CN103798103A - 一种滴灌系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滴灌系统，包括储水罐，储水罐还设置有第一水管和第二水管，第一水管和第二水管之间设置有若干个支管，每个支管上设置有一个滴灌头，滴灌头的两侧设置有紊流段，紊流段与滴灌头之间设置有电磁阀，第一水管和第二水管上分别设置有一个流量计；所述滴管系统还包括第一湿度传感器、第二湿度传感器、第三湿度传感器以及温度传感器、气压传感器和控制器。上述系统的控制方法为：根据不同作物的生长需求，在控制器中存入初始滴灌方案，然后根据湿度传感器、温度传感器和气压传感器的检测值对初始滴灌方案进行修正。本发明实现了滴灌管路的自清洁，保持滴灌管路长期使用的通畅，并且提高了滴灌控制的精确性。

Description

一种滴灌系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及节水滴灌技术领域，尤其是一种滴灌系统及其控制方法。

背景技术

滴灌是利用微小的水流流过毛细孔洞进行局部灌溉的手段，具有优越的节水特点，水利用率可达95%以上。但是，由于滴灌供的毛细孔洞直径较小，很容易产生堵塞。现有技术中为了解决这个问题，通常采用在水源处设置过滤设备，并使用带有脉冲发生器的滴灌管来减少堵塞情况的发生。这种方式虽然可以减少固体杂质的沉淀积累，但是大部分汇集于滴灌出口处的杂质还是无法排除，所以在长期使用后，随着杂质的累积，仍会发生堵塞情况。另外，现有滴管系统对作物灌溉的控制灵活性差，使得滴灌水量常常处于过多或过少的状况下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种滴灌系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，实现了滴灌管路的自清洁，保持滴灌管路长期使用的通畅，并且提高了滴灌控制的精确性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种滴灌系统，包括储水罐，储水罐通过过滤器连接有补水管，储水罐内设置有过滤盘，储水罐还设置有第一水管和第二水管，第一水管上设置有第一水泵，第二水管上设置有第二水泵，第一水泵和第二水泵连接有变频器，第一水管和第二水管之间设置有若干个支管，每个支管上设置有一个滴灌头，滴灌头的两侧设置有紊流段，紊流段与滴灌头之间设置有电磁阀，第一水管和第二水管上分别设置有一个流量计；所述滴管系统还包括设置在滴灌头下方土壤里的第一湿度传感器、设置在相邻两个滴灌头中间位置土壤里的第二湿度传感器、设置在第一湿度传感器和第二湿度传感器下方的第三湿度传感器以及设置在土壤上方的温度传感器和气压传感器，第一湿度传感器、第二湿度传感器、第三湿度传感器、温度传感器和气压传感器分别连接至控制器的输入端，控制器的输出端分别连接至变频器和电磁阀。

作为本发明的一种优选技术方案，所述过滤盘内设置有毛细空囊，所述第一水管和第二水管分别设置在过滤盘的两侧。

作为本发明的一种优选技术方案，所述紊流段由支管端到滴灌头端管径逐渐变小，紊流段内交叉设置有弧形扰流板，弧形扰流板的凸面朝向滴灌头。

作为本发明的一种优选技术方案，所述滴灌头内设置有环形管路，环形管路上均匀设置有梯形出水口，梯形出水口的顶端内径小于底端内径。

一种用于上述滴灌系统的控制方法，其步骤包括：

A、根据不同作物的生长需求，在控制器中存入初始滴灌方案，初始滴灌方案包括滴灌次数N、滴灌间隔G、单次滴灌流量F_i以及第一标准湿度H_1标、第二标准湿度H_2标、第三标准湿度H_3标和标准温度T_标；

B、控制器接收第一湿度传感器的H₁信号、第二湿度传感器的H₂信号、第三湿度传感器的H₃信号、温度传感器的T信号和气压传感器的P信号，对滴灌次数N、滴灌间隔G、单次滴灌流量F_i按照以下方式进行修正，

