管，所述灌溉單元包括隔離箱；其中所述儲(chǔ)水桶由PVC材料制成；所述田間持水量控制管由帶有標(biāo)準(zhǔn)刻度的有機(jī)玻璃制成；所述隔離箱由無底不銹鋼箱體制成。
[0020](三)有益效果
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]I)本發(fā)明基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法及其控制系統(tǒng)利用植物水分生理特性和土壤張力特性，以負(fù)壓給水的方式，測(cè)量單位面積作物某時(shí)間段內(nèi)的需水量，從而計(jì)算下一時(shí)間段內(nèi)待灌溉區(qū)的總需水量，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)作物田間需水量進(jìn)行自動(dòng)灌溉的功倉泛;
[0023]2)本發(fā)明的需水量測(cè)量裝置能夠測(cè)量出不同土質(zhì)、不同作物、不同生長(zhǎng)時(shí)期的實(shí)際田間需水量，并且可將降雨量綜合考慮進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)多因素條件下需水量的準(zhǔn)確測(cè)量；
[0024]3)本發(fā)明的自動(dòng)控制器可接收需水量測(cè)量裝置中各開關(guān)、傳感器等信號(hào)，其通過內(nèi)置嵌入式軟件的控制邏輯可實(shí)現(xiàn)對(duì)需水量測(cè)量裝置及自動(dòng)灌溉裝置中各閥門開啟和關(guān)閉的自動(dòng)調(diào)整和控制，并可自動(dòng)計(jì)算某一時(shí)間段內(nèi)作物需水量和待灌溉區(qū)下一時(shí)間段內(nèi)的總需水量；
[0025]4)本發(fā)明通過將灌溉盤埋于灌溉單元作物周邊，將灌溉單元內(nèi)作物與周邊作物隔離，從而確保了對(duì)單位面積作物需水量的準(zhǔn)確測(cè)量；
[0026]5)本發(fā)明在儲(chǔ)水桶內(nèi)分別安裝上下高度不同的第一液位開關(guān)和第二液位開關(guān)，可通過兩個(gè)液位開關(guān)之間的水量之差實(shí)現(xiàn)對(duì)該段時(shí)間內(nèi)作物需水量的準(zhǔn)確測(cè)定；
[0027]6)本發(fā)明的防潮保護(hù)箱安裝于外圍，可對(duì)各裝置起到防潮保護(hù)作用，雨量傳感器置于防潮保護(hù)箱外頂部，可實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨雨量的自動(dòng)感應(yīng)并將信號(hào)傳輸至控制中心；
[0028]7)本發(fā)明的自動(dòng)灌溉控制方法及其控制系統(tǒng)能夠在不受到種植作物的品種、生長(zhǎng)期、土質(zhì)、外界環(huán)境條件等因素的影響，監(jiān)測(cè)作物在單位時(shí)間段內(nèi)的需水量，做到按需灌溉，既節(jié)約了水源，又沒有影響作物產(chǎn)量，提高了灌溉水的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是圖1所示自動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]附圖標(biāo)記說明:11_總供水閥門；21a_儲(chǔ)水桶；21b-電球閥；21c_第一液位開關(guān)；21d-第二液位開關(guān)；22a-灌溉盤供水管；22b-灌溉盤；22c_連接軟管；22d_隔離箱；23a-需水量測(cè)量單元總供水管；23b-連接管；23c-儲(chǔ)水桶供水管；24a_田間持水量控制管；24b-導(dǎo)氣管；24c-出水管；24d-第一手動(dòng)閥門；24e-第二手動(dòng)閥門；24f-第三手動(dòng)閥門；25a-第一電磁閥；25b-第二電磁閥；26_防潮保護(hù)箱；27_雨量傳感器；31_灌溉總管；32-滴灌帶；33_流量計(jì)；34_第二電磁閥；35_自動(dòng)控制器；41_第一二通接頭；42_第二二通接頭；43_第三三通接頭；44_第四三通接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。需要說明的是，附圖僅用于解釋本發(fā)明，是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的示意性說明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0033]在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的
