CN109302972A - 一种基于设施作物冠层积温的智能灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，包括温度传感器和灌溉控制系统；所述温度传感器放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的气温数据；所述灌溉控制系统定时对所述温度传感器进行数据采集，并将采集的气温数据累积计算积温，将设定时间段内的积温与预先设定的临界积温进行比较，当实测积温值大于预先设定的临界积温时，所述灌溉控制系统执行预设灌溉策略，并发送信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启，向所述设施进行灌溉，达到灌溉策略设定的灌溉要求，所述电磁阀关闭，完成此次灌溉，等待进入下一次灌溉。本发明可以广泛应用于温室或大棚等设施的农业灌溉中。

Description

一种基于设施作物冠层积温的智能灌溉系统

技术领域

本发明涉及一种基于积温的智能灌溉系统，属于自动灌溉技术领域。

背景技术

我国是一个水资源严重短缺的国家，水资源供需矛盾突出仍然是可持续发展的主要瓶颈。农业是用水大户，近年来农业用水量约占经济社会用水总量的62％，部分地区高达90％以上，农业用水效率不高，节水潜力很大。同时我国还面临着土地资源和农业劳动力紧缺的严峻形势。大力发展以规模化、节约化和园区化为特征的现代农业，转变农业方式，实现资源节约，提高土地产出率、劳动生产率以及资源的利用率是必然要求。灌溉自动化是现代设施农业的重要技术环节，一般与微灌施肥技术结合应用，可最大限度的减少灌溉施肥用工，实现定量精确供水供肥，促进作物优质、高产，是今后发展的方向。目前，我国常用的智能灌溉系统主要有两种，一种是依据墒情进行智能灌溉决策的灌溉系统，另一种是人工设定时序自动灌溉系统。

依据墒情进行智能灌溉决策的灌溉系统应用较为广泛，其最大的限制因素是设施内土壤墒情分布均匀性差，主要原因包括设施内棚膜上附着的露水通常在棚膜下凹处聚集并滴入土壤；自然降水会在通风口处进入设施土壤；传统地面灌溉条件下地势高低也是影响墒情分布的重要因素。由于于土壤墒情传感器价格较高，生产中每个设施一般只能布置1个墒情传感器，而设施内的土壤墒情分布均匀性一般不如大田，因此墒情传感器的埋设位置十分关键，导致灌溉决策的准确性较差。

人工设定时序自动灌溉系统需要根据农事生产经验，综合考虑作物、茬口及天气的不断变化，对管理者生产技术水平要求较高，且需要大量的手动调节，人工干扰因素大，比如，遇到连续阴天时，必须人工关闭时序自动灌溉系统或减少灌溉水量，否则会导致设施内湿度过高，甚至导致作物感染病害，难以真正实现精准化灌溉。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于积温的智能灌溉系统，该系统相对于现有技术中的灌溉系统更加简单、方便、成本低、精确度高，从而能够实现更精确的灌溉。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于积温的智能灌溉系统，包括温度传感器和灌溉控制系统；所述温度传感器放置在温室或大棚等设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的气温数据；所述灌溉控制系统定时对所述温度传感器进行数据采集，并将采集的气温数据累积计算积温，将设定时间段内的积温与预先设定的临界积温进行比较，当实测积温值大于预先设定的临界积温时，灌溉控制系统执行预设灌溉策略，并发送信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启，向所述设施进行灌溉，达到灌溉策略设定的灌溉要求，所述电磁阀关闭，完成此次灌溉，等待进入下一次灌溉。

在本发明的一个实施方案中，温度传感器的高度设置在作物冠层，通常在设施的南部、中部和北部各放置1个温度传感器，以3个传感器测得温度的平均值作为计算积温的依据。在可选的实施方案中，考虑到设施的大小和精确度，还可以在设施中放置4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个温度传感器。

