CN105052692B - 水稻叶片温差控制灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水稻叶片温差控制灌溉系统，涉及农田灌溉技术领域。包括灌溉控制系统、无线温湿度测量传输系统和上位机，所述无线温湿度测量传输系统布置于稻田内，用于采集大气环境的温度和湿度以及叶片的温度，并将采集的数据通过无线网络传输到上位机；上位机用于对无线温湿度测量传输系统采集的数据进行处理，并根据叶片温度平均值与空气温度平均值的差控制灌溉控制系统对稻田进行灌溉。本发明依据气叶温差灌溉，不仅会减少灌溉水量，也会减少棵间蒸发和田间渗漏生态及植株蒸腾耗水，实现减少人力，节水效果好的自动精确灌溉。
Description
技术领域
本发明涉及农田灌溉技术领域，尤其涉及一种水稻叶片温差控制灌溉系统。
背景技术
我国传统的水稻都是以土壤是否缺水为标准进行灌溉，稻田无水就灌水；灌溉方式以淹水灌溉为主，在水稻移栽到成熟的各个时期采用水层灌溉；水层的深度根据不同地区、水稻类型和生育时期而不同，一般在3-5cm。这种灌溉方法水稻根系发育差、易倒伏、早衰，结实率不高，病虫多，产量不高不稳，且水分利用率低。近30年来，随着工业生产的发展和生活用水增加，水资源紧张的状况日益显现，我国在研究水稻生长和发育对水分的敏感性和提高水分利用效率的基础上，总结提出了适宜不同生态环境应用的水稻节水高产的灌溉技术，以及滴灌、渗灌的灌溉方式。
这些灌溉模式和水稻节水栽培技术中，针对水资源不足条件下的水稻生产起了重要作用。但这些灌溉模式都需要与工程灌溉相配合，如果没有沟渠、没有滴灌带、没有蓄水池，很难达到节水的目的，灌溉水利用率还是低下，或者节水但导致产量巨减。叶片是水稻最重要的光合器官，是水稻干物质积累的主要来源。叶片是植物与外界环境之间物质、能量交换的最重要门户,因此叶温变化与叶片水分蒸腾、CO2吸收、存储密切相关。叶片接受太阳辐射，温度逐渐上升，通过植株蒸腾作用消耗部分能量，实现自身温度的调节。若出现水分亏缺，则蒸腾速率降低，所消耗的能量降低，叶片温度也随之增高。故气叶温差可以反映水稻需水状况，从而可用于水分亏缺诊断，指导作物节水灌溉。所以提供一种红外无线温湿度传输，根据水稻叶片温差控制灌溉系统非常必要且测定方便简单，指导作物节水灌溉，准备可靠，节水效果明显。
农民常规水分管理中普遍存在直接通过沟渠放水灌溉，但往往是溢漫，稻田处于长期淹水状态，灌溉水分投入过量，造成水资源的极大浪费。水稻节水灌溉技术中湿润灌溉、间歇灌溉、干湿交替灌溉、覆膜旱作等这些节水灌溉技术的应用对于降低稻田灌溉水量、提高水分利用效率起到了明显的促进作用，但常规的干湿交替灌溉(也称间歇灌溉)作为水稻节水灌溉的一项常用措施，可降低灌溉水量提高水分利用率，但没考虑到水稻的生理需水，如水稻的孕穗及抽穗扬花期如果落干则会降低有效穗和千粒重，水稻产量不高；且这些水分管理以天定技术的概率很大，如果没有很好的环境天气及沟渠工程的配套，及很大的人力进行精心的管理，节水很难达到。现有的农田节水灌溉模式的喷灌、滴灌节水效果显著，但由于灌溉设备成本高，喷灌滴灌不适合在水稻生产中大面积推广。
我国目前水稻生产上的漫灌，造成水资源的极大浪费。水稻节水灌溉技术中湿润灌溉、间歇灌溉、干湿交替灌溉、覆膜旱作等这些节水灌溉技术的应用对于降低稻田灌溉水量、提高水分利用效率起到了明显的促进作用，但没充分考虑到水稻的生理需水，节水了但导致水稻产量不高；且这些水分管理技术没有很好的环境天气及沟渠工程的配套，及很大的人力进行精心的管理，节水几乎很难达到。现有的农田喷灌、滴灌节水效果显著，但由于灌溉设备成本高，喷灌滴灌不适合在水稻生产中大面积推广。因此，需要直接实用的灌溉方法解决灌溉费工、费时及浪费水资源的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水稻叶片温差控制灌溉系统，本发明依据气叶温差灌溉，不仅会减少灌溉水量，也会减少棵间蒸发和田间渗漏生态及植株蒸腾耗水，实现减少人力，节水效果好的自动精确灌溉。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种水稻叶片温差控制灌溉系统，其特征在于：包括灌溉控制系统、无线温湿度测量传输系统和上位机，所述无线温湿度测量传输系统布置于稻田内，用于采集大气环境的温度和湿度以及叶片的温度，并将采集的数据通过无线网络传输到上位机；上位机用于对无线温湿度测量传输系统采集的数据进行处理，并根据叶片温度平均值与空气温度平均值的差控制灌溉控制系统对稻田进行灌溉。