方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0034]在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0035]此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”、“多根”、“多組”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0036]本發(fā)明基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)從整體上主要由總供水裝置、需水量測(cè)量裝置和自動(dòng)灌溉裝置等構(gòu)成。需水量測(cè)量裝置與總供水裝置連接，用于測(cè)量實(shí)際田間需水量；自動(dòng)灌溉裝置分別與總供水裝置和需水量測(cè)量裝置連接，用于自動(dòng)控制田間灌溉。
[0037]其中，需水量測(cè)量裝置主要包括:供水單元，與供水單元連接的有儲(chǔ)水單元和田間持水量控制單元，與儲(chǔ)水單元連接有灌溉單元，在供水單元上和灌溉單元上分別安裝有控制組件，用于控制注水和灌溉。
[0038]具體地，如圖1所示，儲(chǔ)水單元包括:儲(chǔ)水桶21a，在儲(chǔ)水桶21a頂部安裝有電球閥21b，用于為儲(chǔ)水桶21a注水時(shí)排放儲(chǔ)水桶21a中的空氣，在儲(chǔ)水桶21a上(桶身)安裝有第一液位開關(guān)21c和第二液位開關(guān)21d， 其中第一液位開關(guān)21c位于第二液位開關(guān)21d上部，本實(shí)施例中儲(chǔ)水桶21a可優(yōu)選由PVC材料制成，比如是直徑為15cm的PVC管。
[0039]灌溉單元主要包括:灌溉盤供水管22a，其一端與儲(chǔ)水桶21a的底部連接，最好是儲(chǔ)水桶21a底部一側(cè)，灌溉盤供水管22a的另一端和灌溉盤22b的一端可分別與連接軟管22c的兩端連接；在作物根部附近填埋灌溉盤22b，灌溉盤22b優(yōu)選垂直埋在作物根部附近，灌溉盤22b可以是直徑為20cm、厚度為1.5cm的多孔陶瓷盤，具有透水不透氣特點(diǎn)；采用隔離箱22d將灌溉盤22b所灌溉作物與周圍作物隔離開，灌溉盤22b可優(yōu)選置于隔離箱22d正中間，隔離箱22d優(yōu)選由無底不銹鋼箱體制成。
[0040]供水單元主要包括:需水量測(cè)量單元總供水管23a，連接管23b和儲(chǔ)水桶供水管23c分別與需水量測(cè)量單元總供水管23a連接，其中需水量測(cè)量單元總供水管23a、連接管23b和儲(chǔ)水桶供水管23c可通過第一三通接頭41實(shí)現(xiàn)彼此相連，儲(chǔ)水桶供水管23c與儲(chǔ)水桶21a底部連接，用于為儲(chǔ)水桶注水。
[0041]田間持水量控制單元包括:田間持水量控制管24a,與田間持水量控制管24a連接有導(dǎo)氣管24b，出水管24c分別與田間持水量控制管24a和導(dǎo)氣管24b連接。田間持水量控制管24a上部通過第二三通接頭42與連接管23b和第一手動(dòng)閥門24d連接，田間持水量控制管24a底部通過第三三通接頭43與導(dǎo)氣管24b和出水管24c連接。在導(dǎo)氣管24b和出水管24c上分別設(shè)置有第二手動(dòng)閥門24e和第三手動(dòng)閥門24f。本實(shí)施例中田間持水量控制管24a可優(yōu)選由帶標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度刻度的有機(jī)玻璃管構(gòu)成，
[0042]控制組件主要包括:安裝在需水量測(cè)量單元總供水管23a上的第一電磁閥25a，以及安裝在灌溉單元的灌溉盤供水管22a上的第二電磁閥25b。
