CN102550372A - 根系分区交替灌溉控制器及其灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种根系分区交替灌溉控制器及其灌溉系统,该控制器包括:信号采集模块,设置于作物两侧的灌水沟中,用于采集土壤水分信息;信号转换与数据处理模块,用于根据接收到的所述信号采集模块采集的信息,控制作物隔沟交替灌溉;参数设定模块,用于设定所述信号转换与数据处理模块的参数。本发明结构简单,实现了完全智能控制,即可通过人机对话、传感器信号、单片机驱动实现自动交替灌溉。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,该交替灌溉阀替代了传统的电磁控制阀,使系统简单,成本降低,工作可靠。
Description
技术领域
本发明属于灌溉技术领域,具体涉及一种根系分区交替灌溉控制器及其灌溉系统。
背景技术
康绍忠等于1996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是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。
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。在专利号为ZL 2004 2 0041661.0的中国专利申请文件中公开了一种果树根区交替滴灌的灌溉系统,其工作原理为支管和与支管连通的管壁上设置有出水口和多路毛管,多路毛管的两端按间距固定设置于牵引件上,牵引件两端设置有平移机构,平移的长度是灌溉管的平移间距,通过平移灌溉管实现交替滴灌,其交替灌溉控制方式为手动控制。上述灌溉系统不适用于大田沟灌作物以及果树和温室蔬菜局部根区灌溉的智能管理与自动控制,在节省人工,节地、节水、节及操作方面也不甚理想,不便于大面积推广应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足,提供一种实现根系分区交替灌溉的控制器及其灌溉系统。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种根系分区交替灌溉控制器,包括:
信号采集模块,设置于作物两侧的灌水沟中,用于采集土壤水分信息;
信号转换与数据处理模块,用于根据接收到的所述信号采集模块采集的信息,控制作物隔沟交替灌溉;
参数设定模块,用于设定所述信号转换与数据处理模块的参数。
优选地,所述信号采集模块为土壤水分传感器;在每行作物两侧均匀布设多个土壤水分传感器,传感器监测相应灌水侧土壤计划湿润层含水率信号。
优选地,所述信号转换与数据处理模块计算所述多个传感器监测值的平均值,与预先设定的灌水上下限比较;当灌水侧土壤含水率达到灌水上限时,发出控制信号,停止供水;当灌水侧土壤含水率达到灌水下限时,发出控制信号,给另一侧供水,当该侧多个传感器监测平均值达到灌水上限时,停止供水,往复工作,控制隔沟交替灌溉。
优选地,所述信号转换与数据处理模块包括单片机,实现智能控制。
优选地,所述参数设定模块为具有人机交互功能的手持式交替灌溉参数设置仪,设定的有关灌溉参数包括作物种类、品种、作物株行距、土壤类型、田间持水率及计划湿润层深度,并将参数以无线传输方式发送至信号转换与数据处理模块。
本发明还提供一种根系分区交替灌溉系统,包括上述的控制器,还包括:电磁阀、输水主管、输水支管和交替灌溉阀;所述电磁阀为总阀门,通过输水管向交替灌溉阀供水;所述信号转换与数据处理模块通过控制电磁阀和交替控制阀,实现隔沟交替灌溉。
优选地,所述灌水支管中制有导槽;导槽中设有多个与灌水沟相对应的交替灌溉阀,每个阀门包括出水口、止水橡皮、复位弹簧、永久磁铁和电磁铁;通过电磁铁的通断电来关闭或打开阀门。
优选地,所述止水橡皮边缘设有密封圈,并通过水压保证阀门关闭时密封可靠。