进一步的技术方案在于：所述灌溉控制系统包括灌溉主控系统、电动阀及流量控制器以及水管，所述电动阀及流量控制器位于所述水管上，所述水管的进水口接水源，所述电动阀及流量控制器受控于所述灌溉主控系统，所述灌溉主控系统受控于所述上位机，上位机发出控制命令到灌溉主控系统，灌溉主控系统根据接收的控制命令控制电动阀及流量控制器工作，对稻田进行精准灌溉。
进一步的技术方案在于：所述无线温湿度测量传输系统包括叶片红外测温探头、环境测温探头、环境湿度测量探头以及防水无线传输模块，所述叶片红外测温探头与防水无线传输模块的信号输入端连接，用于测量水稻叶片的温度；所述环境测温探头和环境湿度测量探头与防水无线传输模块的信号输入端连接，用于测量环境的温度和湿度；所述防水无线传输模块用于将测量水稻叶片温度信息、环境温度和湿度信息通过无线网络传输至上位机进行计算。
进一步的技术方案在于：所述无线温湿度测量传输系统还包括固定支架、可升降固定夹、遮光挡雨板、防水吊舱以及叶片固定夹，所述固定支架固定在被监测的水稻旁，所述遮光挡雨板通过可升降固定夹设置在固定支架上，所述防水吊舱固定在所述遮光挡雨板的下表面，所述防水无线传输模块固定在所述防水吊舱内，所述叶片固定夹设置在所述遮光挡雨板上，用于将被监测的叶片固定，所述叶片红外测温探头与被叶片固定夹固定的叶片相对设置，用于检测该叶片的温度。
进一步的技术方案在于：所述防水无线传输模块包括防水外壳、内置电池以及GPRS无线传输模块。
进一步的技术方案在于：叶片温度平均值与空气温度平均值的差值即为报警临界值△T，若△T大于5℃时系统自动报警、提示并发出启动灌溉控制系统控制命令，向稻田灌溉。
进一步的技术方案在于：所述无线温湿度测量传输系统设有5个，根据稻田面积实际大小及形状，距离田边均为5m左右，对称性布置4套无线温湿度测量传输系统于被监测稻田的四个角，另一套布置于稻田正中间。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明主要通过物联网无线传输及控制技术，实现自动测定大气和水稻叶片温度，通过叶片温度和环境温度差判断稻田是否进行灌水的灌溉，不仅方便直接实用，而且充分考虑到水稻叶片水分特性；依据气叶温差灌溉不仅会减少灌溉水量，也会减少棵间蒸发和田间渗漏生态及植株蒸腾耗水，实现减少人力，节水效果好的自动精确灌溉。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1-2是本发明的原理框图；
图3是本发明中无线温湿度测量传输系统的结构示意图；
其中：1、灌溉控制系统 11、灌溉主控系统 12、电动阀及流量控制器 13、水管 14、水源 2、无线温湿度测量传输系统 21、外测温探头 22、环境测温探头 23、环境湿度测量探头 24、固定支架 25、可升降固定夹 26、遮光挡雨板 27、防水吊舱 28、叶片固定夹 29、防水无线传输模块 3、上位机。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
总体的，如图1-2所示，本发明公开了一种水稻叶片温差控制灌溉系统，包括灌溉控制系统1、无线温湿度测量传输系统2和上位机3。所述无线温湿度测量传输系统2布置于稻田内，用于采集大气环境的温度和湿度以及叶片的温度，并将采集的数据通过无线网络传输到上位机3；上位机3用于对无线温湿度测量传输系统采集的数据进行处理，并根据叶片温度平均值与空气温度平均值的差控制灌溉控制系统1对稻田进行灌溉。