[0043]除上述各部件外，需水量測(cè)量裝置還可包括:防潮保護(hù)箱26，其優(yōu)選安裝在各裝置外圍，起到防潮保護(hù)作用；在防潮保護(hù)箱26外頂部安裝雨量傳感器27 (如在防潮保護(hù)箱26右上部可開孔，供數(shù)據(jù)線穿過)，用于對(duì)雨量值感應(yīng)并將感應(yīng)信號(hào)傳輸給控制中心。可在防潮保護(hù)箱26下部開孔，供灌溉盤供水管22a穿過，在防潮保護(hù)箱26左上部開孔，供需水量測(cè)量單元總供水管23a穿過。
[0044]本發(fā)明的自動(dòng)灌溉裝置主要包括:灌溉總管31，其與供水裝置連接，滴灌帶32與灌溉總管31相連，在灌溉總管31上分別安裝有流量計(jì)33和第三電磁閥34。需水量測(cè)量裝置中各開關(guān)、傳感器等信號(hào)的接收控制都是由自動(dòng)控制器35完成，自動(dòng)控制器35通過其內(nèi)置嵌入式軟件的控制邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)需水量測(cè)量裝置及自動(dòng)灌溉裝置中各閥門開啟和關(guān)閉的自動(dòng)調(diào)整和控制，即自動(dòng)控制器35接收需水量測(cè)量裝置中的第一液位開關(guān)21c、第二液位開關(guān)21d、雨量傳感器27的信號(hào)，并通過內(nèi)置嵌入式軟件的控制邏輯自動(dòng)調(diào)整需水量測(cè)量單元中的第一電磁閥25a、第二電磁閥25b、電球閥21b以及自動(dòng)灌溉裝置中的第三電磁閥34的開啟和關(guān)閉，除此以外，自動(dòng)控制器35還可以自動(dòng)計(jì)算某一時(shí)間段內(nèi)作物需水量和待灌溉區(qū)下一時(shí)間段內(nèi)的總需水量。自動(dòng)控制器35可優(yōu)選安裝在需水量測(cè)量裝置上，比如安裝在防潮保護(hù)箱26內(nèi)側(cè)頂部。本發(fā)明自動(dòng)控制器35的原理可見圖2所示。
[0045]本發(fā)明的總供水裝置包括:總供水閥門11，其通過第四三通接頭44與所述需水量測(cè)量裝置的需水量測(cè)量單元總供水管23a和所述自動(dòng)灌溉裝置的灌溉總管31連接。
[0046]此外，本發(fā)明還提供了一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法，該方法可通過上述自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0047]本發(fā)明的自動(dòng)灌溉控制方法主要包括如下幾個(gè)步驟:首先在待灌溉區(qū)選擇一個(gè)單位面積的作物區(qū)作為灌溉單元，將用于測(cè)量實(shí)際田間需水量的需水量測(cè)量裝置安裝于灌溉單元附近并將其內(nèi)作物與周邊作物隔離；其次將總供水裝置和用于自動(dòng)控制田間灌溉的自動(dòng)灌溉裝置分別與需水量測(cè)量裝置連接，組成自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)；之后檢查并預(yù)調(diào)試整個(gè)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，無誤后開始對(duì)需水量測(cè)量裝置注水，待達(dá)到預(yù)定注水量后，停止注水；之后開啟需水量測(cè)量裝置，對(duì)單位面積作物進(jìn)行需水量測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算所述單位面積作物的需水量；最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果和待灌溉區(qū)的總面積計(jì)算待灌溉區(qū)的總需水量，從而完成整個(gè)灌溉區(qū)的灌溉。本方法中所述的總供水裝置、需水量測(cè)量裝置及自動(dòng)灌溉裝置等與上文所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)中的裝置完全相同。
[0048]下面結(jié)合兩個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明自動(dòng)控制方法的具體操作步驟及本發(fā)明的具體測(cè)量方法做具體說明。
[0049]第一實(shí)施例
[0050]本實(shí)施例中本發(fā)明的具體操作方法如下:
[0051]步驟I,在待灌溉區(qū)選擇一個(gè)單位面積的作物,該單位面積尺寸為40cm長(zhǎng)、30cm寬，將灌溉盤22b垂直埋在作物根部附近，以灌溉盤22b為中心，將隔離箱22d置于該灌溉單元作物周邊，以此隔離該灌溉單元作物與周邊作物，從而確保測(cè)量的是單位面積作物的需水量；
