CN108496507A - 一种利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置及方法。该装置包括雨水收集系统、冷凝水收集系统、净水系统和太阳能驱动系统和智能灌溉系统；智能灌溉系统主要包括气孔计、土壤养分传感器、控制器、灌溉喷头、液体肥料储存箱和施肥喷头；控制器分别与第四水泵、第五水泵、气孔计和土壤养分传感器相连，净水箱通过管道与第四水泵连接，第四水泵还通过管道与灌溉喷头相连；液体肥料储存箱通过管道与第五水泵的一端相连，第五水泵的另一端通过管道与施肥喷头连接；土壤养分传感器埋于土壤中；气孔计与待灌溉植被叶片相接触；本发明在保证植物正常生长的同时对水肥等资源进行及时监控及判断，提高水肥的利用率。

Description

一种利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置及方法

技术领域

本发明涉及一种灌溉施肥装置，特别是涉及一种可收集利用非传统水源的、采用调控策略的可智能调控的、并且采用太阳能驱动的节能环保低成本的智能灌溉施肥装置及方法，属于风景园林技术领域。

背景技术

在可持续发展的国家建设道路上，我国水资源总量少，人均水资源贫乏，是一个干旱缺水严重的国家。并且近些年来，在缺水又饱受洪涝灾害情况下，把雨水收集利用起来，视为重要的水资源用水，利用设施积蓄和再利用，用于绿化浇水及景观用水等等方面是一个极其有意义的措施。从利用雨水的同时也考虑到建筑的冷凝水等非传统的水源的利用，因此也加入建筑中的冷凝水的利用。另外考虑到绿化灌溉系统尽量采用智能化，可根据植物体内水分丰富程度检测来判断是否需要灌溉，实现智能化系统。除了灌溉也考虑到绿化管理中需要施肥给予养分，因此施肥上也采用智能化系统，方便建筑周边的立体绿化的灌溉与施肥等管理。此外利用了太阳能驱动整个系统，以体现现代的节能环保理念。

中国发明专利申请201511033675.7公开了一种利用雨水灌溉的太阳能智能灌溉系统，包括供水泵、以及大棚内各区域的供水节点上设置的节点灌溉装置；对应每一所述节点灌溉装置在该片区域内均设有数据处理单元和监控单元；所述供水泵、各节点灌溉装置、数据处理单元以及监控单元均由太阳能组件供电。所述大棚上设置有若干雨水收集器，在雨水收集器下方设有蓄水池；所述第一供水管路上设有控制该管路中水流通断的电磁阀，在所述蓄水池内设有控制该电磁阀启闭的液位开关。该发明利用若干雨水收集器来收集雨水，先利用雨水对大棚进行浇灌作业，并将采集的太阳能储存在蓄电池内，为各用电装置供电，不仅节能环保，并且降低了生产成本。该专利主要针对农业生产中的农业灌溉，仅仅利用雨水，且节水效果有限。

中国发明专利申请201410750485.6公开了一种设置在园林内的蓄水及智能灌溉装置，在园林雨水汇集区域开设有蓄水池，并设进水管至水泵，出水管与园林滴管系统相接，在水泵上设有启停控制芯片，其芯片与连接在园林内的湿度检测探头连接，当探头检测湿度信号低于启停控制芯片的限值后，控制芯片就可以控制水泵工作，实现智能化灌溉。但此发明专利主要利用于坡地园林雨水汇集区进行雨水收集利用，以达到节水、降耗的园林智能灌溉目的，但以湿度作为灌溉的依据，节水效果有限。

中国发明专利申请201510965486.7公开了一种自动化园林绿化灌溉系统，通过雨水蓄水模块存储雨水之后，通过水泵加压至主输水管到储液箱，再经由储液水管和入水管至灌溉系统，而灌溉系统主要靠土壤水分传感器检测土壤水分缺水与否，再由其传感器连接电磁阀和水泵从而驱动喷灌系统。但该申请以土壤水分传感器检测土壤水分缺水与否作为灌溉的依据，对植物的个性需求考虑不足，节水效果有限。