在本发明的一个实施方案中，所述灌溉控制系统采用单片机。

在本发明的一个实施方案中，积温的计算过程为：

①温度传感器采集数据的时间间隔为T，单位min；

②各采集时刻气温值为r₁、r₂、r₃…r_i，单位℃；

③各时段间隔内平均气温(单位℃)为：r_1,2＝(r₁+r₂)/2，r_2,3＝(r₂+r₃)/2…r_i，i+1＝(r_i+r_i+1)/2；

④各时段间隔内平均积温(单位s·℃)为：R_1,2＝60T(r₁+r₂)/2，R_2,3＝60T(r₂+r₃)/2…R_i,i+1＝60T(r_i+r_i+1)/2；

⑤各时间段的累计积温(单位s·℃)为：R₁＝R_1,2，R₂＝R₁+R_2,3，R₃＝R₂+R_3,4…R_i+1＝R_i+R_i+1,i+2。

在本发明的一个实施方案中，灌溉控制系统制定的灌溉策略为：

a)上午日出后智能灌溉系统启动，积温开始累计，当R_i+1>R时，R为预先设定的临界积温，输水管路电磁阀开启，开始进行灌溉，积温自动进入下一累计过程，R值根据作物品种和生育时期调整，调节R值可实现对灌水定额(单次灌溉用水量)和灌溉周期(2次灌溉之间的时间间隔)的调整；

b)确定灌水定额及灌溉时长：

灌水定额I(m³/hm²)＝K*R，其中，K为需水系数，R为预先设定的临界积温，单位为s·℃；

灌溉时长：t(min)＝6*I/(De*q)，其中，De为滴头密度，可调，单位个/m²，q为滴头流量，L/h。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、与现有技术依据土壤墒情进行灌溉决策的方法相比，本发明采用了设施作物冠层积温作为决策依据，依据冠层积温与作物耗水量之间的定量关系进行灌溉决策，精确性大大提高，真正实现了精确化灌溉；2、本发明的灌溉控制系统执行预设灌溉策略，是基于冠层积温与作物耗水量之间的定量关系进行灌溉决策，因此，即使在连续阴天或低温寡照时也能根据作物需水量的降低相应减少或停止灌溉，从而实现确定量的灌溉决策，与人工设定的时序自动灌溉相比更加精确，有效节省人工成本，减少人为干扰因素。本发明可以广泛应用于温室或大棚等设施的农业灌溉中。

附图说明

图1是本发明基于积温的智能灌溉系统结构示意图。

图2是本发明基于积温的智能灌溉系统的灌溉策略流程图。

具体实施方案

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

在本发明的一个实施方案中，本发明的基于积温的智能灌溉系统包括温度传感器1和灌溉控制系统2；温度传感器1放置在温室或大棚等设施3的环境监测节点，用于采集设施内的气温数据，灌溉控制系统2定时对温度传感器1进行数据采集，并将采集的气温数据累积计算积温，将设定时间段内的积温与预先设定的临界积温进行比较，当实测积温值大于预先设定的临界积温时，灌溉控制系统执行预设灌溉策略，并发送信号到灌溉控制柜4，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀5开启，向该设施3进行灌溉，达到灌溉策略设定的灌溉要求，电磁阀5关闭，此次灌溉过程结束，等待进入下一次灌溉过程。

上述实施方案中，温度传感器1的高度设置在作物冠层，通常一个温室在南部、中部和北部各放置1个温度传感器，以3个传感器测得温度的平均值作为计算积温的依据。

在可选的实施方案中，为了使灌溉更精确，还可以在设施中放置4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个温度传感器。

上述各实施方案中，灌溉控制系统2可以采用单片机。

上述各实施方案中，如图2所示，气温数据是一个瞬时值，而积温是经过一定时间后的温度累积值，积温的计算过程为：

①假定温度传感器采集数据的时间间隔为T，单位min，本实施方案中，T＝10min；

②各采集时刻气温值为r₁、r₂、r₃…r_i，单位℃；

③各时段间隔内平均气温(单位℃)为：r_1,2＝(r₁+r₂)/2，r_2,3＝(r₂+r₃)/2…r_i，i+1＝(r_i+r_i+1)/2；

④各时段间隔内平均积温(单位s·℃)为：R_1,2＝60T(r₁+r₂)/2，R_2,3＝60T(r₂+r₃)/2…R_i,i+1＝60T(r_i+r_i+1)/2；

