CN102150603A - 一种实现多区域选择的智能灌溉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种实现多区域选择的智能灌溉系统，包括：信号采集模块，用于采集土壤水分信息；信号转换模块，用于对采集到的信息进行A/D转换；数据处理模块，用于选择需要灌溉的农田区域，并向区域选择阀模块发送指令；区域选择阀模块，用于响应数据处理模块发送的指令，打开相应农田区域对应的阀门，对该区域进行灌溉。本发明结构简单，克服了传统灌溉过程中人工观测田间是否需要灌水、手动操作灌溉设备实现交替灌溉、维护成本高、人工观测误差大、控制精度低的不足，实现了完全智能控制，即可通过传感器信号自动选择需要灌水的区域，再通过驱动部件驱动区域选择阀，实现智能多区域选择灌溉。

Description

一种实现多区域选择的智能灌溉系统
技术领域
本发明属于农田灌溉系统，尤其涉及一种实现多区域选择的智能灌溉系统。
背景技术
康绍忠等于1997年基于节水灌溉技术原理与作物感知缺水的根源信号理论提出的根系分区交替灌溉技术，主动控制作物根区土壤在水平或垂直剖面的某个区域的水分状况，使作物根区始终有一部分生长在干燥或较为干燥的环境中，限制该部分的根系吸水，同时通过人工控制使根系在水平或垂直剖面的干燥区域交替出现，使干燥区的根系产生水分胁迫信号传递到叶气孔从而有效调节气孔运动，而处于湿润区的根系从土壤中吸收水分以满足作物的生命健康需水，使对作物的伤害保持在临界限度以内。同时由于表层土壤总是仅有部分区域湿润，既可减少棵间全部湿润时的无效蒸发损失和总的灌溉用水量，亦可降低土壤机械强度、改善土壤的通透性，促进根系的补偿生长，提高根系对水分、养分的利用率，提高矿质养分的有效性，以达到不牺牲作物的光合产物累积而大量节水的目的。
由于不同作物在同一时期且同种作物在不同时期对水分的需求不同，需要根据不同作物不同时期的需水特点进行灌溉：对需要灌溉的作物区域进行灌溉，其它区域的作物在不同时间需要灌溉时，只需要系统重新进行区域选择即可，并且结合根系分区交替灌溉形成一种节水、高效、简便易行的方式。近几年的研究结果表明，控制性作物根系分区交替灌溉具有明显的节水效果，是现代节水农业发展的新方向。目前，申请者与合作者设计了“一种地表间隔灌溉装置”(专利号：ZL 03219010.7)。此外，针对大田和温室滴灌、渗灌条件下在根区水平向和垂向实施交替灌溉，还提出了“一种果树根区交替滴灌的灌溉系统”(ZL200420041661.0)和“一种根系分层灌溉装置”(ZL 03219009.3)，设计了“一种适用于交替灌溉的灌水管”(ZL 200420041614.6)，但灌溉系统无法对整个大田的灌水区域做出选择，限制了该技术的应用和推广。
上述技术概括起来仍然存在以下两个方面的问题：
1.已有的分区交替灌溉装置还停留在手动选择灌溉区域的阶段，需要通过人力进行操作实现所选择区域的灌溉，费时费力，响应速度较慢。
2.已有的灌溉装置需要借助其它试验观测手段判断不同区域作物根区的实际含水情况，确定哪个区域需要灌水以及何时需要灌水，严重影响了控制的精度，往往会错过作物需水的关键期而造成减产。
发明内容
为解决上述两个技术问题，本发明提供了一种实现智能控制自动选择灌溉区域的多区域选择的智能灌溉系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集土壤水分信息；
信号转换模块，用于对采集到的信息进行A/D转换；
数据处理模块，用于选择需要灌溉的区域，并向区域选择阀模块发送指令；
区域选择阀模块，用于响应所述数据处理模块发送的指令，打开所述需要灌溉的区域对应的过水通路，对该区域进行灌溉。
所述信号采集模块包括土壤水分传感器和放大电路。
所述数据处理模块使用51系列的单片机为CPU进行数据处理。
所述区域选择阀模块包含对应不同区域的多个出水口和控制轴，所述控制轴内部具有过水通路，所述过水通路的一端连接入水口，通过转动所述控制轴，使所述过水通路的另一端与出水口相接。
所述控制轴由步进电机驱动。
本发明的有益效果为：结构简单，克服了传统灌溉过程中人工观测田间是否需要灌水、手动操作灌溉设备实现交替灌溉、维护成本高、人工观测误差大、控制精度低的不足，实现了完全智能控制，即可通过传感器信号自动选择需要灌水的区域，再通过驱动部件驱动区域选择阀，实现智能多区域选择灌溉。
由于结构简单，省工省时，节约成本，并且便于操作，易实现大规模推广；同时，该区域选择阀替代了电磁控制阀，使系统简单，成本降低，工作可靠。
附图说明
下面结合附图对本发明作详细说明：
图1为根据本发明实施例的智能灌溉系统结构框图；
图2为多区域选择阀结构图；
图3为根据本发明实施例的控制流程图。
具体实施方式
根据本发明实施例的灌溉系统的结构框图如图1所示：
信号采集模块：土壤水分传感器和放大电路。
信号转换模块：采样保持电路和A/D转换电路。
数据处理模块：以51系列的单片机为CPU进行数据处理，以实现智能控制。
区域选择阀模块：用ULN2003驱动电机，电机驱动阀体转动以实现多区域选择灌溉的智能控制。
该多区域选择的智能灌溉系统由放置于田间不同区域作物的水分传感器反馈回来的信号经过系统中的放大电路、采样保持电路和A/D转换电路，把信号放大并转换成数字信号送到数据处理的51系列的单片机，通过CPU内预定的数据处理流程完成数据处理，进而驱动电机，电机驱动多区域选择阀阀体转动实现一入一出，实现灌溉区域自动选择，完成智能灌溉过程。
图2所示为，该灌溉分配阀通过一根电机控制轴1的旋转实现灌溉系统入水口与出水口的连接。控制轴内部具有过水通路，可以实现分配阀进水口10与出水口5的连接。通过阀盖上所带的固定进水口与阀套上所带的多个固定出水口6，实现灌溉系统的多区域选择灌溉。该灌溉分配阀全部采用橡胶密封圈3、7、8实现系统的密封，防止分配阀漏水。
如图3所示，为本发明实施例的流程图。当水分传感器检测到任意作物任一侧根区含水率小于灌水下限或任意作物各测含水率差值小于交替阀值时，电机驱动多区域选择阀阀体向相应区域灌溉，直至灌水上限。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种实现多区域选择的智能灌溉系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集土壤水分信息；
信号转换模块，用于对采集到的信息进行A/D转换；
数据处理模块，用于选择需要灌溉的区域，并向区域选择阀模块发送指令；
区域选择阀模块，用于响应所述数据处理模块发送的指令，打开所述需要灌溉的区域对应的过水通路，对该区域进行灌溉。
2.如权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述信号采集模块包括土壤水分传感器和放大电路。
3.如权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述数据处理模块使用51系列的单片机为CPU进行数据处理。
4.如权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述区域选择阀模块包含对应不同区域的多个出水口和控制轴，所述控制轴内部具有过水通路，所述过水通路的一端连接入水口，通过转动所述控制轴，使所述过水通路的另一端与出水口相接。
5.如权利要求4所述的灌溉系统，其特征在于，所述控制轴由步进电机驱动。
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