CN104885879B - 一种灌溉系统及灌溉方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灌溉系统及灌溉方法,该系统包括灌溉装置、监控装置;灌溉装置包括通过主管道连接的种植箱,主管道通过支管道连接灌溉管组,主管道上安装主控阀,主控阀与监控装置连接;监控装置包括PLC控制器、人机交互显示屏及采集器;该方法为:设定标准灌溉参数;采集器监测土壤的温湿度数据,并将数据传输至PLC控制器;PLC控制器将数据处理后与标准灌溉参数对比,计算出土壤所需水量;PLC控制器开启主控阀为土壤供水。本发明不仅可以实现定时定点浇灌,而且通过采集器采集农作物参数,精确控制植物不同时期所需要的水肥,不会出现“过灌”或“欠灌”,使水资源得到充分的利用,根据植物生长状态提供水肥,保证了植物健康生长。

Description

一种灌溉系统及灌溉方法

技术领域

[0001] 本发明涉及农业灌溉技术领域,具体而言,涉及一种灌溉系统及灌溉方法。

背景技术

[0002] 作为世界上最大的肥料生产国和消费国,中国农业的化肥利用率处于较低水平, 同时,中国也是农业水资源利用率偏低的国家,利用率只有发达国家的1/2。此外,中国还是 一个干旱缺水严重的国家,扣除难以利用的洪水和散布在偏远地区的地下水资源后,中国 现实可利用的淡水资源量则更少,而且我国农田有效灌溉面积居世界首位,随着水资源短 缺形势的日趋严峻和我国农业灌溉用水利用率低下问题的凸显,国家倡导的水肥一体化灌 溉施肥技术和灌溉自动控制技术得到了广泛的应用,并成为国家农业发展战略。

[0003] 目前,我国农业灌溉大多通过水管输送水分并采用地表喷灌的形式,这种灌溉形 式是最浪费水资源的,水分蒸发流失较大,植物对于水分的利用率较低,此外,针对土壤浇 灌的方法,只是停留在定时定点自动浇灌,而对于天气的阴晴冷暖对土壤的干湿程度确没 能考虑,无法精确控制不同植物所需的水分,所以往往导致“过灌”或“欠灌”的情况出现,影 响作物生长,造成水源的浪费。

[0004] 因此,为克服上述存在的缺陷,响应国家大力推广水肥一体化灌溉施肥技术的号 召,满足植物的水肥需求,人们急需一种能够自动实现水肥一体化灌溉的灌溉系统及灌溉 方法。

发明内容

[0005]为解决现有的土壤浇灌方法,只是停留在定时定点自动浇灌,而对于天气的阴晴 冷暖对土壤的干湿程度确没能考虑,无法精确控制不同植物所需的水分,所以往往导致“过 灌”或“欠灌”的情况出现,影响作物生长,造成水源的浪费等问题,本发明的目的在于提供 一种灌溉系统及灌溉方法。

[0006]为达到上述目的,本发明实施例中提供了一种灌溉系统,包括灌溉装置、与灌溉装 置连接的监控装置;

[0007]其中,灌溉装置包括通过主管道依次连接的多个种植箱,种植箱内的主管道通过 支管道连接预埋在种植箱内部的灌溉管组,主管道上安装主控阀,主控阀与监控装置连接;

[0005] 监控装置包括PLC控制器、人机交互显示屏及用于采集种植箱内农作物参数的采 集器,人机交互显示屏和采集器均与PLC控制器连接。 夕

[0009]进一步的,灌溉管组包括预埋在种植箱内且并联连接的L型管和至少一个棒诱管 组,渗透管组位于L型管下方, 少

[0010]其中,L型管的一端连接支管道,另一端由种植箱内伸出,L型管上均勾开有出水 孔;

[0011] 渗透管组包括至少一个渗透管。

[0012] 进一步的,渗透管包括输水管和套接在输水管外侧的渗水管,渗水管的两端与输 水管的两端密封连接,输水管侧壁上均匀开有喷水孔,渗水管侧壁上均勾开有与喷水孔配 合使用的渗水孔,渗水管与输水管之间形成渗水空间。 ' '