当H_3标＞H₃，且H_3标-H₃＞20%时，N自动加一，当H_3标＜H₃，且H₃-H_{3 标}＞20%时，N自动减一，

当H₂＞H_2标，H₁＞H_1标，且H₂-H₁＞50%时，滴灌间隔G增加10%，当H₂＜H_2标，H₁＜H_1标，且H₁-H₂＞50%时，滴灌间隔G减小10%，当T＞T_标，且T的变化值ΔT＞0，滴灌间隔G增加10%，且滴灌间隔G最多增加50%，当T＜T_标，且T的变化值ΔT＜0，滴灌间隔G减小10%，且滴灌间隔G最多减少50%，当P的变化值ΔP＜0，且|ΔP/P|＞5%，滴灌间隔G减小5%，且滴灌间隔G最多减少20%，当P的变化值ΔP＞0，且|ΔP/P|＞5%，滴灌间隔G增加5%，且滴灌间隔G最多增加20%，

单次滴灌流量的修订值F_i’=F_i×（H_1标+H_3标）/(H₁+H₃)。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：第一水管和第二水管在使用时一进一出，使滴灌用水形成一个循环。相比起现有的单向滴灌管的设计，这种循环式的滴灌系统可以减小近端与远端的出水压力差，使得整个滴管系统的滴管压力更均衡。在使用过程中，弧形扰流板在形成紊流的同时，还可以在局部形成环流，提高对沉淀的冲刷作用。紊流段由支管端到滴灌头端管径逐渐变小，在进水端水流流过的内径逐渐变小，无法排出的杂质逐渐积攒在紊流段内，当流量计检测到流量下降到下限值时，控制器通过变频器使第一水泵和第二水泵换向，原来积攒在紊流段内的杂质被反向流过的回流水流带出紊流段，最终流入储水罐，储水罐中的过滤盘内设置有毛细空囊，相比起现有的过滤器，毛细空囊可以减少水流流过的压力损失，使水流更容易流过过滤盘。毛细空囊用来截留水中的杂质。滴灌头内的环形管路上均匀设置有梯形出水口，可以避免杂质卡在梯形出水口，能流出的杂质通过梯形出水口流出，无法流出的杂质由于梯形出水口的阻挡，无法进入，滞留在紊流段内等待回流水流将其带出。在不使用滴管系统时，关闭电磁阀，滴灌头被封闭起来，由于液体的表面张力，滴灌头内的水不会流出，使滴灌头内形成局部液封，防止外界的灰尘进入滴管系统造成堵塞。

通过对不同位置土壤湿度和外界温度和气压的测量，对滴灌控制策略进行修正优化，可以对未来的滴灌需求进行预测，提高滴管系统对滴灌的控制精度。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式中的硬件结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中紊流段的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中滴灌头的结构图。

图中：1、储水罐；2、过滤器；3、补水管；4、第一水管；5、第二水管；6、第一水泵；7、第二水泵；8、支管；9、滴灌头；10、紊流段；11、电磁阀；12、流量计；13、第一湿度传感器；14、第二湿度传感器；15、第三湿度传感器；16、温度传感器；17、气压传感器；18、控制器；19、变频器；20、过滤盘；21、毛细空囊；22、弧形扰流板；23、环形管路；24、梯形出水口。

具体实施方式

参看附图，一种滴灌系统，包括储水罐1，储水罐1通过过滤器2连接有补水管3，储水罐1内设置有过滤盘20，储水罐1还设置有第一水管4和第二水管5，第一水管4上设置有第一水泵6，第二水管5上设置有第二水泵7，第一水泵6和第二水泵7连接有变频器19，第一水管4和第二水管5之间设置有若干个支管8，每个支管8上设置有一个滴灌头9，滴灌头9的两侧设置有紊流段10，紊流段10与滴灌头9之间设置有电磁阀11，第一水管4和第二水管5上分别设置有一个流量计12；所述滴管系统还包括设置在滴灌头9下方土壤里的第一湿度传感器13、设置在相邻两个滴灌头9中间位置土壤里的第二湿度传感器14、设置在第一湿度传感器13和第二湿度传感器14下方的第三湿度传感器15以及设置在土壤上方的温度传感器16和气压传感器17，第一湿度传感器13、第二湿度传感器14、第三湿度传感器15、温度传感器16和气压传感器17分别连接至控制器18的输入端，控制器18的输出端分别连接至变频器19和电磁阀11所述过滤盘20内设置有毛细空囊21，所述第一水管4和第二水管5分别设置在过滤盘20的两侧。所述紊流段10由支管端到滴灌头端管径逐渐变小，紊流段10内交叉设置有弧形扰流板22，弧形扰流板22的凸面朝向滴灌头9。所述滴灌头9内设置有环形管路23，环形管路23上均匀设置有梯形出水口24，梯形出水口24的顶端内径小于底端内径。

