CN109452150A - 一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灌溉技术领域，具体涉及一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，包括光伏水泵系统、储电装置、控制模块、湿度传感器、光照度传感器和滴灌管道；所述储电装置包括与光伏阵列电连接第二电磁开关、与第二电磁开关电连接的充放电控制器和与充放电控制器电连接的蓄电池，所述控制模块与湿度传感器和光照度传感器连接，湿度传感器埋设在柑橘根部的泥土里，用于将柑橘根部的泥土湿度值传输给控制模块，所述光照度传感器设于柑橘种植区，用于将柑橘种植区的光照强度值传输给控制模块。该系统能够充分利用非储水期间光伏矩阵所产生的电量；控制模块连接有湿度传感器和光照度传感器，避免在太阳光照强烈时对柑橘浇水对柑橘造成伤害。

Description

一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统

技术领域

本发明涉及灌溉技术领域，具体涉及一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统。

背景技术

柑橘生产用水量大,传统灌溉方法容易造成水资源浪费；例如水沿土壤表面流失,水因蒸发而损失,水浸湿土壤表层的无效灌溉损失。通常只有10％的水能够到达作物根部,90％以上的水无法被根部吸收,属于无效灌既。自动化农作物根部节水灌溉系统高效节水节肥可直接将水，肥导入植物的根系土层，避免地表蒸发，提高水肥利用率，可最大限度地节水。

但是,由于现有的滴灌系统需要连续作业，因此滴灌系统对电能的消耗较高，且部分地区户外滴灌作业的供电电源与作业位置的距离较远,铺设专门的滴灌供电线路不仅成本较高,而且输电线路的额外电能损耗较大。作为一种新兴的能源，太阳能光伏发电是世界上公认的绿色环保型能源，近年来广泛地应用于各行各业，发展速度非常迅猛。太阳能发电在农业灌溉上也有着一些示范推广。但太阳能光伏用于滴灌系统时,需要额外的电源或蓄电设备以提高灌溉的保证率。当借助于额外电源时，一方面会增加灌溉系统的成本，另一方面，非灌溉期间太阳能光伏所产生的电量无法有效地利用,造成资源的浪费。

目前滴灌系统的控制器通过埋设在作物根部的湿度传感器检测作物根部的湿度来判断是否需要滴灌浇水，然而当太阳光照射强烈的时候，叶片出于对自我的保护，会部分关闭叶片上用于气体交换的气孔，而如果这个时候浇水的话，就会促使气孔打开，进行光合作用，而强烈的光照会灼伤叶片，使光合作用的效率下降，目前灌溉系统在浇水时未考虑光照强度，对作物会造成一定伤害。

发明内容

本发明为了解决上述存在的问题，设计了一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，该柑橘根部灌溉装置及系统通过太阳能水泵系统储水，通过控制模块对整个系统进行控制，光伏水泵利用光伏矩阵发出的电为储水池储水，当储水池装满水后，光伏矩阵对蓄电池充电，蓄电池为控制模块及其他用电设备供电，充分利用非储水期间光伏矩阵所产生的电量，无需铺设专门的滴灌供电线路，适用于供电电源与作业位置较远的户外滴灌地区,降低滴灌成本；控制模块连接有湿度传感器和光照度传感器，当控制模块通过湿度传感器检测到柑橘根部湿度低于设定湿度阈值时还要结合光照度传感器检测的光照强度值，避免在太阳光照强烈时对柑橘浇水对柑橘造成伤害。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，包括光伏水泵系统、储电装置、控制模块、湿度传感器、光照度传感器和滴灌管道；

所述光伏水泵系统包括依次电连接的光伏矩阵、第一电磁开关、扬水逆变器和光伏水泵，所述光伏水泵置于水井或河流中，所述光伏水泵的出水端通过供水管与储水池连接，所述储水池固定于支撑台上，储水池内部固定有与控制模块连接的水位传感器，所述第一电磁开关与控制模块连接；

所述储电装置包括与光伏阵列电连接第二电磁开关、与第二电磁开关电连接的充放电控制器和与充放电控制器电连接的蓄电池，蓄电池与控制模块电连接，用于为控制模块工作提供电源，所述第二电磁开关与控制模块连接；

所述储水池下端设有出水口，出水口通过出水管与混合池连通，所述储肥罐设于混合池上方，储肥罐下端设有肥料出口，肥料出口通过出肥管与混合池连通，所述出水管上设有第一电磁阀，所述出肥管上设有第二电磁阀，所述混合池下端设有出液口，所述出液口、用于过滤水中杂质的过滤装置、流量计和增压水泵通过输水管依次连接，所述滴灌管道与增压水泵的出水端连接，所述第一电磁阀、第二电磁阀、流量计和增压水泵均与控制模块连接；