[0013]进一步的,支管道上设有电磁阀,电磁阀与PLC控制器连接。

[00M]进一步的,采集器为用于检测种植箱内土壤温度和湿度的温湿度传感器,温湿度 传感器安装在种植箱内。

[0015]进一步的,主管道上连接有水栗和储料箱,储料箱与主管道之间连接进料阀,进料 阀与PLC控制器连接。

[0016]进一步的,种植箱底部设有可拆卸的底板。

[0017]本发明实施例中还提供了 一种应用所述灌溉装置的灌溉方法,该方法包括以下步 骤:

[0018] S101、通过人机交互显示屏设定农作物所需温湿度的标准灌溉参数,并将标准灌 溉参数传输至PLC控制器储存,同时PLC控制器向采集器发出监测土壤参数的请求;

[0019] S102、采集器接收指令并监测土壤的温湿度数据,同时将数据传输至pLC控制器;

[0020] S103、PLC控制器接收数据,并将数据处理后与标准灌溉参数对比,同时计算出被 监测土壤所需水量;

[0021] S104、PLC控制器通过开启主控阀和电磁阀为土壤供水。

[0022]进一步的,步骤S103中,所述PLC控制器将数据处理后与标准灌溉参数对比方法 为:当土壤中含水率达到标准灌溉参数时,发出控制信号,停止灌水;当土壤中含水率低于 标准灌溉参数时,计算出所需水量,发出控制信号并进行供水。

[0023]本发明的有益效果为:本发明提供的灌溉装置和灌溉方法不仅可以实现定时定点 自动浇灌,而且可以通过采集器采集种植箱内农作物参数,精确控制不同植物在不同时期 所需要的水肥,不会导致“过灌”或“欠灌”的情况出现,节约水分和肥料,使浇灌在农作物土 壤中的水肥得到了充分的利用,真正做到了水肥一体化设计,根据植物生长状态提供充足 的水肥,保证了植物健康生长。

附图说明

[0024]图1为本发明实施例所述的一种灌溉系统的结构示意图;

[0025] 图2为本发明实施例所述的一种灌溉系统的种植箱的结构示意图;

[0026] 图3为本发明实施例所述的一种灌溉系统的渗透管的结构示意图。

[0027]图中,

[0028] 1、主管道;2、种植箱;3、支管道;4、灌溉管组;5、主控阀;6、PLC控制器;7、人机交互 显示屏;8、采集器;9、L型管;10、渗透管组;11、输水管;12、渗水管;13、喷水孔;14、渗水孔; 15、渗水空间;16、电磁阀;17、底板;18、水泵;19、储料箱;20、进料阀。

具体实施方式

[0029] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

[0030]实施例1,如图1所示,本发明实施例所述的一种灌溉系统,包括灌溉装置、与灌溉 装置连接的监控装置;

[0031] 其中,灌溉装置包括通过主管道1依次连接的多个种植箱2,种植箱内的主管道通 迓叉g追J进按T贝埋在种植_内部的灌溉管组4,主管道上安装主控阀5,主控阀与监控装置 连接;

[0032]监控装置包括PLC控制器6、人机交互显示屏7及用于采集种植箱内农作物参数的 采集器8,人机交互显示屏和采集器均与PLC控制器连接。

[0033]该灌溉系统结构简单,可通过监控装置的采集器检测土壤的温湿度和肥力,采集 器将检测数据传输给PLC控制器,PLC控制器接收检测数据并与其中的标准数据对比判定土 壤在不同时期所需水量和肥料,然后由PLC控制器发出指令控制主控阀实现定时定点自动 浇灌,不会导致“过灌”或“欠灌”的情况出现,节约水分和肥料。

[0034]此外,本灌溉系统还提供了用于种植的种植箱,植物可以在该种植箱内种植,箱体 的设计,可以保存水分和肥料,不会使水肥流失或大量水分蒸发,灌溉管组预埋在种植箱底 部的土壤中,实现土壤的渗透灌溉,与现有的地表灌溉相比,减少了水分蒸发,充分利用水 分和肥料。

[0035]主控阀的开启通过PLC控制器控制,主控阀可以为电磁阀。

[0036] PLC苎制器用于数据接收、数据处理、操作指令发射等,实现了对土壤温湿度的精 确监控;人机交互显示屏可用于设定植物种类、植物所需水分的上下限值等标准参数,当检 测土壤的数据低于或高于该参数时,PLC控制器实现供水或停止供水的操作;采集器用于采 集种植箱内土壤的温湿度等参数,并将参数实时传输至PLC控制器,该采集器可以为温度传 感器、湿度传感器或温湿度传感器。