优选的，如图2所示，所述无线温湿度测量传输系统2设有5个，根据稻田面积实际大小及形状，距离田边均为5m左右，对称性布置4套无线温湿度测量传输系统2于被监测稻田的四个角，另一套布置于稻田正中间(即通常所说的梅花布置法)。
如图2所示，所述灌溉控制系统1包括灌溉主控系统11、电动阀及流量控制器12以及水管13，所述电动阀及流量控制器12位于所述水管13上，所述水管13的进水口接水源14，所述电动阀及流量控制器12受控于所述灌溉主控系统11，所述灌溉主控系统11受控于所述上位机3，上位机3发出控制命令到灌溉主控系统11，灌溉主控系统11根据接收的控制命令控制电动阀及流量控制器12工作，对稻田进行精准灌溉。
如图3所示，所述无线温湿度测量传输系统包括叶片红外测温探头21、环境测温探头22、环境湿度测量探头23以及防水无线传输模块29，所述防水无线传输模块29包括防水外壳、内置电池、GPRS无线传输模块、叶片红外测温系统、空气环境温度与湿度监测系统。所述叶片红外测温探头21与防水无线传输模块29的信号输入端连接，用于测量水稻叶片的温度；所述环境测温探头22和环境湿度测量探头23与防水无线传输模块29的信号输入端连接，用于测量环境的温度和湿度；所述防水无线传输模块29用于将测量水稻叶片温度信息、环境温度和湿度信息通过无线网络传输至上位机3进行计算。
进一步的，如图3所示，所述无线温湿度测量传输系统还包括固定支架24、可升降固定夹25、遮光挡雨板26、防水吊舱27以及叶片固定夹28。所述固定支架24固定在被监测的水稻旁，所述遮光挡雨板26通过可升降固定夹25设置在固定支架24上，所述防水吊舱27固定在所述遮光挡雨板26的下表面，所述防水无线传输模块29固定在所述防水吊舱27内，所述叶片固定夹28设置在所述遮光挡雨板26上，用于将被监测的叶片固定，所述叶片红外测温探头21与被叶片固定夹固定的叶片相对设置，用于检测该叶片的温度。
所述灌溉系统中，实现三重防水遮光防护：(1)遮光挡雨板、(2)防水无线传输模块、(3)防水吊仓。每隔一定时间必须对温湿度探头进行除尘处理。叶片红外测温探头高度尽量与待测叶片的高度保持一样，且尽量靠近，为防止风吹或其它因素导致测定叶片的位置移动，必须对需要探测的叶片用叶片固定夹进行相应的固定，又因为水稻每天都在生长，为保证叶片红外测温探头与待测叶片的位置相对固定，须人工按一定间隔时间调整可调节升降固定夹，以保证二者的高度相对一致。
叶片温度平均值与空气温度平均值的差值即为报警临界值△T，若△T大于5℃时系统自动报警、提示并发出启动灌溉控制系统1之上位机命令，向稻田灌溉。△T可根据水稻生育期不同，用户可自行调整；灌溉时间长短逻辑计算，用户只需要输入稻田面积及灌溉水高度、流量大小控制数据，上位机软件自行计算灌溉时间长短值T灌；温度采集时间及间隔可根据用户需要设定，比如每天早上9：00灌溉，则间隔时间为1min，采样数为5个；在上位机管理控制软件系统上对温湿度的采样时间、间隔、报警临界值△T、稻田面积、灌溉水高度、流量大小控制数据等进行设定，从而得到灌溉时间的长短值。
无线温湿度测量传输系统2将叶片红外测温探头21及环境测温探头22、环境湿度测量探头23的测试数据通过GPRS等无线传输方式传输至云端上位机进行处理；上位机接收到无线温湿度测量传输系统2反馈命令后，进行相应的逻辑运算发布相应控制命令，自动启动灌溉控制系统1，当灌溉控制系统1工作时间达到灌溉时间长短值T时，上位机发布停止灌溉命令，此时灌溉控制系统1停止工作，电动阀关闭，停止灌溉，从而达到通过测定叶温与空气温度的差值实现自动精确灌溉的目的。
Claims (4)
