CN101491203A

CN101491203A - 一种自动灌溉系统

Info

Publication number: CN101491203A
Application number: CNA2008100043069A
Authority: CN
Inventors: 焦一之
Original assignee: Guan Die
Current assignee: Guan Die
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2009-07-29

Abstract

本发明涉及生态工程中的灌溉自动化技术，具体地说是一种根据自然温度和土壤含水量自动控制灌溉给水的系统。它包括控制系统和喷水系统，两系统串联；所述控制系统包括并联的自动控制系统与手动控制系统；自动控制系统中的报警系统、开关式土壤水分传感器和开关式温度传感器串联，共同参与控制；且开关式土壤水分传感器和开关式温度传感器均分别引出一根显示其通断状态的引线输入报警系统，为报警系统提供工作信号，从而实现灌溉系统控制和检查的自动化。本发明在生态工程中可长时间开启，自检、自控性好，可远程监控，节能、实用、省水、省人力，在较大程度上实现了灌溉系统自动化。

Description

一种自动灌溉系统

技术领域

本发明专利涉及生态工程中的灌溉自动化技术，具体地说是一种根据自然温度和土壤含水量自动控制灌溉给水的系统。

背景技术

进行生态工程时，为保证地表所覆植被的成活率，首要保证的就是水量供应充足。而天然降水受季节影响较大，雨量又很难控制，大多都难以达到植被生长所需的用水量。因此，在现行的生态修复工程中，植被生长期常使用人工辅助灌溉措施。我国人工辅助灌溉措施主要分为粗放型的大水漫灌和相对节约型的现代灌溉技术。漫灌既费水，灌溉效果也不佳，将渐渐退出历史舞台；而现代灌溉技术主要以喷灌和滴灌为主，虽然在一定意义上节约了灌溉用水量，但是无法控制有效灌溉量和合适的灌溉时间，仍会导致水资源的浪费，尤其是在干旱缺水、蒸发量大的西部地区，难以达到预期效果。因此开发一种节约型、智能型、可监控型的灌溉系统，具有较为深远的意义。

现有的智能灌溉系统大致分为两种，分别为土壤水分传感器控制灌溉系统和温度传感器控制灌溉系统。这两种灌溉系统在一定程度上解决了灌溉系统智能化的问题，但是局限性较大。例如，温度传感器控制的灌溉系统虽然能够解决根据温度上下限调节灌溉供水，却忽视了土壤中本身的含水量，如遇雨涝天气，很容易形成地表径流，导致水土流失。再如，土壤水分传感器控制灌溉系统，虽然在土壤含水量上把握很准，但是难以把握温度，寒冷的天气中如不人为关闭，很容易造成元件被冻坏和水资源浪费的后果。而且，土壤水分传感器本身也有许多分类，简易型的造价低且实用，但是人为操作太多；电子元件型的操作简单，不用太多维护，但是造价太高，不利于推广。此外上述两种系统普遍缺乏可监控性，无法在室内监视系统是否正常运行，如若元件或仪器运行出现失常，很难被及时发现。因此，上述两种系统在实地综合应用效果均不甚理想。

发明内容

为了解决上述存在的不足之处，本发明专利的目的在于提供一种兼土壤水分传感器和温度传感器于一体，同时还具有故障定位报警功能的灌溉系统，使灌溉系统在保证自身正常运行的同时还兼顾植被适生温度和土壤合适含水量。

本发明专利的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明专利包括控制系统和喷水系统。控制系统主要是由串联的开关式土壤水分传感器、开关式温度传感器、报警系统三个实体部分组成的自动控制系统和一个手动开关形成的手动控制系统，两个控制系统在大回路中并联；喷水系统与控制系统串联，喷水开关取决于控制系统。系统用电可采用中华人民共和国居民用电系统，交流220V，50Hz。示意图见图1。

具体元件设计是通过以下技术方案设计实现的：

1.开关式土壤水分传感器设计

开关式土壤水分传感器是利用张力计的原理制成的，它利用特制的电接点真空表将土壤湿度信号转换为开关式电信号。土壤水吸力的大小与土壤水分含量有关。一般来说，土壤含水量愈小，吸力愈大；土壤含水量愈大，吸力愈小。土壤水吸力大小与水分对植物有效性有密切的关系。因此，测定土壤水吸力大小已普遍用作植物是否需要灌溉的依据。传感器提供的信号为开关电信号(触点信号)，通过电接点真空表上拨杆的定位，可获得0～85kPa范围内任意点土壤水吸力的开关电信号。这个土壤湿度检测范围，正好适合多数植物指示灌溉之用。示意图见图2。

2.集气管内水位检测系统设计

水位检测系统是位于集气管内的水位监测杆和外接系统的总称，它利用水是导体的特征，将两条不相接的引线分别布置于集气管底和最低水位线上，在管内水气处于相对平衡状态时，水位较高，引线导通。水过于少低于最低水位线时，两引线便断开。示意图见图3。

3.开关式温度传感器设计

开关式温度传感器拟采用现有的XMK-010型双限数显温度控制仪，该仪器有如下优点：被控对象的温度测量和显示，温度下限、上限的设定和被控设备开、停控制，温度传感器故障显示(开路或短路)。

4.故障报警系统设计

故障报警系统串联于两个传感器的同侧，两个传感器正常通电时，报警器处于通路状态，当传感器有断路信号，报警器收到信号，断开系统通路，发出报警声音信号，并显示发生故障传感器。示意图见图4。

5.手动系统开关设计

手动系统开关与自动控制系统并联，可不经由任何控制器直接手动开启系统，设置于监控室内，在紧急情况(如火情、扬尘等)时，开启此开关，便能跳过环境因素，完成地表覆水任务。