[0037] 为提高本发明的实用性,本技术方案中,优选的,种植箱侧壁顶部设置可伸缩的地 膜,地膜的可伸缩结构类似于卷帘式隐形纱窗结构,可被伸出作为保护膜,也可以自动回 缩,收缩自如,地膜用于保持地温,防止种植箱内的土壤水分蒸发,隔绝地下病虫害。

[0038] 如图2所示,本技术方案中,进一步对所述灌溉管组做进一步的限定,灌溉管组包 括预埋在种植箱内且并联连接的L型管9和至少一个渗透管组1〇,渗透管组位于L型管下方, [0039]其中,L型管的一端连接支管道,另一端由种植箱内伸出,L型管上均匀开有出水 孔;

[0040] 渗透管组包括至少一个渗透管。

[0041] L型管有两个作用,第一个作用是用于为种植箱内的植物实现地表灌溉,用于为植 物的枝叶提供水肥,另外一个作用是L型管可作为植物攀爬的支架。此外,优选的,L型管由 种植箱中部伸出,这样可以使为种植箱内的植物全面灌溉,提高了灌溉效率。

[0042]需要说明的是,该L型管顶部还可以设计为“伞“状结构,伞状结构上均设有出水 孔,该结构可以更全面的为植物枝叶提供水肥,只要可以实现为植物枝叶提供地表灌溉即 可,本发明不局限于限定为L型管。

[0043] 渗透管组可以有多个,渗透管组越多,土壤灌溉效率越高,同时土壤灌溉不会留有 死角,全部灌溉彻底,提高了水分利用率。

[0044] 每个渗透管组包括至少一个渗透管,若含有多个渗透管时,渗水管之间并联连接, 多个渗透管可以并联连接有多种形状,水肥通过渗透管浸透到土壤内,提高土壤中水肥。 [0045]如图3所示,本技术方案中,进一步所述的渗透管包括输水管11和套接在输水管外 侧的渗水管12,渗水管的两端与输水管的两端密封连接,输水管侧壁上均匀开有喷水孔13, 渗水管侧壁上均匀开有与喷水孔配合使用的渗水孔14,渗水管与输水管之间形成渗水空间 15〇

[0046] 该渗透管用于埋设于地下,并对地下土壤渗透灌溉,从而使土壤中的农作物根部 直接吸收水肥,防止了水分蒸发,提高了水肥利用率,套接在一起的输水管和渗水管结构简 单,输水管与水泵连接,用于输送灌溉水,喷水孔用于将输水管内的水喷至渗水空间内,渗 水孔用于将渗水空间内的水肥渗透至土壤中,防止了输水管与土壤直接接触,以防被土壤 中的泥沙堵塞,延长了水管的使用寿命,提高了灌溉效率,有效利用水资源。

[0047] 本技术方案中,进一步所述的支管道上设有电磁阀I6,电磁阀与PLC控制器连接。 电磁阀用于控制每个种植箱内支管内是否供水,在具体使用时,种植箱内不同植物需要的 水肥不同,可以根据不同的植物选择是否可以起供水。

[0048]本技术方案中,对采集器做进一步的限定,采集器为用于检测种植箱内土壤温度 和湿度的温湿度传感器,温湿度传感器安装在种植箱内。通过温湿度传感器可进行检测土 壤中的水分,并将含水量的数据传输至PLC控制器,精确控制种植箱内的土壤含水量。

[0049] 本技术方案中,进一步限定了所述主管道上连接有水泵18和储料箱19,储料箱与 主管道之间连接进料阀2〇,进料阀与PLC控制器连接。通过水栗可以控制主管道通水情况, 此外,储料箱用于储存肥料,通过进料阀的开启,控制给肥的量,进料阀与PLC控制器连接。

[0050] 本技术方案中,进一步所述的种植箱底部设有可拆卸的底板17。底部可拆卸的结 构设计,可以用来更换种植箱内的土壤,长时间使用土壤需要通过更换后提高土壤肥力。

[0051] 实施例2,结合实施例1,本发明实施例2中还提供了一种应用所述灌溉装置的灌溉 方法,该方法包括以下步骤:

[0052] S101、通过人机交互显示屏设定农作物所需温湿度的标准灌溉参数,并将标准灌 溉参数传输至PLC控制器储存,同时PLC控制器向采集器发出监测土壤参数的请求;

[0053] S102、采集器接收指令并监测土壤的温湿度数据,同时将数据传输至PLC控制器;

