CN108207587A - 一种智能给水系统及其量化给水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能给水系统及其量化给水方法，该智能给水系统包括供水装置和智能水阀，一个供水装置可以链接多个智能水阀；本发明通过所述智能水阀检测植物生长的环境数据，并根据检测的数据控制是否给水，每次给水量都是一定的，给水量根据实际情况而定；本发明采用的量化给水方法为，通过预先设定所述智能水阀内传感器的检测阈值、持续时间和一次给水量等参数，实现给水系统的智能化；本发明结构简单，逻辑算法独特，能够模拟自然环境中植物的生长环境，有利于土壤墒情的保持，并且可以用于多种场景。

Description

一种智能给水系统及其量化给水方法

技术领域

本发明属于农业灌溉领域，具体是一种智能给水系统及其量化给水方法。

背景技术

随着人力成本的上升和人工智能的发展，并向各个领域的渗透。在植物培养种植领域：农业灌溉，园艺种植，家庭种植，科研室内种植等场景，都可以用自动给水、给肥系统实现智能管理。当前的智能灌溉系统一般采取分析传感器的数据，决定给水，再实时分析传感器的数据，然后进行停水，以此为核心算法逻辑进行控制，或者通过手机进行人为控制给水；这种灌溉系统存在以下几个缺点：1、没有做到真正的可以无人值守，还是需要远程进行控制，系统自身的智能化不够完善；2、给水启停对传感器的数据过于依赖，使得传感器的数据分析更为复杂，并且对于传感器的放置要求很高；3、这种灌溉系统会长期保持植物生长的土壤湿度不变，违背了自然规律，不利于土壤墒情的保持，不利于植物的生长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种智能给水系统及其量化给水方法，针对具体的地块和植物种类进行参数设置后，可以满足不同植物各个生长时期对水的需求，多个智能水阀连用时可以同时满足多个不同地块用水需求，不需要人为进行任何的干预，365天全自动给水，实现真正意义上的无人值守；本系统可以完全模拟人工浇水或者自然降雨模式：即干旱后再给水、每次给足量的水，然后再干旱了再给水，或者说具有量化的给水方案，不需要对传感器数据进行复杂分析后再决定给水量，也无需实时监控湿度变化后再决定停止浇水，符合自然规律，有利于植物的生长。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种智能给水系统，包括供水装置和智能水阀，所述供水装置链接多个所述智能水阀，每个所述智能水阀单独控制一片灌溉区域；所述智能水阀包括主机控制器以及与所述主机控制器电连接的检测模块、通讯模块和电磁阀，所述电磁阀设置在所述供水装置的出水口，所述电磁阀处于常闭状态，且内置流量计；所述给水系统通过所述检测模块检测植物生长的环境数据，并通过所述通讯模块将所述检测模块检测到的环境数据发送给所述主机控制器，所述主机控制器对所述环境数据进行分析对比，当所述环境数据满足给水条件时，所述主机控制器将控制所述电磁阀开启并带动所述流量计开始计量，直至流完预设给水量才关闭所述电磁阀，从而实现系统的量化给水。