所述控制模块与湿度传感器和光照度传感器连接，湿度传感器埋设在柑橘根部的泥土里，用于将柑橘根部的泥土湿度值传输给控制模块，所述光照度传感器设于柑橘种植区，用于将柑橘种植区的光照强度值传输给控制模块，当柑橘根部的泥土湿度值低于控制模块内设定的湿度阈值，同时柑橘种植区的光照强度值低于控制模块内设定的光照强度阈值时，控制模块才能启动第一电磁阀和增压水泵进行滴灌。

进一步的，所述滴灌管道包括与增压水泵出水端连接的主管道、与主管道连接的多个支管道和与支管道连接的多个滴灌带，所述滴灌带设置在柑橘根部。

进一步的，所述支撑台高3-5米，使得储水池内储存的水在重力作用下流入混合池。

进一步的，所述混合池底部设有搅拌叶片，搅拌叶片与混合池外部的搅拌电机连接，所述搅拌电机与控制模块电连接，当储肥罐内的肥料进入混合池后，控制模块启动搅拌电机带动搅拌叶片将肥料和水充分混合，使得肥料能够沿滴灌管道均匀输送到每棵柑橘根部。

进一步的，还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与控制模块藕接，通过无线通讯模块可使用移动终端向控制模块发送控制信号，从而实现远程监测及控制。

本发明的有益效果是：该柑橘根部灌溉装置及系统通过太阳能水泵系统向储水池储水，当控制模块通过水位传感器检测到储水池装满水后管闭第一电磁开关同时开启第二电磁开关，使光伏矩阵对蓄电池充电，蓄电池可为控制模块及其他用电设备供电，充分利用非储水期间光伏矩阵所产生的电量，无需铺设专门的滴灌供电线路，适用于供电电源与作业位置较远的户外滴灌地区,降低滴灌成本；控制模块连接有湿度传感器和光照度传感器，当控制模块通过湿度传感器检测到柑橘根部湿度低于设定的湿度阈值时还要结合光照度传感器检测的光照强度值，避免在太阳光照强烈时对柑橘浇水对柑橘造成伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统的结构组成示意图；

图2是一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统的结构框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-光伏阵列，11-第一电磁开关，12-扬水逆变器，13-光伏水泵，14-储水池，15-第二电磁开关，16-充放电控制器，17-蓄电池，18-水位传感器，2-控制模块，21-无线通讯模块，22-移动终端，3-储肥罐，4-第一电磁阀，41-第二电磁阀，5-混合池，51-搅拌电机，52-搅拌叶片，53-过滤装置，54-流量计，55-增压泵，6-主管道，61-支管道，62-滴灌带，7-湿度传感器，71-光照度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-2所示，一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，包括光伏水泵系统、储电装置、控制模块2、湿度传感器7、光照度传感器71和滴灌管道；

所述光伏水泵系统包括依次电连接的光伏矩阵1、第一电磁开关11、扬水逆变器12和光伏水泵13，所述光伏水泵13置于水井或河流中用于取水，所述光伏水泵13的出水端通过供水管与储水池14连接，所述储水池14固定于支撑台上，储水池14内部固定有与控制模块2连接的水位传感器18，所述第一电磁开关11与控制模块2连接；

所述储电装置包括与光伏阵列1电连接第二电磁开关15、与第二电磁开关15电连接的充放电控制器16和与充放电控制器16电连接的蓄电池17，所述蓄电池17与控制模块2电连接，用于为控制模块2工作提供电源，所述第二电磁开关15与控制模块2连接；

所述储水池14下端设有出水口，出水口通过出水管与混合池5连通，所述储肥罐3设于混合池5上方，储肥罐3下端设有肥料出口，肥料出口通过出肥管与混合池5连通，所述出水管上设有第一电磁阀4，所述出肥管上设有第二电磁阀41，所述混合池5下端设有出液口，所述出液口、用于过滤水中杂质的过滤装置53、流量计54和增压水泵55通过输水管依次连接，所述滴灌管道与增压水泵55的出水端连接，所述第一电磁阀4、第二电磁阀41、流量计54和增压水泵55均与控制模块2连接；

所述控制模块2与湿度传感器7和光照度传感器71连接，湿度传感器7埋设在柑橘根部的泥土里，用于将柑橘根部的泥土湿度值传输给控制模块2，所述光照度传感器71设于柑橘种植区，用于将柑橘种植区的光照强度值传输给控制模块2，当柑橘根部的泥土湿度值低于控制模块2内设定的湿度阈值，同时柑橘种植区的光照强度值低于控制模块2内设定的光照强度阈值时，控制模块2才能启动第一电磁阀4和增压水泵55进行滴灌。