⑤各时间段的累计积温：R₁＝R_1,2，R₂＝R₁+R_2,3，R₃＝R₂+R_3,4…R_i+1＝R_i+R_i+1,i+2。

在另外的实施方案中，时间间隔T可以是5min、15min、20min、30min、40min、50min、60min或更长的时间，或者上述数值之间的任一数值。

上述各实施方案中，本发明的灌溉控制系统2制定的灌溉策略为：

a)上午日出后智能灌溉系统启动，积温开始累计，当R_i+1>R时，R为预先设定的临界积温，输水管路电磁阀开启，开始进行灌溉，积温自动进入下一累计过程，R值根据作物品种和生育时期调整，调节R值可实现对灌水定额(单次灌溉用水量)和灌溉周期(2次灌溉之间的时间间隔)的调整；

b)确定灌水定额及灌溉时长：

灌水定额I(m³/hm²)＝K*R，其中，K为需水系数，R为预先设定的临界积温，单位为s·℃；

灌溉时长：t(min)＝6*I/(De*q)，其中，De为滴头密度，可调，单位个/m²，q为滴头流量，L/h。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，包括温度传感器和灌溉控制系统；

所述温度传感器放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的气温数据；

所述灌溉控制系统定时对所述温度传感器进行数据采集，并将采集的气温数据累积计算积温，将设定时间段内的积温与预先设定的临界积温进行比较，当实测积温值大于预先设定的临界积温时，所述灌溉控制系统执行预设灌溉策略，并发送信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启，向所述设施进行灌溉，达到灌溉策略设定的灌溉要求，所述电磁阀关闭，完成此次灌溉，等待进入下一次灌溉。

2.如权利要求1所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述温度传感器的高度设置在作物冠层，所述设施内的所述温度传感器的个数可以为3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个。

3.如权利要求1所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述设施内的所述温度传感器的个数可以为3个。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述灌溉控制系统采用单片机。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述积温的计算过程为：

①温度传感器采集数据的时间间隔为T，单位min；

②各采集时刻气温值为r₁、r₂、r₃…r_i，单位℃；

③各时段间隔内平均气温(单位℃)为：r_1,2＝(r₁+r₂)/2，r_2,3＝(r₂+r₃)/2…r_i，i+1＝(r_i+r_i+1)/2；

④各时段间隔内平均积温(单位s·℃)为：R_1,2＝60T(r₁+r₂)/2，R_2,3＝60T(r₂+r₃)/2…R_i,i+1＝60T(r_i+r_i+1)/2；

⑤各时间段的累计积温(单位s·℃)为：R₁＝R_1,2，R₂＝R₁+R_2,3，R₃＝R₂+R_3,4…R_i+1＝R_i+R_i+1,i+2。

6.如权利要求5所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述T值为5min、10min、15min、20min、30min、40min、50min或60min。

7.如权利要求6所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述T值为10min。

8.如权利要求5所述的一种基于积温的智能灌溉系统，其特征在于，所述灌溉策略为：

a)上午日出后智能灌溉系统启动，积温开始累计，当R_i+1>R时，R为预先设定的临界积温，输水管路电磁阀开启，开始进行灌溉，积温自动进入下一累计过程，R值根据作物品种和生育时期调整，调节R值可实现对灌水定额(单次灌溉用水量)和灌溉周期(2次灌溉之间的时间间隔)的调整；

b)确定灌水定额及灌溉时长：

灌水定额I(m³/hm²)＝K*R，其中，K为需水系数，R为预先设定的临界积温，单位为s·℃；

灌溉时长：t(min)＝6*I/(De*q)，其中，De为滴头密度，可调，单位个/m²，q为滴头流量，L/h。