具体地，所述检测模块包括多个第一湿度传感器和多个第二湿度传感器；

所述第一湿度传感器用于检测植物生长的土壤湿度值，所述第二湿度传感器用于检测植物生长的空气湿度值。

具体地，所述通讯模块包括数据收发单元和数据存储单元；

所述通讯模块通过有线/无线的通讯方式实现所述主机控制器与所述第一、第二湿度传感器和所述电磁阀之间的通讯连接；

所述数据存储单元用于记录湿度监测动态数据、浇水时间、用水量等，所述数据存储单元中的存储信息可以通过无线传输、数据线/读卡等方式导出并在显示器上查看。

具体地，所述供水装置包括水源、恒压水泵和管道；

所述恒压水泵内置水压检测单元，所述恒压水泵会根据检测的水压数据自动控制所述管道内的水压；

所述水源可以为自来水、湖泊或者河流等。

具体地，所述智能水阀采用低压直流电源，通过电池/直流电源供电。

一种智能给水系统的量化给水方法，包括以下步骤：

步骤A：根据植物品种通过主机控制器设置第一湿度传感器的检测阈值F1和持续时间T1，再根据灌溉面积设置每次灌溉的给水量X；

步骤B：通过所述主机控制器设置第二湿度传感器的检测阈值F2、持续时间T3和湿度增长值F3；

步骤C：当所述第一传感器、第二传感器检测到的环境数据满足给水条件时，所述主机控制器会控制电磁阀开启对植物进行一次给水，当给水量达到预设值X后，所述主机控制器会关闭所述电磁阀；

步骤D：根据土壤的吸水能力/疏松程度通过所述主机控制器设置一个平衡时间T2；在完成一次浇灌后，需要经过一个平衡时间T2后再进行湿度检测，使土壤充分的吸收水分，从而保证湿度测量的精准性。

具体地，步骤C中所述给水条件包括a和b；

a：所述第一湿度传感器检测到土壤的湿度值在T1时间内持续低于F1；

b：所述第二湿度传感器检测到的空气湿度值低于F2或者在T3时间内的增长值低于F3；

进一步地，所述电磁阀开启的条件必须同时满足a和b。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明的控制系统具有独特的逻辑算法，用户只需实现设置好各传感器的检测阈值、每次灌溉的用水量等参数，就能实现真正意义上的无人值守；2、本发明结构简单、主要部件只包含供水系统和智能水阀，给水的启停控制不会过分依赖于传感器的检测数据，使得传感器的数据分析更为简单，并且对于传感器的放置要求也不高，方便安装；3、本发明充分模拟了自然界环境，让植物能够受到微淹水、微干旱胁迫的锻炼，有利于土壤墒情的保持，尊重自然规律，利于植物生长。

附图说明

图1为本发明一种智能给水系统的整体结构示意框图。

图2为本发明一种智能给水系统的量化给水方法流程框图。

图中：1、供水装置；2、智能水阀；201、主机控制器；202、检测模块；2021、第一湿度传感器；2022、第二湿度传感器；203、通讯模块；2031、数据收发单元；2032、数据存储单元；204、电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种智能给水系统，包括供水装置1和智能水阀2，所述供水装置1链接多个所述智能水阀2，每个所述智能水阀2单独控制一片灌溉区域；所述智能水阀2包括主机控制器201以及与所述主机控制器201电连接的检测模块202、通讯模块203和电磁阀204，所述电磁阀204设置在所述供水装置1的出水口，所述电磁阀204处于常闭状态，且内置流量计；所述给水系统通过所述检测模块202检测植物生长的环境数据，并通过所述通讯模块203将所述检测模块202检测到的环境数据发送给所述主机控制器201，所述主机控制器201对所述环境数据进行分析对比，当所述环境数据满足给水条件时，所述主机控制器201将控制所述电磁阀204开启并带动所述流量计开始计量，直至流完预设给水量才关闭所述电磁阀204，从而实现系统的量化给水。

具体地，所述检测模块202包括多个第一湿度传感器2021和第二湿度传感器2022；

所述第一湿度传感器2021用于检测植物生长的土壤湿度值，所述第二湿度传感器2022用于检测植物生长的空气湿度值。

具体地，所述通讯模块203包括数据收发单元2031和数据存储单元2032；

所述通讯模块203通过有线/无线的通讯方式实现所述主机控制器201与所述第一、第二湿度传感器2022和所述电磁阀204之间的通讯连接；

所述数据存储单元2032用于记录湿度监测动态数据、浇水时间、用水量等，所述数据存储单元2032中的存储信息可以通过无线传输、数据线/读卡等方式导出并在显示器上查看。