现有技术通过插在土壤中一定深度的传感器来监测土壤水分从而来判断灌溉与否，但是由于土壤水分传感器仪器测量范围比较少，并且没有考虑到土壤水分中的迁移，当在土壤中表面水分被蒸发，造成土壤水分不均匀，其深层土壤的水分比表层土壤水分要多，水分便从深层迁移至表层，使得水分传感器所出来的土壤含水量数据往往比较片面，并不能准确得出整个土壤中的水分含量。根据土壤中设置的水分传感器来灌溉时间及次数，并不根据植物实际是否需水的情况来进行灌溉，存在着不科学及浪费珍贵的水资源的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种可以收集利用雨水及建筑空调冷凝水非传统水源，并配合施肥的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置及方法，实现及时施肥和灌溉，并针对植物个性缺水情况实施灌溉，可实现有效节省水源10％以上。

本发明对绿化管理中的灌溉和施肥等养护措施进行其气孔阻力和养分的阈值进行限定，特别是通过设置在叶子上的气孔计对植物体内的水分进行测定和养分传感器进行全天实时监测，再把数据反馈至绿化智能管理控制器，与先前设定的阈值进行对比判断，从而能及时智能地作出绿化管理的判断控制，能及时灌溉或者施肥。当监测到的气孔阻力或土壤养分值低于植物设定的气孔阻力或所需养分阈值时，启动开始自动灌溉或自动施肥，当灌溉达到植物正常气孔阻力低谷值或施肥使得土壤养分达到土壤养分饱和值时，则采取停止自动喷灌及自动施肥。本发明利用太阳能驱动整个系统，使得其系统能够独自运作，既能环保、智能、降低绿化管理难度的同时也能节能降耗，可谓一举三得。

特别是本发明发现采用气孔计来对植物需水与否进行识别非常符合植物对水的真实需求。气孔计仪器通常被使用于植物的蒸腾作用、降温作用中的监测，尚未用作于监测植物体内的水分以及判断是否需水的参数，本发明首次应用气孔计判断到植物是否需水，比土壤水分传感器灌溉装置节水10％以上，可高效利用珍贵的水资源。

本发明适用于建筑以及组合建筑周边立体绿化灌溉及施肥等管理，以收集利用非传统水源来改善智能浇灌和施肥等周边园林绿化技术方面工程，环保地利用非传统水源和太阳能，实现节能、节水、省肥料以及自动灌溉与施肥于一体。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，包括雨水收集系统、冷凝水收集系统、净水系统和太阳能驱动系统和智能灌溉系统；

所述雨水收集系统主要包括雨水收集器和蓄水箱；雨水收集器通过管道与初期弃流过滤装置的一端连接，初期弃流过滤装置的另一端通过管道与蓄水箱连接；

所述冷凝水收集系统主要包括凝水收集蓄水箱、冷凝水水管和蓄水箱；冷凝水水管与凝水收集蓄水箱相连，凝水收集蓄水箱通过管道与蓄水箱连接，连接的管道上设有第一水泵；

所述净水系统主要包括过滤砂缸、消毒处理器和净水箱；滤砂缸的一端通过管道与蓄水箱连接，滤砂缸与蓄水箱相连的管道上设有第二水泵，滤砂缸的另一端通过管道与净水箱连接，滤砂缸与净水箱相连的管道上设有连接器，连接器通过管道与消毒处理器相连，连接器与消毒处理器相连的管道上设有第三水泵；

所述智能灌溉系统主要包括气孔计、土壤养分传感器、控制器、灌溉喷头、液体肥料储存箱和施肥喷头；控制器分别与第四水泵、第五水泵、气孔计和土壤养分传感器相连，净水箱通过管道与第四水泵连接，第四水泵还通过管道与灌溉喷头相连；液体肥料储存箱通过管道与第五水泵的一端相连，第五水泵的另一端通过管道与施肥喷头连接；土壤养分传感器埋于土壤中；气孔计与待灌溉植被叶片相接触；