[0052]步驟2，調(diào)整第一液位開關(guān)21c和第二液位開關(guān)21d的位置，第一液位開關(guān)21c測(cè)量面距離儲(chǔ)水桶21a上桶壁10cm，第二液位測(cè)量面距離儲(chǔ)水桶21a上桶壁20cm。[0053]步驟3，第一次使用該專利時(shí)，首先打開第一手動(dòng)閥門24d，關(guān)閉第二手動(dòng)閥門24e和第三手動(dòng)閥門24f，從第一手動(dòng)閥門24d上方的水管向田間持水量控制管24a內(nèi)注水，對(duì)于壤土，水柱高于70cm位置時(shí)停止向田間持水量控制管24a內(nèi)注水，打開第三手動(dòng)閥門24f，調(diào)整田間持水量控制管24a內(nèi)水柱達(dá)到70cm位置；對(duì)于沙土，水柱高于30cm位置時(shí)停止向田間持水量控制管24a內(nèi)注水，打開第三手動(dòng)閥門24f，調(diào)整田間持水量控制管24a內(nèi)水柱達(dá)到30cm位置；
[0054]步驟4，由于田間持水量控制管24a內(nèi)的水位發(fā)生變化微小，對(duì)于壤土，只要田間持水量控制管24a內(nèi)的水位不低于50cm，對(duì)于沙土，只要田間持水量控制管24a內(nèi)的水位不低于20cm，則直接從步驟2進(jìn)入本步驟。所有電磁閥和電球閥初始處于關(guān)閉狀態(tài)，啟動(dòng)自動(dòng)控制器35，自動(dòng)控制器35檢測(cè)到儲(chǔ)水桶21a內(nèi)水位低于第二液位開關(guān)21d位置，自動(dòng)打開第一電磁閥25a、電球閥21b，通過需水量測(cè)量單元總供水管23a向儲(chǔ)水桶21a內(nèi)注水，儲(chǔ)水桶21a內(nèi)氣體從電球閥21b排出，自動(dòng)控制器35檢測(cè)到儲(chǔ)水桶21a內(nèi)水位達(dá)到第一液位開關(guān)21c測(cè)量面，自動(dòng)關(guān)閉第一電磁閥25a、電球閥21b,同時(shí)開啟第二電磁閥25b,進(jìn)行單位面積作物需水量測(cè)量。當(dāng)自動(dòng)控制器35檢測(cè)到儲(chǔ)水桶21a內(nèi)水位達(dá)到第二液位開關(guān)21d測(cè)量面時(shí)，自動(dòng)控制器35記錄該時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)，此時(shí)間段內(nèi)單位面積作物需水量V= Ji X0.152X0.1=0.007m3o[0055]步驟5，待灌溉區(qū)總面積為Sm2，則待灌溉區(qū)下一個(gè)同時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)的總需水量V=0.007X S/(0.4X0.3)m3，自動(dòng)控制器開啟第三電磁閥34，對(duì)待灌溉區(qū)進(jìn)行灌溉，同時(shí)流量計(jì)33測(cè)量灌溉量，當(dāng)灌溉量達(dá)到總需水量V時(shí)，停止灌溉。
[0056]第二實(shí)施例
[0057]本發(fā)明的測(cè)量方法具體包括如下幾個(gè)方面:
[0058]1、作物需水量測(cè)量方法:
[0059]該測(cè)量方法利用植物水分生理特性和土壤張力特性，以負(fù)壓給水的方式，實(shí)現(xiàn)作物根據(jù)自身生理需求主動(dòng)吸水，根據(jù)土質(zhì)將田間持水量控制管24a內(nèi)的水位調(diào)整到一定高度，從而控制田間持水量在合適范圍內(nèi)，當(dāng)儲(chǔ)水桶21a內(nèi)的水位從第一液位開關(guān)21c位置降低到第二液位開關(guān)21d位置，則這兩個(gè)液位開關(guān)之間的水量就是在該時(shí)間段內(nèi)作物需水量。
[0060]2、單位面積作物需水量測(cè)量方法:
[0061]在待灌溉區(qū)選擇一個(gè)單位面積的作物，該單位面積長(zhǎng)度為40cm、寬度為30cm，將灌溉盤22b垂直埋在作物根部附近，以灌溉盤22b為中心，將隔離箱22d置于該灌溉單元作物周邊，以此隔離該灌溉單元作物與周邊作物，從而確保測(cè)量的是單位面積作物的需水量。