其中，控制器18采用西门子公司的S7-200系列可编程控制器。

用于上述滴灌系统的控制方法步骤如下：

A、根据不同作物的生长需求，在控制器18中存入初始滴灌方案，初始滴灌方案包括滴灌次数N、滴灌间隔G、单次滴灌流量F_i以及第一标准湿度H_1标、第二标准湿度H_2标、第三标准湿度H_3标和标准温度T_标；

B、控制器18接收第一湿度传感器13的H₁信号、第二湿度传感器14的H₂信号、第三湿度传感器15的H₃信号、温度传感器16的T信号和气压传感器17的P信号，对滴灌次数N、滴灌间隔G、单次滴灌流量F_i按照以下方式进行修正，

当H_3标＞H₃，且H_3标-H₃＞20%时，N自动加一，当H_3标＜H₃，且H₃-H_{3 标}＞20%时，N自动减一，

当H₂＞H_2标，H₁＞H_1标，且H₂-H₁＞50%时，滴灌间隔G增加10%，当H₂＜H_2标，H₁＜H_1标，且H₁-H₂＞50%时，滴灌间隔G减小10%，当T＞T_标，且T的变化值ΔT＞0，滴灌间隔G增加10%，且滴灌间隔G最多增加50%，当T＜T_标，且T的变化值ΔT＜0，滴灌间隔G减小10%，且滴灌间隔G最多减少50%，当P的变化值ΔP＜0，且|ΔP/P|＞5%，滴灌间隔G减小5%，且滴灌间隔G最多减少20%，当P的变化值ΔP＞0，且|ΔP/P|＞5%，滴灌间隔G增加5%，且滴灌间隔G最多增加20%，

单次滴灌流量的修订值F_i’=F_i×（H_1标+H_3标）/(H₁+H₃)。

以种植番茄为例，以一周为一个控制循环设定滴灌方案。以下的份数均以mg/L为单位。

第一次滴灌：在储水罐1中加入硫酸镁25份、尿素30份、氯化钾50份、硝酸锰15份、氯化钙40份、胱氨酸15份、硼酸5份。单个滴管头的滴灌流量控制在250mL-300mL。

第二次滴灌：距离第一次滴灌2天。在储水罐1中加入磷酸二氢钠30份、硫酸锌15份、钼酸钾10份、烟酸10份、硫酸镁20份。单个滴管头的滴灌流量控制在250mL-300mL。

第三次滴灌：距离第二次滴灌1天。在储水罐1中加入氯化钙30份、尿素20份、谷氨酸10份、硫酸钾25份、氯化铁40份、多聚谷氨酸10份。单个滴管头的滴灌流量控制在500mL-600mL。

如果增加滴灌次数，增加的滴灌配料方案采用上一次滴灌的配料方案。

使用上述滴灌控制方案，可以提高滴管系统对番茄水分和营养需求的精确控制，节约用水和用肥，对比数据见下表：

	用水费用（元/亩）	用肥费用（元/亩）	亩产（kg）
				传统浇灌	6500	14000	4000
传统滴灌	325	2500	4500
				本发明滴灌	300	1500	6500

参看附图，本发明的工作原理在于：第一水管4和第二水管5在使用时一进一出，使滴灌用水形成一个循环。相比起现有的单向滴灌管的设计，这种循环式的滴灌系统可以减小近端与远端的出水压力差，使得整个滴管系统的滴管压力更均衡。在使用过程中，弧形扰流板22在形成紊流的同时，还可以在局部形成环流，提高对沉淀的冲刷作用。紊流段10由支管端到滴灌头端管径逐渐变小，在进水端水流流过的内径逐渐变小，无法排出的杂质逐渐积攒在紊流段10内，当流量计12检测到流量下降到下限值时，控制器18通过变频器19使第一水泵6和第二水泵7换向，原来积攒在紊流段10内的杂质被反向流过的回流水流带出紊流段10，最终流入储水罐1，储水罐中1的过滤盘20内设置有毛细空囊21，相比起现有的过滤器，毛细空囊21可以减少水流流过的压力损失，使水流更容易流过过滤盘20。毛细空囊21用来截留水中的杂质。滴灌头9内的环形管路23上均匀设置有梯形出水口24，可以避免杂质卡在梯形出水口24，能流出的杂质通过梯形出水口24流出，无法流出的杂质由于梯形出水口24的阻挡，无法进入，滞留在紊流段10内等待回流水流将其带出。在不使用滴管系统时，关闭电磁阀11，滴灌头9被封闭起来，由于液体的表面张力，滴灌头9内的水不会流出，使滴灌头9内形成局部液封，防止外界的灰尘进入滴管系统造成堵塞。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (5)