所述太阳能驱动系统主要包括太阳能光伏板和电箱；电箱内置蓄电池，太阳能光伏板与电箱连接，电箱通过电线分别与第一水泵、第二水泵、消毒处理器、第三水泵、控制器、第四水泵、和第五水泵连接。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述初期弃流过滤装置内顶端设有弃流管，所述蓄水箱内部底端和顶端分别设有第一最低水位液位计和第一最高水位液位计。

优选地，所述雨水收集器采用5寸的天沟雨水槽安装在坡屋顶边缘，初期弃流过滤装置采用JZQL-E200的电动雨水弃流装置，第一最低水位液位计和第一最高水位液位计采用UHZ-25型磁浮子液位；优选弃流管为PVC水管。

优选地，所述冷凝水收集蓄水箱内底端和顶端分别设有第二最低水位液位计和溢流管；冷凝水收集蓄水箱设有溢流管；冷凝水水管及溢流管都采用PVC水管，第二最低水位液位计采用UHZ-25型磁浮子液位计，第一水泵采用直流太阳能专用水泵P452012B00。

优选地，所述净水箱内部底端和顶端设有第三最低水位液位计和第二最高水位液位计，净水箱内顶端设有浮球阀，净水箱与市政水管连接；第二水泵采用直流太阳能专用水泵P452012B00，消毒处理器采用YC-09型号的一体化加药装置；过滤砂缸采用YC-07型号的砂缸过滤器，浮球阀采用水箱不锈钢浮球阀，第三最低水位液位计和第二最高水位液位计采用UHZ-25型磁浮子液位计。

优选地，所述液体肥料储存箱选用规格为500ml的水箱，第五水泵选用品牌ZKSJ型号为DC30A的3m扬程磁力水泵；液体肥料储存箱和第五水泵都为多个，每个液体肥料储存箱和一个第五水泵连接，不同液体肥料储存箱存放不同的液体肥料。

优选地，所述控制器采用可编程单片机；所述的气孔计采用SC-1气孔计；所述的养分传感器采用中国科学院合肥物质科学研究院发明公开了一种土壤养分传感器，第四水泵采用直流太阳能专用水泵P452012B00。

优选地，所述太阳能光伏板采用非晶硅太阳薄膜，电箱采用电气控制器。

应用所述装置的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥方法：通过雨水收集系统和冷凝水收集系统对非传统水源进行收集后经由净水系统进行初步净化，通过对智能灌溉施肥系统的设定其灌溉和施肥的调控策略，对气孔计和土壤养分传感器上传的数据和用户设定的数值进行比较，判断灌溉和施肥与否，通过控制水泵进行灌溉或施肥；其中，当气孔计检测到气孔阻力在800-900s/m范围内表示植物生理上供水不足，采取水分灌溉的措施；当气孔计检测到气孔阻力低于100-200s/m时，停止灌溉的判断。

优选地，当土壤养分传感器检测到土壤养分的氮元素数值低于1％时，施氮肥，直到土壤养分中的氮元素回升至5％时，停止施氮肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的磷元素数值低于0.1％时，施磷肥，直到土壤养分中的磷元素回升至0.4％时，停止施磷肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的钾元素数值低于1％时，施钾肥，直到土壤养分中的钾元素回升至2％时，停止施钾肥。当土壤养分传感器检测到土壤养分的钙元素数值低于0.2％时，施钙肥，直到土壤养分中的钙元素回升至1％时，停止施钙肥。

气孔计仪器通常被使用于植物的蒸腾作用、降温作用中的监测，尚未用作于监测植物体内的水分以及判断是否需水的参数，而在此使用气孔计能更加直接准确监测判断到植物是否需水。本发明发现，气孔阻力参数能从植物生理状态上判断其内部的水分情况，是否受到了土壤水分减少的胁迫，能准确直接地反映植物的是缺水还是饱水的状态，由于土壤水分而引起的植物生理作用的变化远比土壤水分传感器来进行测量更加灵敏迅速，并且对植物体内的水分能被充分有效率地利用十分重要。