具体地，所述供水装置1包括水源、恒压水泵和管道；

所述恒压水泵内置水压检测单元，所述恒压水泵会根据检测的水压数据自动控制所述管道内的水压；

所述水源可以为自来水、湖泊或者河流等。

具体地，所述智能水阀2采用低压直流电源，通过电池/直流电源供电。

一种智能给水系统的量化给水方法，所述量化给水的原理为：

如图2所示，当所述第一湿度传感器2021检测到特定位置的湿度小于预先设定阈值(F1)一定时间(持续时间：T1)，进行一次给水量(一次给水量：X，X根据水阀所浇灌面积提前预判设置)，间隔一定时间(平衡时间：T2)之后再进行湿度监测，因为浇灌完毕进行水分平衡需要一个较长的时间，所以设置了T2参数，这样保证了土壤湿度测量的可靠性。如果所述第二湿度传感器2022检测的湿度值大于预设阈值F2，或者在一定时间(T3)内升高F3(Fb为第二湿度传感器2022的当前值，Fb.T3为第二湿度传感器2022在T3时间之前的值)，则所述电磁阀204仍然处于关闭状态，保证在即将下雨或者下雨天不会启动浇灌。其中F1,F2,F3,X,T1,T2,T3是可以设置的，以便应用于不同的场合；Ta为所述第一湿度传感器2021检测到的湿度值低于F1后的实际持续时间，Tb为一次给水后的实际平衡时间。

具体地，所述智能水阀2采用低压直流电源，通过电池/直流电源供电。

实施例2

本实施例提供了一种基于智能给水系统的智能花盆，包括供水装置1和智能水阀2，与上述实施例1的区别在于，所述智能水阀2只需设置第一湿度传感器2021、主机控制器201、通讯模块203和电磁阀204即可实现所述智能花盆的自动给水。

具体的，所述电磁阀204安装在所述供水装置1上，所述供水装置1采用自来水作为水源，所述电磁阀204的出水口接一个花洒喷头用于浇花，一个花盆对应一个所述花洒喷头。

具体地，一次给水量X根据所述花盆内土壤体积设定，平衡时间T2可以设置比较短，大约5分钟左右。

实施例3

本实施例提供了一种基于智能给水系统的智能实验种植室，与上述实施例1、2的区别在于，所述智能实验种植室为室内种植，其目的是研究植物的生长特性，所述智能给水系统包括供水装置1和智能水阀2，所述智能水阀2包括主机控制器201、第一湿度传感器2021、电磁阀204和通讯模块203；所述供水装置1包括一条主管道和多条分支管道，每条所述分支管道上均设有多个所述电磁阀204，每个所述电磁阀204均进行了编号并通过所述主机控制器201统一控制。

具体的，每条所述分支管道上的电磁阀204预设的一次给水量X都不同，本实施例通过设置不同的参数X进行比对，得出培植效果最好的给水方案。

实施例4

本实施例提供了一种基于智能给水系统的麦田灌溉装置，与上述实施例1至3的区别在于，所述装置包括供水装置1和智能水阀2，所述供水装置1采用恒压水泵和湖泊、河流等作为水源，所述智能水阀2包括主机控制器201、电磁阀204、通讯模块203、多个第一湿度传感器2021和第二湿度传感器2022。

具体地，由于麦子的抗干旱能力极强，故所述第一湿度传感器2021的检测阈值F1比较低、持续时间T1较长；当干旱一定时间后需要充足的水分，故一次给水量X较大，且平衡时间T2较长；所述第二湿度传感器2022的检测阈值F2比较低、持续时间T3较长、空气湿度增长值F3较小，从而保证所述电磁阀204大部分时间处于闭合状态，符合麦子的自然生长条件。

