CN106359006A - 昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置 - Google Patents

Abstract

一种昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，包括以单片机、温度传感器为主的自动控制装置和实现灌溉的灌溉装置，其特征在于：所述自动控制装置将时间模块、温度传感器模块、继电器和显示模块以及智能报警模块整合成了一个完整的控制系统，通过相关硬件并结合单片机编程，实现土壤、空气温度数据采集、显示及控制灌溉、报警功能；所述单片机芯片用DS1302做实时时钟，用DS18B20集成温度模块测温度，用继电器控制水泵，用数码管显示数据，同时通过单片机内部温度数据分析来判断湿度，决定是否灌溉以及灌溉的时间；所述的灌溉装置由抽水装置、管网和喷头组成。其成本低廉，适用范围广，大大提高灌溉效率，减轻管理人员的负担。

Description

昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置

技术领域

本发明涉及一种浇灌装置，具体的说是一种昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置。

背景技术

我国的水资源缺乏已是不争的事实，在国民经济发展的各个方面农田灌溉用水占到国民经济用水的70％以上。随着国民经济各行业的发展，工农业用水矛盾和生活用水与农业用水的矛盾日益加剧，发展的趋势已经要求农业用水必须减少，以提高工业和生活以及生态环境建设的用水比例。另一方面，农田灌溉用水的效率很低，全国综合灌溉水的利用系数不到0.5，与发达国家相比，节水的潜力很大。

在植物灌水过程中，传统的方法大多由人为控制放进土壤的流量和时间，即使喷灌或者滴灌系统，放水时间也是人为控制的，因此进入土壤的水量不是多于计划灌水量就是少于计划灌水量。采用自动控制灌溉以后，灌溉流量、灌水时间完全可以根据作物的需要，土壤条件、生育阶段等指标合理计算准确控制，减少了由于控制方法和计划结果无法有效落实而带来的水量浪费。而要做到自动控制灌溉最关键的就是测量土壤的含水量。

目前，土壤水分测量方法层出不穷，如烘干法、张力计法、中子法或射线法、介电常数法或电磁波法、传感器法、电阻法或粒状列阵法、电容法、光电法、热扩散法等，但是各种方法都有其自身的适用范围和缺点，对于一般的农田、园林等地方都难以推广开来。烘干法简单直观,结果可靠,但是采样困难，破坏土壤，在田间留下的取样孔，会切断作物的某些根并影响土壤水分运动，不能定点连续观测；张力计法、中子法、时域反射仪TDR和频域反射仪FDR的测量并不准确，且设备昂贵，一次性投入大，特别是对人存在潜在的辐射危害，因此并不能广泛应用。

发明内容

针对上述情况，本发明公开了一种昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，可以有条件地运用到田地中去，该装置不仅可以充分利用水资源，有助于植物生长，还可以节省人力，提高灌溉效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，包括以单片机、温度传感器为主的自动控制装置和实现灌溉的灌溉装置，所述自动控制装置包括时间模块、温度传感器模块、继电器和显示模块以及智能报警模块，实现土壤、空气温度数据采集、显示及控制灌溉、报警功能；所述单片机芯片用DS1302做实时时钟，用DS18B20集成温度模块测温度，用继电器控制水泵，用数码管显示数据，同时通过单片机内部温度数据分析来判断湿度，决定是否灌溉以及灌溉的时间。

所述温度传感器模块包括土壤温度传感器和空气温度传感器，土壤温度传感器和空气温度传感器各设有多个，土壤温度传感器插入浅根植被土壤根系深度，空气温度传感器置于采光均匀，离地面一段距离的遮阳装置下方。

所述的灌溉装置由抽水装置、管网和喷头组成。抽水装置是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制，其包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备。

管网是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域，它由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管，通过各种相应的管件、阀门将各级管道连接成完整的管网系统。

喷头用于将水分散成水滴，将水滴均匀地喷洒在草坪种植区域。

本发明的有益效果是：(1)根据土温日较差与湿度的关系判断是否需要灌溉，方法创新，成本低廉；(2)适用于不同地区的园林及农业的灌溉需要，在这些地区可实现及时灌溉和按需灌溉，大大提高灌溉效率，减轻管理人员的负担；(3)与传统的灌溉系统相比，该系统不仅可以节水提高水的利用率，同时设备造价较低更加经济合理；(4)智能自动化控制灌溉能够提高灌溉管理水平，改变人为操作的随意性，同时智能控制灌溉能够减少灌溉用工，降低管理成本，显著提高效益。

附图说明

图1是本发明工作流程图

图2是温度传感器温度数据采集的流程图

图3是灌溉装置的结构简图

图4是喷头组合形式的示意图

图中，1-抽水装置、2-管网、3-喷头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，包括以单片机、温度传感器为主的自动控制装置和实现灌溉的灌溉装置，所述自动控制装置将时间模块、温度传感器模块、继电器和显示模块以及智能报警模块整合成了一个完整的控制系统，通过相关硬件并结合单片机编程，实现土壤、空气温度数据采集、显示及控制灌溉、报警功能；所述单片机芯片用DS1302做实时时钟，用DS18B20集成温度模块测温度，用继电器控制水泵，用数码管显示数据。

