CN105557476B - 一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统，包括环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪、控制监测模块和喷灌装置；环境信息采集模块包括湿度传感器、风速传感器和蒸发传感器；喷灌量信息采集模块包括出口压力传感器和涡轮流量计；环境信息采集模块和喷灌量信息采集模块将采集到的信息传递至数据采集仪；数据采集仪将接收到的信息传递至控制监测模块；控制监测模块分析、处理接收到的信息、发出相应指令给喷灌装置，且显示处理后的信息；喷灌装置接收控制监测模块发出的指令后依指令执行。本发明能够根据作物的生长规律和生长环境实时调节灌溉水量，按作物生长所需，避免了水资源的浪费，且实时对作物远程监测。

Description

一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统和方法
技术领域
本发明属于节水灌溉领域，尤其是涉及一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统和方法。
背景技术
我国是一个严重缺水的国家，人均占有量为2200立方米，仅为世界平均水平的1/4。而我国又正值经济快速发展时期，对水资源的需求量很大，水资源紧缺已成为社会经济发展的障碍。合理的利用有限的水资源，根据作物需水量为依据并以天气作为参考，高效控制变频泵给水量，是促进节约用水的必要科学手段，因此实施高效智能喷灌系统势在必行。
在现有技术中，不论传统的人工浇灌还是自动化喷灌或者精准的滴管等方式，都只解决了灌溉均匀、浇灌覆盖性等问题，无法解决灌溉的适度性问题，不能达到按需浇灌的效果，且不能达到通过监测系统实时对作物远程监控的目的。专利号为CN201510687308.2的发明公开了一种植物智能喷灌系统，实现自动对靶的智能喷灌，且精确度很高，但实现过程较为复杂，未能实现通过监测系统实时对作物生长环境和灌溉过程进行远程监控。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统和方法，能够根据作物的生长规律和作物生长所处的环境实时调节灌溉水量，按作物生长所需灌溉，避免了水资源的浪费，且能够实时对作物生长环境和灌溉过程进行远程监测。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统，包括环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪、控制监测模块和喷灌装置；所述环境信息采集模块包括湿度传感器、风速传感器和蒸发传感器，所述湿度传感器用于收集作物生长过程中的土壤湿度信息；所述风速传感器用于收集作物生长过程的风速信息；所述蒸发传感器用于收集作物生长过程中的蒸发量信息；所述喷灌量信息采集模块包括出口压力传感器和涡轮流量计；所述出口压力传感器用于采集深井水泵的扬程信息；所述涡轮流量计用于采集深井水泵的流量信息；所述环境信息采集模块和喷灌量信息采集模块将采集到的信息传递至数据采集仪；所述数据采集仪将接收到的信息传递至控制监测模块；所述控制监测模块分析、处理接收到的信息、发出相应指令给喷灌装置，且显示处理后的信息；所述喷灌装置接收控制监测模块发出的指令后依指令执行。
进一步的，所述控制监测模块为计算机。
进一步的，所述控制监测模块还包括手机。
进一步的，所述喷灌装置包括深井水泵、深水井、配电柜、变频器、电机、开关阀、喷管、喷头和泵出水管；所述深井水泵放置于深水井中，深井水泵上端接泵出水管；所述泵出水管上依次设有出口压力传感器、涡轮流量计和开关阀；所述泵出水管的出水段设有多个喷管，所述喷管末端均连接喷头。
一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统的方法，包括如下步骤：
(1)：装配好喷灌装置，连接并开启环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪和控制监测模块；
(2)：环境信息采集模块中的湿度传感器、风速传感器、蒸发传感器实时采集作物生长过程的土壤湿度信息、风速信息、蒸发量信息；喷灌量信息采集模块中的出口压力传感器和涡轮流量计实时采集深井水泵的扬程和流量信息；数据采集仪将采集到的环境信息和喷灌量信息传递至控制监测模块；