优选地,所述信号采集模块为土壤水分传感器,在单行作物两侧灌水沟交错放置多个土壤水分传感器,传感器监测灌水一侧含水信息,发送信号至信号转换与数据处理模块,计算监测值的平均值,与预先设定的灌水上下限比较,当该侧土壤含水率达到灌水上限时,信号转换与数据处理模块发出控制信号,关闭电磁阀,停止供水,交替灌溉阀门处电磁铁断电,全部交替灌溉控制阀门打开;传感器继续监测该侧土壤水分信息,当土壤含水率达到设定的灌水下限时,信号转换与数据处理模块发出控制信号,将该侧交替灌溉阀门处电磁铁通电,电磁铁通电后吸附止水橡皮上的永久磁铁,止水橡皮在吸力的作用下沿着导槽关闭该侧阀门;启动供水口电磁阀,给另一侧供水,传感器监测该灌水侧,当该侧传感器监测土壤含水率平均值达到灌水上限时,关闭电磁阀,电磁铁断电,在复位弹簧的作用下止水橡皮复位,出水口在断电情况下,处于常开状态;往复工作,实现隔沟交替灌溉。
(三)有益效果
本发明结构简单,通过采用交替灌溉控制器及其灌溉系统克服了传统灌溉中人工观测田间是否需要灌水,人工换沟或手动操作灌溉设备实现灌溉,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,即可通过人机对话、传感器信号、单片机驱动实现自动交替灌溉。
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,该交替灌溉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
图1为本发明交替灌溉系统的示意图;
图2为交替灌溉纵剖面图;
图3为本发明中的交替灌溉控制阀结构示意图;
图4为本发明的控制流程图;
图5为本发明的控制系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不是限制本发明的范围。
如图1所示,本发明所述的根系分区交替灌溉控制器,包括:信号采集模块10,设置于作物两侧的灌水沟00中,用于采集土壤含水率信息;信号转换与数据处理模块20,用于根据接收到的所述信号采集模块采集的信息,控制作物隔沟交替灌溉;参数设定模块30,用于设定所述信号转换与数据处理模块的参数。
所述信号采集模块为土壤水分传感器;在每行作物两侧均匀布设多个土壤水分传感器,传感器监测灌水侧含水率信号。
如图2所示,所述信号转换与数据处理模块20计算所述多个传感器监测值的平均值,与预先设定的灌水上下限比较;当灌水侧计划湿润层土壤含水率达到灌水上限时,发出控制信号,停止供水;当灌水侧计划湿润层土壤含水率达到灌水下限时,发出控制信号,给另一侧供水,当该侧多个传感器监测平均值达到设定的灌水上限时,停止供水,往复工作,控制隔沟交替灌溉。
所述信号转换与数据处理模块20包括单片机,采用8098微处理器,实现智能控制。
本发明所述的根系分区交替灌溉系统,包括上述的控制器,还包括:电磁阀40、输水主管50和输水支管60;所述电磁阀40为总阀门,通过输水主管50向输水支管60供水;所述信号转换与数据处理模块20通过控制电磁阀40和交替控制阀21,如图5所示,实现隔沟交替灌溉。
如图3所示,输水支管开有导槽7,导槽7中设有多个交替灌溉阀门21与灌水沟00对应,每个阀门包括出水口2、止水橡皮3、复位弹簧4、永久磁铁5和电磁铁6;通过电磁铁6的通断电来关闭或打开阀门。
所述止水橡皮3边缘设有密封圈,保证阀门关闭时密封可靠。