当被测到的叶片的气孔阻力相对较小的时候，体内水量大，并且其光合作用旺盛，土壤中含水率也相对较大，并且当土壤中含水率或者是植物的含水率达到饱和的时候，气孔阻力的数值较低甚将出现谷值；反而言之，当叶片的气孔阻力相对较大的时候，水分进出叶片的气孔受阻力增大，甚至将达到峰值；

当气孔计检测到气孔阻力在800-900s/m范围内表示植物生理上供水不足；当经过土壤的水分补充之后，植物体内的水分有所上升，到达饱和值的时候，气孔计所监测到气孔阻力低于100-200s/m时，植物体内的水分满足生长需求，无需灌溉，通过气孔计传送数值到达控制器，做出停止灌溉的判断。本发明通过气孔阻力这个植物的生理参数能快速灵敏地对植物体内的水分状况进行反映，从而进行相应的灌溉判断，灌溉依据完全以植物需要为准，可以在满足植物正常生长情况下，实现节约用水，避免无效灌溉，比现有技术土壤水分传感器灌溉方式至少节水10％以上。

本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明采用的是利用放置在叶子上的气孔计对其植物叶子上的气孔阻力进行测量，较为迅速、灵敏地掌握到植物体内的缺水还是饱水状态，设定更加合理的灌溉策略，从而能够更加充分地利用水分。

(2)本发明采用可节水的自动灌溉调控方式，当通过叶片上的气孔计监测到植物的气孔阻力超过800-900s/m，判断植物体内的水分较少，开始受到缺水胁迫，则采取自动灌溉的调控策略，而当自动喷灌使得土壤水分上升，使得气孔阻力得以减少至100-200s/m的范围内，则停止自动灌溉，在保证植物正常生长情况下，制定较高效率的灌溉策略，而又能达到节水的目标。

(3)本发明采用了非传统水源，不仅仅收集利用了雨水资源更是把建筑空调冷凝水作为水资源之一进行利用；在某特定时候建筑空调冷凝水量可以达到比较大，将其两者非传统水源进行收集利用，将大大节省浇灌绿化的水资源的利用，达到很好的节能环保。

(4)本发明采用气孔计、土壤中的养分传感器进行了智能化控制，通过绿化叶片上的气孔计测定植物中的气孔阻力和土壤养分传感器感应土壤中的养分的变化，将其数据输送到单片计算机中，在此之前用户可以通过单片计算机来设定其气孔阻力、养分等参数的最高限制或最低限值，通过计算机来进行对比处理看是否低于最高或最低限值，从而进行判断是否应该采取灌溉或者施肥措施，再通过数据线等传送指令至灌溉水泵或者施肥水泵上，从而启动水体或者液体肥料加压从自个喷头喷出，达到灌溉或施肥的效果以维持其植物较优的生长环境以及达到智能化绿化管理。

(5)本发明采用了太阳能驱动，使用太阳能光伏板来收集太阳能并且转化成电能存蓄在电箱的蓄电池中，为整套系统提供电能，达到了节能降耗的绿色节能作用。

附图说明

图1为本发明利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置的结构示意图。

图2为图1的计算器逻辑云运算流程图。

图中示出：雨水收集器1、雨水初期弃流过滤装置2、弃流管3、蓄水箱4、第一最低水位液位计5、第一最高水位液位计6、冷凝水水管7、冷凝水集水箱8、第二最低水位液位计9、溢流管10、第一水泵11、第二水泵12、过滤砂缸13、消毒处理器14、第三水泵15、净水箱16、浮球阀17、市政水管18、第二最高水位液位计19、第三最低水位液位计20、气孔计21、土壤养分传感器22、控制器23、第四水泵24、灌溉喷头25、液体肥料储存箱26、第五水泵27、施肥喷头28、太阳能光伏板29、电箱30、电线31。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限性于实施方式表示的范围。