实施例5

本实施例提供了一种基于智能给水系统的水稻田给水装置，与上述实施例1至4的区别在于，本装置包括供水装置1、蓄水装置和智能水阀2，所述蓄水装置与所述供水装置1连通，所述供水装置1采用湖泊、河流等作为水源，由于种植水稻需要大量的水分，故增设蓄水装置提供水源，节约用水；

具体地，所述蓄水装置为多个蓄水箱/蓄水桶，通过收集雨水来储备水源；

具体地，根据水稻的生长环境，第一湿度传感器2021的检测阈值F1比较大、持续时间T1较短，当所述第一湿度传感器2021检测到的湿度值低于F1一定时间T1后即进行给水，一次给水量X较大，平衡时间T2根据灌溉面积决定；所述第二湿度传感器2022的检测阈值F2比较大，持续时间T3较短、空气湿度增长值F3较大，当所述第二湿度传感器2022检测到的湿度值高于F2或者在T3时间内增长了F3，所述电磁阀204才会处于闭合；F1、T1、F2、T2、T3、F3、X根据实际情况设定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种智能给水系统，其特征在于，包括供水装置(1)和智能水阀(2)，所述供水装置(1)链接多个所述智能水阀(2)，每个所述智能水阀(2)单独控制一片灌溉区域；所述智能水阀(2)包括主机控制器(201)以及与所述主机控制器(201)电连接的检测模块(202)、通讯模块(203)和电磁阀(204)，所述电磁阀(204)设置在所述供水装置(1)的出水口，所述电磁阀(204)处于常闭状态，且内置流量计；所述给水系统通过所述检测模块(202)检测植物生长的环境数据，并通过所述通讯模块(203)将所述检测模块(202)检测到的环境数据发送给所述主机控制器(201)，所述主机控制器(201)对所述环境数据进行分析对比，当所述环境数据满足给水条件时，所述主机控制器(201)将控制所述电磁阀(204)开启并带动所述流量计开始计量，直至流完预设给水量才关闭所述电磁阀(204)。

2.根据权利要求1所述的一种智能给水系统，其特征在于，所述检测模块(202)包括多个第一湿度传感器(2021)和多个第二湿度传感器(2022)；

所述第一湿度传感器(2021)用于检测植物生长的土壤湿度值，所述第二湿度传感器(2022)用于检测植物生长的空气湿度值。

3.根据权利要求1所述的一种智能给水系统，其特征在于，所述通讯模块(203)包括数据收发单元(2031)和数据存储单元(2032)。

4.根据权利要求1所述的一种智能给水系统，其特征在于，所述供水装置(1)包括水源、恒压水泵和管道。

5.根据权利要求1所述的一种智能给水系统，其特征在于，所述智能水阀(2)采用低压直流电源，通过电池/直流电源供电。

6.一种智能给水系统的量化给水方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：根据植物品种通过主机控制器(201)设置第一湿度传感器(2021)的检测阈值F1和持续时间T1，再根据灌溉面积设置每次灌溉的给水量X；

步骤B：通过所述主机控制器(201)设置第二湿度传感器(2022)的检测阈值F2、持续时间T3和湿度增长值F3；

步骤C：当所述第一传感器、第二传感器检测到的环境数据满足给水条件时，所述主机控制器(201)会控制电磁阀(204)开启对植物进行一次给水，当给水量达到预设值X后，所述主机控制器(201)会关闭所述电磁阀(204)；

步骤D：根据土壤的吸水能力/疏松程度通过所述主机控制器(201)设置一个平衡时间T2；在完成一次浇灌后，需要经过一个平衡时间T2后再进行湿度检测，使土壤充分的吸收水分，从而保证湿度测量的精准性。

7.根据权利要求6所述的一种智能给水系统的量化给水方法，其特征在于，步骤C中所述给水条件包括a和b；

a：所述第一湿度传感器(2021)检测到土壤的湿度值在T1时间内持续低于F1；

b：所述第二湿度传感器(2022)检测到的空气湿度值低于F2或者在T3时间内的增长值低于F3。