1.一种滴灌系统，其特征在于：包括储水罐（1），储水罐（1）通过过滤器（2）连接有补水管（3），储水罐（1）内设置有过滤盘（20），储水罐（1）还设置有第一水管（4）和第二水管（5），第一水管（4）上设置有第一水泵（6），第二水管（5）上设置有第二水泵（7），第一水泵（6）和第二水泵（7）连接有变频器（19），第一水管（4）和第二水管（5）之间设置有若干个支管（8），每个支管（8）上设置有一个滴灌头（9），滴灌头（9）的两侧设置有紊流段（10），紊流段（10）与滴灌头（9）之间设置有电磁阀（11），第一水管（4）和第二水管（5）上分别设置有一个流量计（12）；所述滴管系统还包括设置在滴灌头（9）下方土壤里的第一湿度传感器（13）、设置在相邻两个滴灌头（9）中间位置土壤里的第二湿度传感器（14）、设置在第一湿度传感器（13）和第二湿度传感器（14）下方的第三湿度传感器（15）以及设置在土壤上方的温度传感器（16）和气压传感器（17），第一湿度传感器（13）、第二湿度传感器（14）、第三湿度传感器（15）、温度传感器（16）和气压传感器（17）分别连接至控制器（18）的输入端，控制器（18）的输出端分别连接至变频器（19）和电磁阀（11）。

2.根据权利要求1所述的滴灌系统，其特征在于：所述过滤盘（20）内设置有毛细空囊（21），所述第一水管（4）和第二水管（5）分别设置在过滤盘（20）的两侧。

3.根据权利要求1所述的滴灌系统，其特征在于：所述紊流段（10）由支管端到滴灌头端管径逐渐变小，紊流段（10）内交叉设置有弧形扰流板（22），弧形扰流板（22）的凸面朝向滴灌头（9）。

4.根据权利要求1所述的滴灌系统，其特征在于：所述滴灌头（9）内设置有环形管路（23），环形管路（23）上均匀设置有梯形出水口（24），梯形出水口（24）的顶端内径小于底端内径。

5.用于权利要求1-4中任意一项所述滴灌系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、根据不同作物的生长需求，在控制器（18）中存入初始滴灌方案，初始滴灌方案包括滴灌次数N、滴灌间隔G、单次滴灌流量F_i以及第一标准湿度H_1标、第二标准湿度H_2标、第三标准湿度H_3标和标准温度T_标；

B、控制器（18）接收第一湿度传感器（13）的H₁信号、第二湿度传感器（14）的H₂信号、第三湿度传感器（15）的H₃信号、温度传感器（16）的T信号和气压传感器（17）的P信号，对滴灌次数N、滴灌间隔G、单次滴灌流量F_i按照以下方式进行修正，

当H_3标＞H₃，且H_3标-H₃＞20%时，N自动加一，当H_3标＜H₃，且H₃-H_{3 标}＞20%时，N自动减一，

当H₂＞H_2标，H₁＞H_1标，且H₂-H₁＞50%时，滴灌间隔G增加10%，当H₂＜H_2标，H₁＜H_1标，且H₁-H₂＞50%时，滴灌间隔G减小10%，当T＞T_标，且T的变化值ΔT＞0，滴灌间隔G增加10%，且滴灌间隔G最多增加50%，当T＜T_标，且T的变化值ΔT＜0，滴灌间隔G减小10%，且滴灌间隔G最多减少50%，当P的变化值ΔP＜0，且|ΔP/P|＞5%，滴灌间隔G减小5%，且滴灌间隔G最多减少20%，当P的变化值ΔP＞0，且|ΔP/P|＞5%，滴灌间隔G增加5%，且滴灌间隔G最多增加20%，

单次滴灌流量的修订值F_i’=F_i×（H_1标+H_3标）/(H₁+H₃)。

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