[0062]3、自動(dòng)灌溉裝置灌溉量計(jì)算方法:
[0063]待灌溉區(qū)總面積除以0.12m2的單位面積，得出總灌溉單位數(shù)，總灌溉單位數(shù)乘以測(cè)量得到的單位面積作物需水量，便是待灌溉區(qū)在下一時(shí)間段內(nèi)的總需水量。
[0064]本發(fā)明的測(cè)量方法特征在于利用負(fù)壓給水的方式測(cè)量單位面積作物該時(shí)間段內(nèi)的需水量，從而計(jì)算下一時(shí)間段內(nèi)待灌溉區(qū)的總需水量；自動(dòng)灌溉裝置中的自動(dòng)控制器35接收需水量測(cè)量裝置中的第一液位開關(guān)21c、第二液位開關(guān)21d及雨量傳感器27的信號(hào)，自動(dòng)控制器35通過內(nèi)置嵌入式軟件的控制邏輯自動(dòng)調(diào)整需水量測(cè)量裝置中的第一電磁閥25a、第二電磁閥25b、電球閥21b以及自動(dòng)灌溉裝置中的第三電磁閥34的開啟和關(guān)閉，自動(dòng)計(jì)算某一時(shí)間段內(nèi)作物需水量和待灌溉區(qū)下一時(shí)間段內(nèi)的總需水量；當(dāng)檢測(cè)到有降雨發(fā)生時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉第二電磁閥25b，防止土壤中的水倒流進(jìn)儲(chǔ)水桶21a。
[0065]不難看出，無論是上述自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)還是通過該自動(dòng)灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)灌溉控制方法，其技術(shù)方案對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說都是非顯而易見的，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)是無法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，也無法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。當(dāng)然，本發(fā)明自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)及自動(dòng)灌溉控制方法能夠帶來意想不到的有益效果:
[0066]本發(fā)明基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法及其控制系統(tǒng)利用植物水分生理特性和土壤張力特性，以負(fù)壓給水的方式，測(cè)量單位面積作物某時(shí)間段內(nèi)的需水量，從而計(jì)算下一時(shí)間段內(nèi)待灌溉區(qū)的總需水量，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)作物田間需水量進(jìn)行自動(dòng)灌溉的功能；本發(fā)明的需水量測(cè)量裝置能夠測(cè)量出不同土質(zhì)、不同作物、不同生長(zhǎng)時(shí)期的實(shí)際田間需水量，并且可將降雨量綜合考慮進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)多因素條件下需水量的準(zhǔn)確測(cè)量；本發(fā)明的自動(dòng)控制器35可接收需水量測(cè)量裝置中各開關(guān)、傳感器等信號(hào)，其通過內(nèi)置嵌入式軟件的控制邏輯可實(shí)現(xiàn)對(duì)需水量測(cè)量裝置及自動(dòng)灌溉裝置中各閥門開啟和關(guān)閉的自動(dòng)調(diào)整和控制，并可自動(dòng)計(jì)算某一時(shí)間段內(nèi)作物 需水量和待灌溉區(qū)下一時(shí)間段內(nèi)的總需水量；本發(fā)明通過將灌溉盤22b埋于灌溉單元作物周邊，將灌溉單元內(nèi)作物與周邊作物隔離，從而確保了對(duì)單位面積作物需水量的準(zhǔn)確測(cè)量；通過在儲(chǔ)水桶21a內(nèi)分別安裝上下高度不同的第一液位開關(guān)21c和第二液位開關(guān)21d，可通過兩個(gè)液位開關(guān)之間的水量之差實(shí)現(xiàn)對(duì)該段時(shí)間內(nèi)作物需水量的準(zhǔn)確測(cè)定；本發(fā)明的防潮保護(hù)箱26安裝于各裝置部件的外圍，可對(duì)各裝置起到防潮保護(hù)作用，雨量傳感器27置于防潮保護(hù)箱26外頂部，可實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨雨量的自動(dòng)感應(yīng)并將信號(hào)傳輸至控制中心。