如图1所示，一种利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，包括雨水收集系统、冷凝水收集系统、净水系统和太阳能驱动系统和智能灌溉系统；

所述雨水收集系统主要包括雨水收集器1和蓄水箱4；雨水收集器1通过管道与初期弃流过滤装置2的一端连接，初期弃流过滤装置2的另一端通过管道与蓄水箱4连接。所述初期弃流过滤装置2内顶端设有弃流管3，蓄水箱4内部底端和顶端分别设有第一最低水位液位计5和第一最高水位液位计6；优选弃流管3为PVC水管。

优选地，雨水收集器1采用5寸的天沟雨水槽安装在坡屋顶边缘，初期弃流过滤装置2采用JZQL-E200的电动雨水弃流装置，第一最低水位液位计5和第一最高水位液位计6采用UHZ-25型磁浮子液位计。

在通过雨水收集器1后，连接水管至初期弃流过滤装置2中。这是由于初期降雨的前一段时间内一般污染比较严重，对后期雨水过滤净化有一定影响，因此要通过流量控制来进行初期雨水弃流处理，前期较为脏的雨水通过弃流管3排出。处理后的雨水进过水管存蓄至蓄水箱4中，蓄水箱内有标注第一最低水位液位计5和第一最高水位液位计6各一个，第一最高水位液位6计用以确认水箱最大容量，超过其最大容量之后雨水将溢流出水箱；第一最低水位液位计5用以保证水泵12运作正常，以防出现没水而使得水泵12烧坏的情况发生。

所述冷凝水收集系统主要包括凝水收集蓄水箱8、冷凝水水管7和蓄水箱4；冷凝水水管7通过管道与凝水收集蓄水箱8相连，凝水收集蓄水箱8通过管道与第一水泵11连接并由第一水泵11通过管道与蓄水箱4连接；

所述冷凝水收集蓄水箱8内底端和顶端分别设有第二最低水位液位计9和溢流管10；通过冷凝水水管7把所有的冷凝水收集至冷凝水集水箱8，集水箱内部置有第二最低水位液位计9，以保证其系统中的第一水泵11运作正常，通过第一水泵11加压使得冷凝水存蓄至雨水收集系统中的蓄水箱4，而过多的冷凝水将通过溢流管10溢出。

优选地，冷凝水水管7及溢流管10都采用PVC水管，第二最低水位液位计9采用UHZ-25型磁浮子液位计，第一水泵11采用直流太阳能专用水泵P452012B00。

所述净水系统主要包括过滤砂缸13、第三水泵15、消毒处理器14和净水箱16；滤砂缸13的一端通过管道与蓄水箱4连接，滤砂缸13与蓄水箱4相连的管道上设有第二水泵12，滤砂缸13的另一端通过管道与净水箱16连接，滤砂缸13与净水箱16相连的管道上设有连接器，连接器通过管道与消毒处理器14相连，连接器与消毒处理器14相连的管道上设有第三水泵15；

所述净水箱16内部底端和顶端设有第三最低水位液位计20和第二最高水位液位计19，净水箱16内顶端设有浮球阀17，净水箱16与市政水管18连接；优选地，第二水泵12优选采用直流太阳能专用水泵P452012B00，消毒处理器14可采用YC-09型号的一体化加药装置；过滤砂缸13可采用YC-07型号的砂缸过滤器，净水箱16的规格可为150×87×90cm，容量1000L，蓄水箱4的规格可为88×42×cm，容量150L，浮球阀17采用水箱不锈钢浮球阀，第三最低水位液位计20和第二最高水位液位计19采用UHZ-25型磁浮子液位计。