在本发明一实施例中,如图1所示,在单行作物两侧灌水沟00交错放置3个土壤水分传感器10,传感器10监测灌水一侧土壤含水率信息,发送信号至信号转换与数据处理模块20处理器,由程序计算3个监测值的平均值,与预先设定的灌水上下限比较,当土壤含水率达到灌水上限时,单片机发出控制信号,关闭总电磁阀40,停止供水,交替灌溉阀门21处电磁铁6断电,全部交替灌溉控制阀门打开;传感器10继续监测该侧土壤含水率信息,当土壤含水率达到灌水下限时,单片机发出控制信号,将该侧交替灌溉阀门处电磁铁6通电,电磁铁6通电后吸附止水橡皮3上的永久磁铁5,止水橡皮3在吸力的作用下沿着导槽7关闭该侧阀门,62表示阀门关闭;启动供水口总电磁阀40,给另一侧供水,传感器10监测该灌水侧土壤含水率,当该侧3个传感器监测土壤含水率平均值达到灌水上限时,关闭总电磁阀40,电磁铁6断电,在复位弹簧4的作用下止水橡皮3复位,出水口2在断电情况下,处于常开状态,61表示阀门打开。往复工作,实现交替灌溉。流程图如图4所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种根系分区交替灌溉控制器,其特征在于,包括:
信号采集模块,设置于作物两侧的灌水沟中,用于采集土壤水分信息;
信号转换与数据处理模块,用于根据接收到的所述信号采集模块采集的信息,控制作物隔沟交替灌溉;
参数设定模块,用于设定所述信号转换与数据处理模块的参数。
2.如权利要求1所述的根系分区交替灌溉控制器,其特征在于,
所述信号采集模块为土壤水分传感器;在每行作物两侧均匀布设多个土壤水分传感器,传感器监测相应灌水侧土壤水分信息。
3.如权利要求2所述的根系分区交替灌溉控制器,其特征在于,所述信号转换与数据处理模块计算所述多个传感器监测值的平均值,与预先设定的灌水上下限比较;当灌水侧土壤含水率达到灌水上限时,发出控制信号,停止供水;当灌水侧土壤含水率达到灌水下限时,发出控制信号,给另一侧供水,当该侧多个传感器监测平均值达到灌水上限时,停止供水,往复工作,控制隔沟交替灌溉。
4.如权利要求1所述的根系分区交替灌溉控制器,其特征在于,所述信号转换与数据处理模块包括单片机,实现智能控制。
5.如权利要求1所述的根系分区交替灌溉控制器,其特征在于,所述参数设定模块为具有人机交互功能的手持式交替灌溉参数设置仪,设定有关灌溉参数包括作物种类、品种、作物株行距、土壤类型、田间持水率及计划湿润层深度,并将参数以无线传输方式发送至信号转换与数据处理模块。
6.一种根系分区交替灌溉系统,其特征在于,包括如权利要求1-6中任意一项所述的控制器,还包括:电磁阀、输水管和交替灌溉阀;所述电磁阀为总阀门,通过输水管向交替灌溉阀供水;所述信号转换与数据处理模块通过控制电磁阀和交替控制阀,实现隔沟交替灌溉。
7.如权利要求6所述的根系分区交替灌溉系统,其特征在于,输水支管中制有导槽;导槽中设有多个与灌水沟对应的交替灌溉阀门,每个阀门包括出水口、止水橡皮、复位弹簧、永久磁铁和电磁铁;通过电磁铁的通断电来实现阀门的关闭或打开。
8.如权利要求7所述的根系分区交替灌溉系统,其特征在于,所述止水橡皮边缘设有密封圈,并利用水压保证阀门关闭时密封可靠。
9.如权利要求7所述的根系分区交替灌溉系统,其特征在于,所述信号采集模块为土壤水分传感器,在单行作物两侧灌水沟交错放置多个土壤水分传感器,传感器监测灌水一侧土壤含水率信息,发送信号至信号转换与数据处理模块,计算多个监测值的平均值,与预先设定的灌水上下限比较,当土壤含水率达到灌水上限时,信号转换与数据处理模块发出控制信号,关闭电磁阀,停止供水,交替灌溉阀门处电磁铁断电,全部交替灌溉控制阀门打开;在两次灌水间隙,传感器继续监测该侧土壤水分信息,当土壤含水率达到设定的灌水下限时,信号转换与数据处理模块发出控制信号,将该侧交替灌溉阀门处电磁铁通电,电磁铁通电后吸附止水橡皮上的永久磁铁,止水橡皮在吸力的作用下沿着导槽关闭该侧阀门;启动供水口电磁阀,给另一侧供水,此后,传感器监测该灌水侧土壤水分信息,当该侧传感器监测平均值达到设定的灌水上限时,关闭电磁阀,电磁铁断电,在复位弹簧的作用下止水橡皮复位,出水口在断电情况下,处于常开状态;往复工作,实现隔沟交替灌溉。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120711 |