6.喷水系统设计

喷水系统采用较为节水的灌溉装置，例如喷灌、滴灌等，与整个控制系统串联，受控制系统控制，既能够及时有效的保证水的供应，又防止了水资源的浪费。

本发明专利的优点与积极效果为：

与目前普遍采用的智能灌溉系统相比，本发明专利即继承了自动化、节水、省人力的优点，此外还具有以下优点：

1.有效的将土壤水分传感器和温度传感器结合在一起，实现两种传感器对灌溉系统的同时同步控制，进一步向智能化系统迈进。

2.增加了故障报警装置，令系统更加有效的运行，而且远程报警、故障定位等功能让人更加及时准确的掌握故障信息。

3.手动开关功能的设置，令该灌溉系统更加人性化，具备了在特殊情况的自主操控性能。

附图说明

图1为本发明专利的结构示意图；

其中，1为开关式土壤水分传感器，2为开关式温度传感器，3为手动系统开关，4为报警系统，5为喷水系统，13为土壤水分传感器状态线，22为温度传感器状态线。

图2为开关式土壤水分传感器示意图；

其中，6为橡皮塞，7为集气管，8为电接点真空表，9为真空表连接线，10为连接管，11为多孔陶土头，12为水位检测杆，13为土壤水分传感器状态线。

图3为土壤水分传感器水位检测系统电路示意图；

其中12为水位检测杆，13为土壤水分传感器状态线，14为自断开关，15为CMOS与非门。

图4为故障报警系统示意图；

其中，A为土壤水分传感器接入点，B为温度传感器接入点，16为土壤水分传感器状态指示灯，17为温度传感器状态示意灯，18为蜂鸣报警器，19为自合开关，20、21为两个三极管，13为土壤水分传感器状态线，22为温度传感器状态线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利作进一步详述。

如图1所示，本发明专利中，开关式土壤水分传感器1、开关式温度传感器2和报警系统4串联，同时1、2均又引出一根显示其通断状态的引线与报警系统相接，为4提供通断信号。手动系统开关3与上述控制开关并联，可以直接启动系统。

本发明专利的具体工作原理为：

整体系统，如图1所示，系统整体是一个串联型回路，工作正常的情况下报警系统4为通路。所以当开关式土壤水分传感器1和开关式温度传感器2达到合适条件时，相对应的均开关自动闭合，系统联通，5供电，开始喷水；1和2至少有一项条件不满足时系统自动关闭，系统断路，5停止。如1或2至少有一个发生故障，不能工作，4接到报警信号后，会立即阻断通路，关闭系统。遇消防或降尘任务等特殊情况时，可开启手动系统开关3，系统便不受任何因素的影响，直接喷水。

开关式土壤水分传感器，如图2所示，主要由集气管7、电接点真空表8、连接管10、多孔陶土头11、水位检测杆12等部分组成，7上有注水口，使用时，打开橡皮塞6，向7里注满水，塞紧橡皮塞。当将11埋入土中后，土壤水吸力通过11内水膜的传递，作用于仪器内部，仪器内部产生真空度(负压)。此真空度作用于8上，使其指针走动。当指针走到预设的某一土壤水吸力值位置时，电接点真空表上触点接通，即得到触点(开关)电信号。当集气管内水量少于一定量，传感器不能正常工作时，管内水位低于12某预设位高度，通过状态线13导通报警设置，将报警信号发送出去。

土壤水分传感器水位检测系统，如图3所示，是用CMOS与非门组成的，当集气管内水位高于预设位时，管底引线U和预设位引线A通过水接通，这时CMOS与非门15的输入为高电平，输出为低电平，相应发光二极管亮，表示工作正常，同时向故障报警系统输入状态1。当水位低于预设值引线时，A端和U端之间断开，15的输入端变为低电平，输出端为高电平，晶体管因而导通，自断开关14受电，通路即被中断，送往故障报警系统的状态变为0。

开关式温度传感器，设置温度下限，例如在0℃以上才可以进行灌溉，即可将0℃设为开关点。温度高于0℃，既可以根据土壤含水量进行灌溉；温度低于0℃，即便土壤很干燥，灌溉系统仍不工作。该控制仪可能出现的故障问题主要是电导线与元件接触不良，故将控制仪的通路一端通过温度传感器状态线22接入故障报警系统，正常通电时输出状态1，接触不良时输出状态0。

故障报警系统，如图4所示，工作正常时，状态线13、22均输入状态1(表示温度和土壤传感器工作均为正常)。这时，晶体管20导通，系统为通路；晶体管21截止，蜂鸣报警器18不响；状态指示灯16和17全亮。如果系统中某路出现断路故障，其状态将由接入电的1状态变为0状态。这时，20截止，系统变为断路；21导通，18发出声音报警讯号；故障端对应的指示灯16或17熄灭，让监控者一目了然故障源。

本发明专利在生态工程中可长时间开启，自检、自控性好，可远程监控，节能、实用、省水、省人力，在较大程度上实现了灌溉系统自动化。

Claims

1.一种自动灌溉系统，其特征在于：包括控制系统(手动控制系统(3)和自动控制系统)和喷水系统(5)两部分。

2.按权利要求1所述的水热自动灌溉系统，其特征在于：所述控制系统和喷水系统(5)串联。

3.按权利要求1所述的水热自动灌溉系统，其特征在于：所述控制系统中自动控制系统与手动控制系统并联。

4.按权利要求2所述的水热自动灌溉系统，其特征在于：所述自动控制系统中的报警系统(4)、开关式土壤水分传感器(1)和开关式温度传感器(2)串联，共同参与控制；且开关式土壤水分传感器(1)和开关式温度传感器(2)均分别引出一根显示其通断状态的引线(13和22)输入报警系统(4)，为报警系统(4)提供工作信号。