收集到的非传统水源加压至过滤砂缸13进行过滤之后通过消毒水泵15把消毒处理器14中的消毒液打进水管中进行细菌消毒，以保证净水箱储存的水体干净不发臭，而第三最高水位的液位计19用以标注净水箱最大容量，第三最低水位液位计20用以保证水泵正常运行，并且考虑到了极端情况：雨水及冷凝水不足而导致灌溉无法进行，净水箱16外接市政水管18以防万一，当净水箱内容量满了，浮球阀17用于市政水管18关闭，保证净水箱16有足够的水体用以灌溉。

所述智能灌溉系统主要包括气孔计21、土壤养分传感器22、控制器23、第四水泵24、灌溉喷头25、液体肥料储存箱26、第五水泵27和施肥喷头28；

控制器23分别与第四水泵24、第五水泵27、气孔计21和土壤养分传感器22相连，净水箱16通过管道与第四水泵24连接，第四水泵24还通过管道与灌溉喷头25相连；液体肥料储存箱26通过管道与第五水泵27的一端相连，第五水泵27的另一端通过管道与施肥喷头28连接；土壤养分传感器22埋于土壤中；气孔计21与待灌溉植被叶片相接触。液体肥料储存箱26优选为规格为500ml的水箱，第五水泵27优选为品牌ZKSJ型号为DC30A的3m扬程磁力水泵，液体肥料储存箱26和第五水泵27都优选为多个，每个液体肥料储存箱26和一个第五水泵27连接，不同液体肥料储存箱26存放不同的液体肥料。

优选地，控制器23为可编程单片机，气孔计21采用SC-1气孔计，养分传感器22采用中国科学院合肥物质科学研究院发明公开了一种土壤养分传感器，电线电缆采用规格RVV3*1.5，第四水泵24采用直流太阳能专用水泵P452012B00。

通过放置在在植物叶片上的气孔计21对叶片上的气孔阻力进行监测和土壤中的养分传感器22对土壤主要肥料元素进行监测，将其数据传送至控制器23中，计算器可以由用户输入其设定的调控策略，若其水分或养分低于其设定值，则判断为需要灌溉或液体施肥，发送指令至第四水泵24或者第五水泵27，从而驱动水体或者液体肥料从喷头喷出进行灌溉或施肥。在此系统中，其液体施肥系统是和水体灌溉系统各种独立，受控制器23的控制。

所述太阳能驱动系统主要包括太阳能光伏板29和电箱30；电箱30内置蓄电池，太阳能光伏板29与电箱30连接，电箱30通过电线31分别与第一水泵11、第二水泵12、消毒处理器14、第三水泵15、控制器23、第四水泵24、和第五水泵27连接；太阳能光伏板29采用非晶硅太阳薄膜，电箱30采用电气控制器，受到温湿度感应控制。太阳能光伏29发电连接至电气控制器以在充放电时采用双重保护，防止蓄电池过度充电和放电，通过电线连接到各个系统的需电构件单元中去。

本发明在对绿化管理中的灌溉和施肥等养护措施中进行其水分和养分的阈值值进行限定，并且通过叶片上的气孔计和养分传感器进行全天实时监测，再把数据反馈至绿化智能管理控制器，与先前设定的阈值进行对比判断，从而能及时智能地作出绿化管理的判断控制，能及时灌溉或者施肥。通过太阳能光伏板29将太阳能转化为电能存蓄至电箱30当中，以供整个系统运作。

利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥方法：通过雨水收集系统和冷凝水收集系统对非传统水源进行收集后经由净水系统进行初步净化，通过对智能灌溉施肥系统的设定其灌溉和施肥的调控策略，对气孔计21和土壤养分传感器22上传的数据和用户设定的数值进行比较，判断灌溉和施肥与否，通过控制控制第四水泵24和第五水泵27进行灌溉或施肥；其中，当气孔计21检测到气孔阻力在800-900s/m范围内表示植物生理上供水不足，采取水分灌溉的措施；当气孔计21检测到气孔阻力低于100-200s/m时，停止灌溉的判断。