此外，本發(fā)明的自動(dòng)灌溉控制方法及其控制系統(tǒng)能夠在不受到種植作物的品種、生長(zhǎng)期、土質(zhì)、外界環(huán)境條件等因素的影響，監(jiān)測(cè)作物在單位時(shí)間段內(nèi)的需水量，做到按需灌溉，既節(jié)約了水源，又沒有影響作物產(chǎn)量，提高了灌溉水的利用率。
[0067]需要說明的是，盡管上文對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明，但不限于此，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明記載的內(nèi)容或原理進(jìn)行修改，因此，凡按照本發(fā)明記載的內(nèi)容或原理進(jìn)行的各種修改都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于作物需水量測(cè)量的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，其包括如下步驟: 1)在待灌溉區(qū)選擇一個(gè)單位面積的作物區(qū)作為灌溉單元，將用于測(cè)量實(shí)際田間需水量的需水量測(cè)量裝置安裝于所述灌溉單元附近，并將灌溉單元內(nèi)作物與周邊作物隔離； 2)將總供水裝置和自動(dòng)灌溉裝置分別與需水量測(cè)量裝置連接，組成自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)； 3)檢查并預(yù)調(diào)試整個(gè)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，無誤后開始對(duì)需水量測(cè)量裝置注水，待達(dá)到預(yù)定注水量后，停止注水； 4)開啟需水量測(cè)量裝置，對(duì)單位面積作物進(jìn)行需水量測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算所述單位面積作物的需水量； 5)根據(jù)計(jì)算結(jié)果和待灌溉區(qū)的總面積計(jì)算待灌溉區(qū)的總需水量，進(jìn)而完成整個(gè)灌溉區(qū)的灌溉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述需水量測(cè)量裝置包括: 供水單元； 與供水單元連接的儲(chǔ)水單元和田間持水量控制單元； 與儲(chǔ)水單元連接的灌溉單元；以及 分別安裝在供水單元上和灌溉單元上用于控制注水和灌溉的控制組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的 自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述儲(chǔ)水單元包括: 儲(chǔ)水桶(21a)； 安裝在儲(chǔ)水桶(21 a )頂部的電球閥(2 Ib );以及 分別安裝在儲(chǔ)水桶(21a)上的第一液位開關(guān)(21c)和第二液位開關(guān)(21d);其中 所述第一液位開關(guān)(21c)位于所述第二液位開關(guān)(21d)上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述灌溉單元包括: 灌溉盤供水管(22a)； 填埋于作物根部附近的灌溉盤(22b)； 兩端分別與灌溉盤供水管(22a)和灌溉盤(22b)連接的連接軟管(22c);以及 用于將灌溉盤(22b)所灌溉作物與周圍作物隔離開的隔離箱(22d);其中 所述灌溉盤供水管(22a) —端與所述儲(chǔ)水單元的儲(chǔ)水桶(21a)底部連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述供水單元包括: 需水量測(cè)量單元總供水管(23a)； 分別與需水量測(cè)量單元總供水管(23a)連接的連接管(23b)和儲(chǔ)水桶供水管(23c);其中 