[0054] S103、PLC控制器接收数据,并将数据处理后与标准灌溉参数对比,同时计算出被 监测土壤所需水量;

[0055] S104、PLC控制器通过开启主控阀和电磁阀为土壤供水。

[0056]该方法中,通过人机交互显示屏设定植物种类、植物所需的温度上下限值、植物所 需的水分上下限值、土壤肥力上下限值,并将标准参数保存在PLC控制器内;由无线监测终 端的采集器对种植箱内的土壤进行周期性的监测,快速、准确地检测出土壤的容积含水量, 并计算出土壤水分的数值,同时,相关的传感器也可以对土壤养分进行检测,得出氮、鱗、有 机质和酸碱度、盐量以及腐殖酸的含量。PLC控制器可以根据需要灵活设定参数的采样周期 和存储周期,并进行计算,根据土壤成分,农作物不同,利用人机交互显示屏设定的标准参 数进行对比,设置最佳节水灌溉方式。

[0057] PLC控制器可实时同步检测多个种植箱内的土壤参数数值,进行数据处理,提供不 同植物在各种土壤生长的最佳参数数据,并根据判定后,进行节水灌溉。

[0058]需要进一步阐述的是,步骤S103中,所述PLC控制器将数据处理后与标准灌概参数 对比方法为:当土壤中含水率达到标准灌溉参数时,发出控制信号,停止灌水;当土壤中含 水率低于标准灌溉参数时,计算出所需水量,发出控制信号并进行供水。

[0059]以上所述仅为本发明的优选实施例而己,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 (7)

1.一种灌溉系统,其特征在于,包括灌溉装置、与灌溉装置连接的监控装置; 其中,灌溉装置包括通过主管道(1)依次连接的多个种植箱(2),种植箱侧壁顶部设置 可伸缩的地膜,种植箱内的主管道通过支管道(3)连接预埋在种植箱内部的灌挪管相(4) 主管道上安装主控阀(5),主控阀与监控装置连接; 」催“ B』, Ji控装置包括PLCfe制器(6)、人机交互显不屏(7)及用于采集种植箱内农作物参数的 采集器(8),人机交互显示屏和采集器均与PLC控制器连接;支管道上设有电磁阀(16f电磁 阀与PLC控制器连接; ’ 灌溉管组包括预埋在种植箱内且并联连接的L型管(g)和至少一个渗透管组(1〇)渗透 管组位于L型管下方, / / ’〆 其中,L型管的一端连接支管道,另一端由种植箱内伸出,L型管上均匀开有出水孔; 渗透管组包括至少一个渗透管。 ’
2.根据权利要求1所述的灌溉系统,其特征在于,渗透管包括输水管(1丨)和套接在输水 管外侧的渗水管(12),渗水管的两端与输水管的两端密封连接,输水管侧壁上均匀开有喷 水孔(13),渗水管侧壁上均匀开有与喷水孔配合使用的渗水孔(14),渗水管与输水管之间 形成渗水空间(15)。
3. 根据权利要求1所述的灌溉系统,其特征在于,采集器为用于检测种植箱内土壤温度 和湿度的温湿度传感器,温湿度传感器安装在种植箱内。
4. 根据权利要求1所述的灌溉系统,其特征在于,主管道上连接有水杲(18)和储料箱 (19),储料箱与主管道之间连接进料阀(20),进料阀与PLC控制器连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的灌溉系统,其特征在于,种植箱底部设有可拆卸的底 板(17)。
6.—种应用权利要求1所述灌溉系统的灌溉方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 5101、 通过人机交互显示屏设定农作物所需温湿度的标准灌溉参数,并将标准灌溉参 数传输至PLC控制器储存,同时PLC控制器向采集器发出监测土壤参数的请求; 5102、 采集器接收指令并监测土壤的温湿度数据,同时将数据传输至PLC控制器; 5103、 PLC控制器接收数据,并将数据处理后与标准灌溉参数对比,同时计算出被监测 土壤所需水量; 5104、 PLC控制器通过开启主控阀和电磁阀为土壤供水。
7.根据权利要求6所述的灌溉方法,其特征在于,步骤S103中,PLC控制器将数据处理后 与标准灌溉参数对比方法为:当土壤中含水率达到标准灌溉参数时,发出控制信号,停止灌 水;当土壤中含水率低于标准灌溉参数时,计算出所需水量,发出控制信号并进行供水。
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