由于空气和土壤的比热容是不同的，空气的比热容大于干的土壤。在相同的太阳辐射下，空气温度波动振幅小于干土壤，但是当干土壤含水量达到一定程度时，其比热容会大于空气，温度波动幅度小于空气。通过单片机根据两者的温度日较差来分析土壤湿度，从而来判断是否需要灌溉。

所述温度传感器模块包括土壤温度传感器和空气温度传感器，土壤温度传感器和空气温度传感器各设有多个，土壤温度传感器插入浅根植被土壤根系深度，空气温度传感器置于采光均匀，离地面一段距离的遮阳装置下方。

图3所示，一个完整的喷灌装置抽水装置、管网和喷头组成。

抽水装置：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。如在利用城市供水系统作为水源的情况下，往往不需要加压水泵。

管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域。由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。

喷头：喷头用于将水分散成水滴，比较均匀地喷洒在草坪种植区域。

在图4中，喷洒方式和喷头组合：

a)喷洒方式：有全园喷洒和扇形喷洒两种。生产中全员喷洒是主要的，扇形喷洒在特殊的场合适用：田园边角、坡度较大、风力较大、单喷头机组。

b)喷头选型：选择喷头时，除需考虑其本身的性能，如喷头的工作压力、流量、射程、组合喷灌强度、喷洒扇形角度可否调节之外，还必须同时考虑诸如土壤的允许喷灌强度、地块大小形状、草坪品种、水源条件、用户要求等因素。目前，草坪喷灌系统一般均采用埋藏升降式草坪喷头。

c)喷头组合形式：喷灌时是多喷头同时工作，组合原则是不留空白，并有较高的均匀度，常用的喷头组合四种形式：正方形布置、正三角形布置、矩形布置和等腰三角形布置。

在图1、图2、图3中，该装置可达到以下功效：

数据采集功能：可自动采集、处理温度数据。

灌溉控制功能：具有自动灌溉、手动灌溉两种模式，用户可根据需要灵活选用灌溉模式；可以对现场的温、湿度限值进行设置和修改；可通过控制器或后台监控系统完成灌溉起始时间、停止时间、喷灌时间等参数设置。

显示功能：后台监控系统可配大屏幕显示器，图形、表格等多种形式动态显示整个灌溉区运行情况，准确、直观、明了。

报警功能：当灌溉系统出现故障，如水管破裂等，立即停止水泵运行，并报警。

通信功能：通过后台机查看、设置、修改参数；采集数据上传后台机，供后台机进行数据处理和显示；接收后台机发出的控制命令。

数据处理功能：后台机可完成用户提出的统计、贮存、查询等各种数据处理功能，并可打印用户要求的报表。

在图1、图2、图3中，自动控制装置工作时，例如1号DS18B20土壤温度传感器探入浅根植被的根系深处测出土壤的温度，2号DS18B20空气温度传感器置于空气中测得当时的气温，然后将测得的数据传入单片机进行分析处理。通过控制系统内的编程以及与各个器件之间的连接，使得1号温度传感器和2号温度传感器测出的数据传入单片机，然后单片机对这些数据进行分析判断，找出每个传感器24h内的最高温度与最低温度值，然后分别对其求差得出土温日较差①和气温日较差②，再求出(①-②)的值，当这个值≥1.5℃(根据不同地区、时段的温度而定)时就开始输出一个信号，使喷灌系统的开关打开，开始灌溉，灌溉的时间也由单片机确定，可以查到相关的公式最后得出结果t＝2.83h，因此单片机每次控制水泵开关打开的时间皆为2.83h，这样可保证湿度上限在85％-95％之间，误差不大。同时1号传感器和2号传感器测出的温度值也会实时地在显示屏上显示，以便我们查看，当系统出现问题如温度超限、水管破裂、水泵缺水、喷头堵塞等问题时将信号反馈回单片机，单片机会LED灯亮报警，灌溉停止，等待管理人员的维修。对于大型的农田或园林，可以将测得的数据通过USB接口芯片传入计算机，进行人工查看和分析。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，包括以单片机、温度传感器为主的自动控制装置和实现灌溉的灌溉装置，其特征在于：所述自动控制装置包括时间模块、温度传感器模块、继电器和显示模块以及智能报警模块，实现土壤、空气温度数据采集、显示及控制灌溉、报警功能；所述单片机芯片用DS1302做实时时钟，用DS18B20集成温度模块测温度，用继电器控制水泵，用数码管显示数据，同时通过单片机内部温度数据分析来判断湿度，决定是否灌溉以及灌溉的时间。

2.根据权利要求1所述的昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，其特征在于：所述温度传感器模块包括土壤温度传感器和空气温度传感器，土壤温度传感器和空气温度传感器各设有多个，土壤温度传感器插入浅根植被土壤根系深度，空气温度传感器置于采光均匀、离地面一段距离的遮阳装置下方。

3.根据权利要求1所述的昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，其特征在于：所述的灌溉装置由抽水装置、管网和喷头组成。

4.根据权利要求3所述的昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，其特征在于：抽水装置是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制，其包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备。

5.根据权利要求3所述的昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，其特征在于：管网是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域，它由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管，通过各种相应的管件、阀门将各级管道连接成完整的管网系统。

6.根据权利要求3所述的昼夜温差法判断湿度自动灌溉装置，其特征在于：喷头用于将水分散成水滴，将水滴均匀地喷洒在草坪种植区域。