(3)：控制监测模块分析、处理接收到的信息，并发出指令给喷灌装置；喷灌装置接收相应指令后调节喷灌量和喷头仰角。
进一步的，步骤(3)中所述控制监测模块分析、处理过程如下：
(1)当S≤S2时，直接启动喷灌装置喷灌，直至S＝S1时，停止喷灌；其中，S为该作物生长的实时土壤湿度，S2为该作物最佳浇水土壤湿度，S1为该作物最佳生长土壤湿度；
(2)当S2＜S＜S1，且V＜V0，且M＜M0时，启动喷灌，直至满足S＝S1或V＞V0或M＞M0中任意条件时，停止喷灌；其中，V为该作物生长环境的风速；V0＝5.5m/s；M为该作物生长环境的蒸发量；M0为该作物不适宜喷灌的蒸发量；
(3)当该作物的土壤湿度S≥S1时，不喷灌。
进一步的，还包括步骤(4)：通过手机的APP端输入作物特殊需水环境下的喷灌量信息和喷头仰角信息进行人工干预，将该指令信息通过wifi传递至计算机，进而传递至喷灌装置，喷灌装置接收指令后相应执行。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统和方法，通过湿度传感器、风速传感器和蒸发传感器实时监测作物的湿度、风速和蒸发量信息，出口压力传感器和涡轮流量计实时监测深井水泵的扬程和流量信息，进而能够根据作物的生长规律和作物生长所处的实时环境调节灌溉水量，按作物生长所需浇水，避免了水资源的浪费；通过计算机软件或者手机APP能够实时监测作物的各个信息，控制喷灌量和各喷头的仰角，更加方便且高效的管理农田喷灌，达到高效节能的目的，填补了无线智能农业装备领域的空白。
附图说明
图1为本发明所述基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统的示意图。
图2为本发明的控制监测模块原理图。.
附图标记说明如下：
1-计算机，2-手机，3-数据采集仪，4-湿度传感器，5-风速传感器，6-蒸发传感器，7-配电柜，8-涡轮流量计，9-出口压力传感器，10-深井水泵，11-电机，12-变频器，13-开关阀，14-泵出水管，15-喷头，16-喷管，17-深水井。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统，包括环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪3、控制监测模块和喷灌装置；所述环境信息采集模块包括湿度传感器4、风速传感器5和蒸发传感器6，所述湿度传感器4用于收集作物生长过程中的土壤湿度信息；所述风速传感器5用于收集作物生长过程的风速信息；所述蒸发传感器6用于收集作物生长过程中的蒸发量信息；所述喷灌量信息采集模块包括出口压力传感器9和涡轮流量计8；所述出口压力传感器9用于采集深井水泵的扬程信息；所述涡轮流量计8用于采集深井水泵的流量信息；所述环境信息采集模块和喷灌量信息采集模块将采集到的信息传递至数据采集仪3；所述数据采集仪3将接收到的信息传递至控制监测模块；所述控制监测模块为计算机1和手机2；所述控制监测模块分析、处理接收到的信息、发出相应指令给喷灌装置，且显示处理后的信息；所述喷灌装置接收控制监测模块发出的指令后依指令执行；所述喷灌装置包括深井水泵10、深水井17、配电柜7、变频器12、电机11、开关阀13、喷管16、喷头15和泵出水管14；所述深井水泵10放置于深水井17中，深井水泵10上端接泵出水管14；所述泵出水管14上依次设有出口压力传感器9、涡轮流量计8和开关阀13；所述泵出水管14的出水段设有多个喷管16，所述喷管16末端均连接喷头15。
一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统的方法，具体包括如下步骤：
(1)：装配好喷灌装置，连接并开启环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪3和控制监测模块；
(2)：环境信息采集模块中的湿度传感器4、风速传感器5、蒸发传感器6实时采集作物生长过程的土壤湿度信息、风速信息、蒸发量信息；喷灌量信息采集模块中的出口压力传感器9和涡轮流量计8实时采集深井水泵的扬程和流量信息；数据采集仪3将采集到的环境信息和喷灌量信息传递至控制监测模块；