土壤中主要有效成分为氮、磷、钾、钙等等，针对这主要的四种元素进行施肥的调控策略：当土壤养分传感器检测到土壤养分的氮元素数值低于1％时，施氮肥，直到土壤养分中的氮元素回升至5％时，停止施氮肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的磷元素数值低于0.1％时，施磷肥，直到土壤养分中的磷元素回升至0.4％时，停止施磷肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的钾元素数值低于1％时，施钾肥，直到土壤养分中的钾元素回升至2％时，停止施钾肥。当土壤养分传感器检测到土壤养分的钙元素数值低于0.2％时，施钙肥，直到土壤养分中的钙元素回升至1％时，停止施钙肥。

本发明采用了非传统水源，不仅收集利用了雨水资源，而且将建筑空调冷凝水当做水源来源之一进行收集利用，将其两者非传统水源进行收集利用，将大大节省浇灌绿化的水资源的利用，达到很好的节能环保。

本发明首次使用气孔计来对植物需水与否进行更科学跟准确监测与判断，能优化传感器灌溉装置中土壤水分传感器测量范围小及没考虑水分迁移等缺点；现有技术中气孔计仪器通常被使用于植物的蒸腾作用、降温作用中的监测，尚未用作于监测植物体内的水分以及判断是否需水的参数，本发明发现用气孔计能更加直接准确监测判断到植物是否需水，并且预估能比传感器灌溉装置节水10％。

申请人发现，植物没有受到土壤水分减少的胁迫，其土壤供水速率大于叶片蒸腾速率，此时气孔充分开启；当土壤中含水率或植物的含水率达到饱和时其气孔阻力最小。反而言之，当土壤供水速率低于叶片的蒸腾速率，叶片水分供水出现不平衡，气孔收缩、阻力增大，甚至将达到峰值，使得蒸腾速率减小，如此反复。从本质上来说，这是植物在体内对水分亏缺的一种生理调节，调节的次数和气孔开启增大的程度取决于叶片水分亏缺的程度。因此，气孔阻力参数能从植物生理状态上显示其内部的水分情况，判断植物是否受到了土壤水分减少的胁迫，能准确直接地反映植物的是缺水还是饱水的状态。本发明首次确定，气孔阻力值的变化不受土壤含水量的影响；当土壤的相对持水量超过100％或少于70％时，气孔阻力值都会增大。气孔阻力与土壤水势之间存在着指数关系。气孔计21检测到气孔阻力在800-900s/m范围内表示植物生理上供水不足，进行灌溉，气孔计21检测到气孔阻力低于100-200s/m时，停止灌溉。而通过设定土壤含水量来判断进行灌溉存在比较大的误差及延时，经测试，在基本相同的灌溉要求下，传感器灌溉方式比本本发明需要增加10％的水量。

Claims (10)

1.一种利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，包括雨水收集系统、冷凝水收集系统、净水系统和太阳能驱动系统和智能灌溉系统；

所述雨水收集系统主要包括雨水收集器和蓄水箱；雨水收集器通过管道与初期弃流过滤装置的一端连接，初期弃流过滤装置的另一端通过管道与蓄水箱连接；

所述冷凝水收集系统主要包括凝水收集蓄水箱、冷凝水水管和蓄水箱；冷凝水水管与凝水收集蓄水箱相连，凝水收集蓄水箱通过管道与蓄水箱连接，连接的管道上设有第一水泵；

所述净水系统主要包括过滤砂缸、消毒处理器和净水箱；滤砂缸的一端通过管道与蓄水箱连接，滤砂缸与蓄水箱相连的管道上设有第二水泵，滤砂缸的另一端通过管道与净水箱连接，滤砂缸与净水箱相连的管道上设有连接器，连接器通过管道与消毒处理器相连，连接器与消毒处理器相连的管道上设有第三水泵；

所述智能灌溉系统主要包括气孔计、土壤养分传感器、控制器、灌溉喷头、液体肥料储存箱和施肥喷头；控制器分别与第四水泵、第五水泵、气孔计和土壤养分传感器相连，净水箱通过管道与第四水泵连接，第四水泵还通过管道与灌溉喷头相连；液体肥料储存箱通过管道与第五水泵的一端相连，第五水泵的另一端通过管道与施肥喷头连接；土壤养分传感器埋于土壤中；气孔计与待灌溉植被叶片相接触；