1.一种水稻叶片温差控制灌溉系统，其特征在于：包括灌溉控制系统(1)、无线温湿度测量传输系统(2)和上位机(3)，所述无线温湿度测量传输系统(2)布置于稻田内，用于采集大气环境的温度和湿度以及叶片的温度，并将采集的数据通过无线网络传输到上位机(3)；上位机(3)用于对无线温湿度测量传输系统采集的数据进行处理，并根据叶片温度平均值与空气温度平均值的差控制灌溉控制系统(1)对稻田进行灌溉；所述灌溉控制系统(1)包括灌溉主控系统(11)、电动阀及流量控制器(12)以及水管(13)，所述电动阀及流量控制器(12)位于所述水管(13)上，所述水管(13)的进水口接水源(14)，所述电动阀及流量控制器(12)受控于所述灌溉主控系统(11)，所述灌溉主控系统(11)受控于所述上位机(3)，上位机(3)发出控制命令到灌溉主控系统(11)，灌溉主控系统(11)根据接收的控制命令控制电动阀及流量控制器(12)工作，对稻田进行精准灌溉；所述无线温湿度测量传输系统包括叶片红外测温探头(21)、环境测温探头(22)、环境湿度测量探头(23)以及防水无线传输模块(29)，所述叶片红外测温探头(21)与防水无线传输模块(29)的信号输入端连接，用于测量水稻叶片的温度；所述环境测温探头(22)和环境湿度测量探头(23)与防水无线传输模块(29)的信号输入端连接，用于测量环境的温度和湿度；所述防水无线传输模块(29)用于将测量水稻叶片温度信息、环境温度和湿度信息通过无线网络传输至上位机(3)进行计算；所述无线温湿度测量传输系统包括固定支架(24)、可升降固定夹(25)、遮光挡雨板(26)、防水吊舱(27)以及叶片固定夹(28)，所述固定支架(24)固定在被监测的水稻旁，所述遮光挡雨板(26)通过可升降固定夹(25)设置在固定支架(24)上，所述防水吊舱(27)固定在所述遮光挡雨板(26)的下表面，所述防水无线传输模块(29)固定在所述防水吊舱(27)内，所述叶片固定夹(28)设置在所述遮光挡雨板(26)上，用于将被监测的叶片固定，叶片红外测温探头(21)与被叶片固定夹固定的叶片相对设置，用于检测该叶片的温度。
2.根据权利要求1所述的水稻叶片温差控制灌溉系统，其特征在于：所述防水无线传输模块(29)包括防水外壳、内置电池、GPRS无线传输模块、叶片红外测温系统、空气环境温度与湿度监测系统。
3.根据权利要求1所述的水稻叶片温差控制灌溉系统，其特征在于：叶片温度平均值与空气温度平均值的差值即为报警临界值△T，若△T大于5℃时系统自动报警、提示并发出启动灌溉控制系统控制命令，向稻田灌溉。
4.根据权利要求1所述的水稻叶片温差控制灌溉系统，其特征在于：所述无线温湿度测量传输系统(2)设有5个，根据稻田面积实际大小及形状，距离田边均为5m左右，对称性布置4套无线温湿度测量传输系统(2)于被监测稻田的四个角，另一套布置于稻田正中间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Yuping Inventor after: Cao Weixing Inventor after: Zhu Defeng Inventor before: Zhang Yuping Inventor before: Zhu Defeng Inventor before: Su Baiyuan |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220314 Address after: 210000 Wei Gang 1, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu Patentee after: NANJING AGRICULTURAL University Patentee after: China Rice Research Institute Address before: 311400 No. 28, Rice Institute Road, Xinqiao Town, Fuyang City, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee before: CHINA NATIONAL RICE Research Institute |
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| TR01 | Transfer of patent right |