(3)：控制监测模块分析、处理接收到的信息，并发出指令给喷灌装置；当S≤S2时，直接启动喷灌装置喷灌，直至S＝S1时，停止喷灌；其中，S为该作物的实时土壤湿度，S2为该作物最佳浇水土壤湿度，S1为该作物最佳生长土壤湿度；当S2＜S＜S1，且V＜V0，且M＜M0时，启动喷灌，直至满足S＝S1或V＞V0或M＞M0中任意条件时，停止喷灌；其中，V为该作物生长环境的风速；V0＝5.5m/s；M0为该作物不适宜喷灌的蒸发量；当该作物的土壤湿度S≥S1时，不喷灌；喷灌装置接收相应指令后调节喷灌量和喷头仰角。在作物特殊需水环境下，也可以通过手机2的APP端直接输入喷灌量信息和喷头仰角信息进行人工干预，将该指令信息通过wifi传递至计算机1，进而传递至喷灌装置，喷灌装置接收指令后相应执行。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统，其特征在于，包括环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪(3)、控制监测模块和喷灌装置；所述环境信息采集模块包括湿度传感器(4)、风速传感器(5)和蒸发传感器(6)，所述湿度传感器(4)用于收集作物生长过程中的土壤湿度信息；所述风速传感器(5)用于收集作物生长过程的风速信息；所述蒸发传感器(6)用于收集作物生长过程中的蒸发量信息；所述喷灌量信息采集模块包括出口压力传感器(9)和涡轮流量计(8)；所述出口压力传感器(9)用于采集深井水泵的扬程信息；所述涡轮流量计(8)用于采集深井水泵的流量信息；所述环境信息采集模块和喷灌量信息采集模块将采集到的信息传递至数据采集仪(3)；所述数据采集仪(3)将接收到的信息传递至控制监测模块；所述控制监测模块分析、处理接收到的信息、发出相应指令给喷灌装置，且显示处理后的信息；所述喷灌装置接收控制监测模块发出的指令后依指令执行；
所述喷灌装置包括深井水泵(10)、深水井(17)、配电柜(7)、变频器(12)、电机(11)、开关阀(13)、喷管(16)、喷头(15)和泵出水管(14)；所述深井水泵(10)放置于深水井(17)中，深井水泵(10)上端接泵出水管(14)；所述泵出水管(14)上依次设有出口压力传感器(9)、涡轮流量计(8)和开关阀(13)；所述泵出水管(14)的出水段设有多个喷管(16)，所述喷管(16)末端均连接喷头(15)。
2.根据权利要求1所述的一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统，其特征在于，所述控制监测模块为计算机(1)。
3.根据权利要求2所述的一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统，其特征在于，所述控制监测模块还包括手机(2)。
4.一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)：装配好喷灌装置，连接并开启环境信息采集模块、喷灌量信息采集模块、数据采集仪(3)和控制监测模块；
(2)环境信息采集模块中的湿度传感器(4)、风速传感器(5)、蒸发传感器(6)实时采集作物生长过程的土壤湿度信息、风速信息、蒸发量信息；喷灌量信息采集模块中的出口压力传感器(9)和涡轮流量计(8)实时采集深井水泵的扬程和流量信息；数据采集仪(3)将采集到的环境信息和喷灌量信息传递至控制监测模块；
(3)控制监测模块分析、处理接收到的信息，并发出指令给喷灌装置；喷灌装置接收相应指令后调节喷灌量和喷头仰角；步骤(3)中所述控制监测模块分析、处理过程如下：
(1)当S≤S2时，直接启动喷灌装置喷灌，直至S＝S1时，停止喷灌；其中，S为该作物生长的实时土壤湿度，S2为该作物最佳浇水土壤湿度，S1为该作物最佳生长土壤湿度；
(2)当S2＜S＜S1，且V＜V0，且M＜M0时，启动喷灌，直至满足S＝S1或V＞V0或M＞M0中任意条件时，停止喷灌；其中，V为该作物生长环境的风速；V0＝5.5m/s；M为该作物生长环境的蒸发量；M0为该作物不适宜喷灌的蒸发量；
(3)当该作物的土壤湿度S≥S1时，不喷灌。
5.根据权利要求4所述的一种基于土壤湿度调节的智能高效喷灌系统的方法，其特征在于，还包括步骤(4)：通过手机的APP端输入作物特殊需水环境下的喷灌量信息和喷头仰角信息进行人工干预，将指令信息通过wifi传递至计算机，进而传递至喷灌装置，喷灌装置接收指令后相应执行。
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