所述太阳能驱动系统主要包括太阳能光伏板和电箱；电箱内置蓄电池，太阳能光伏板与电箱连接，电箱通过电线分别与第一水泵、第二水泵、消毒处理器、第三水泵、控制器、第四水泵、和第五水泵连接。

2.根据权利要求1所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述初期弃流过滤装置内顶端设有弃流管，所述蓄水箱内部底端和顶端分别设有第一最低水位液位计和第一最高水位液位计。

3.根据权利要求2所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述雨水收集器采用5寸的天沟雨水槽安装在坡屋顶边缘，初期弃流过滤装置采用JZQL-E200的电动雨水弃流装置，第一最低水位液位计和第一最高水位液位计采用UHZ-25型磁浮子液位；优选弃流管为PVC水管。

4.根据权利要求1所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述冷凝水收集蓄水箱内底端和顶端分别设有第二最低水位液位计和溢流管；冷凝水收集蓄水箱设有溢流管；冷凝水水管及溢流管都采用PVC水管，第二最低水位液位计采用UHZ-25型磁浮子液位计，第一水泵采用直流太阳能专用水泵P452012B00。

5.根据权利要求1所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述净水箱内部底端和顶端设有第三最低水位液位计和第二最高水位液位计，净水箱内顶端设有浮球阀，净水箱与市政水管连接；第二水泵采用直流太阳能专用水泵P452012B00，消毒处理器采用YC-09型号的一体化加药装置；过滤砂缸采用YC-07型号的砂缸过滤器，浮球阀采用水箱不锈钢浮球阀，第三最低水位液位计和第二最高水位液位计采用UHZ-25型磁浮子液位计。

6.根据权利要求1所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述液体肥料储存箱选用规格为500ml的水箱，第五水泵选用品牌ZKSJ型号为DC30A的3m扬程磁力水泵；液体肥料储存箱和第五水泵都为多个，每个液体肥料储存箱和一个第五水泵连接，不同液体肥料储存箱存放不同的液体肥料。

7.根据权利要求1所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述控制器采用可编程单片机；所述的气孔计采用SC-1气孔计；所述的养分传感器采用中国科学院合肥物质科学研究院发明公开了一种土壤养分传感器，第四水泵采用直流太阳能专用水泵P452012B00。

8.根据权利要求1所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥装置，其特征在于，所述太阳能光伏板采用非晶硅太阳薄膜，电箱采用电气控制器。

9.应用权利要求1-8任一项所述装置的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥方法，其特征在于，通过雨水收集系统和冷凝水收集系统对非传统水源进行收集后经由净水系统进行初步净化，通过对智能灌溉施肥系统的设定其灌溉和施肥的调控策略，对气孔计和土壤养分传感器上传的数据和用户设定的数值进行比较，判断灌溉和施肥与否，通过控制水泵进行灌溉或施肥；其中，当气孔计检测到气孔阻力在800-900s/m范围内表示植物生理上供水不足，采取水分灌溉的措施；当气孔计检测到气孔阻力低于100-200s/m时，停止灌溉的判断。

10.根据权利要求9所述的利用太阳能和非传统水源的智能灌溉施肥方法，其特征在于，当土壤养分传感器检测到土壤养分的氮元素数值低于1％时，施氮肥，直到土壤养分中的氮元素回升至5％时，停止施氮肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的磷元素数值低于0.1％时，施磷肥，直到土壤养分中的磷元素回升至0.4％时，停止施磷肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的钾元素数值低于1％时，施钾肥，直到土壤养分中的钾元素回升至2％时，停止施钾肥；当土壤养分传感器检测到土壤养分的钙元素数值低于0.2％时，施钙肥，直到土壤养分中的钙元素回升至1％时，停止施钙肥。