所述需水量測(cè)量單元總供水管(23a)、連接管(23b )和儲(chǔ)水桶供水管(23c )通過第一三通接頭(41)彼此相連；所述儲(chǔ)水桶供水管(23c)與所述儲(chǔ)水單元的儲(chǔ)水桶(21a)底部連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述田間持水量控制單元包括: 田間持水量控制管(24a)； 與田間持水量控制管(24a)連接的導(dǎo)氣管(24b); 分別與田間持水量控制管(24a)和導(dǎo)氣管(24b )連接的出水管(24c )； 與田間持水量控制管(24a)連接的第一手動(dòng)閥門(24d);以及分別設(shè)置在導(dǎo)氣管(24b)和出水管(24c)上的第二手動(dòng)閥門(24e)和第三手動(dòng)閥門(24f);其中 所述田間持水量控制管(24a)頂部通過第二三通接頭(42)與所述供水單元的連接管(23b )和所述第一手動(dòng)閥門(24d)連接；所述所述田間持水量控制管(24a)底部通過第三三通接頭(43)與所述導(dǎo)氣管(24b)和所述出水管(24c)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述控制組件包括: 安裝在所述供水單元的需水量測(cè)量單元總供水管(23a)上的第一電磁閥(25a);以及 安裝在所述灌溉單元的灌溉盤供水管(22a)上的第二電磁閥(25b)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項(xiàng)所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述需水量測(cè)量裝置還包括: 安裝在外圍的防潮保護(hù)箱(26);以及 安裝在防潮保護(hù)箱(26)外頂部的雨量傳感器(27)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述自動(dòng)灌溉裝置包括: 與所述供水裝置連接的灌溉總管(31)； 與灌溉總管(31)連接的滴灌帶(32)； 分別安裝在灌溉總管(31)上的流量計(jì)(33)和第三電磁閥(34);以及安裝在所述需水量測(cè)量裝置上用于接收各傳感信號(hào)并自動(dòng)控制各閥門開閉的自動(dòng)控制器(35)。`
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)灌溉控制方法，其特征在于，所述總供水裝置包括: 總供水閥門(11)，其通過第四三通接頭(44)與所述需水量測(cè)量裝置的需水量測(cè)量單元總供水管(23a)和所述自動(dòng)灌溉裝置的灌溉總管(31)連接。
11.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述自動(dòng)灌溉控制方法的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 總供水裝置； 與總供水裝置連接的用于測(cè)量實(shí)際田間需水量的需水量測(cè)量裝置；以及 分別與總供水裝置和需水量測(cè)量裝置連接的自動(dòng)灌溉裝置；其中 所述需水量測(cè)量裝置包括: 供水單元； 與供水單元連接的儲(chǔ)水單元和田間持水量控制單元； 與儲(chǔ)水單元連接的灌溉單元； 分別安裝在供水單元上和灌溉單元上用于控制注水和灌溉的控制組件； 安裝在外圍的防潮保護(hù)箱(26);以及 安裝在防潮保護(hù)箱(26)外頂部的雨量傳感器(27)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)水單元包括儲(chǔ)水桶(21a),所述田間持水量控制單元包括田間持水量控制管(24a),所述灌溉單元包括隔離箱(22d);其中 所述儲(chǔ)水桶(21a)由PVC材料制成；所述田間持水量控制管(24a)由帶有標(biāo)準(zhǔn)刻度的有機(jī)玻璃制成；所述隔離箱(22d)由無底不銹鋼箱體制成。
【文檔編號(hào)】A01G25/16GK103518590SQ201310464734
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】張?jiān)弃Q, 喬曉軍, 薛緒掌, 郭文忠, 張芳, 馮靜巖, 陳菲 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心