其中的，所述滴灌管道包括与增压水泵55出水端连接的主管道6、与主管道6连接的多个支管道61和与支管道61连接的多个滴灌带62，所述滴灌带62设置在柑橘根部。

其中的，所述支撑台高3-5米，使得储水池14内储存的水在重力作用下流入混合池5。

其中的，所述混合池5底部设有搅拌叶片52，搅拌叶片52与混合池5外部的搅拌电机51连接，所述搅拌电机51与控制模块2电连接，当储肥罐3内的肥料进入混合池5后，控制模块2启动搅拌电机51带动搅拌叶片52将肥料和水充分混合，使得肥料能够沿滴灌管道均匀输送到每棵柑橘根部。

其中的，还包括无线通讯模块21，所述无线通讯模块21与控制模块2藕接，通过无线通讯模块21可使用移动终端22向控制模块2发送控制信号，从而实现远程监测及控制，所述无线通讯模块21采用PTR2000无线传输芯片，该芯片性能优异，所需外围元件少，将接收和发射合接为一体，因而设计非常方便，内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，因而是目前集成度较高的无线数传产品。

其中的，所述控制模块选用型号为FX3U-64MR/ES-A的三菱PLC可编程控制器，该控制器的CPU处理速度达到了0.065us/基本指令；内置了高达64K步的大容量RAM存储器；通过CC-Link网络的扩展可以实现最多达384点的控制；大幅增加了内部软元件的数量；内置6点同时100kHz的高速计数功能。

其中的，所述水位传感器18采用WH311水塔水位传感器，WH311水塔水位传感器引进全套德国原厂生产工艺用微机械加工技术制作的高灵敏度的硅压阻力敏元件是液位传感器的心脏，辅之以带通气导管的电缆及专门的水密封技术，既保证了浸入式传感器的水密封，又使得参考压力腔与环境气压相通，从而获得准确的测量结果与优良。

其中的，所述湿度传感器7采用DAVIS品牌6440型土壤湿度传感器，该土壤湿度传感器采用电阻测量土壤的湿度，在生长期不需要周期性维护，只需要将其埋在柑橘根部合适的深度，即可监测整个生长期的土壤湿度。

其中的，所述光照度传感器71采用ST-GZ光照度传感器，该光照度传感器采用具有较高灵敏度的感光探测器，配合高精度线性放大电路，经过严密检测、精确生产的具有多种光照测量范围和信号输出类型的实用型产品。

本实施例的一个具体应用为：该智能化柑橘根部灌溉装置及系统通过光伏阵列1为光伏水泵13供电，光伏水泵13将水井或水塘内的水输送至储水池14内进行存储，当储水池14装满水后，水位传感器18将储水池14装满水的信号输送给控制模块2，控制模块2控制第一电磁开关11断电，同时控制第二电磁开关15通电，则光伏阵列1发出的电可通过充放电控制器16存在蓄电池17内，蓄电池17为控制模块2的工作提供电源，当控制模块2通过湿度传感器7检测到柑橘根部的泥土湿度值低于控制模块2内设定的湿度阈值，同时光照度传感器71检测到柑橘种植区的光照强度值低于控制模块2内设定的光照强度阈值时，控制模块2才能控制第一电磁阀4打开和为增压水泵55供电，第一电磁阀4打开后储水池14内的水流入混合池5，混合池5内的水经过滤装置53、流量计54和增压水泵55后进入主管道6，通过主管道6输送至支管道61，然后通过滴灌带62输送至每棵柑橘根部，通过流量计54检测将每次浇水的浇水量，当浇水量达到控制模块2设定的浇水量时控制模块2控制第一电磁阀4关闭和断开增压水泵55的电源，实现停止浇水；当控制模块2通过湿度传感器7检测到柑橘根部的泥土湿度值低于控制模块2内设定的湿度阈值，但光照度传感器71检测到柑橘种植区的光照强度值高于控制模块2内设定的光照强度阈值时，控制模块2继续保持第一电磁阀4闭合和水泵55断电状态，管理人员可通过移动终端22，如手机、电脑等获取系统状态及向控制模块2发送指令实现远程监测及控制，该系统设有储肥罐3，在需要施肥时通过移动终端22向控制模块2发送指令，在浇水的同时控制模块2开启第二电磁阀41并且为搅拌电机51通电，进入混合池5肥料通过搅拌电机51与水搅拌混合，随水输送至柑橘根部完成施肥。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，其特征在于：包括光伏水泵系统、储电装置、控制模块、湿度传感器、光照度传感器和滴灌管道；

所述光伏水泵系统包括依次电连接的光伏矩阵、第一电磁开关、扬水逆变器和光伏水泵，所述光伏水泵置于水井或河流中，所述光伏水泵的出水端通过供水管与储水池连接，所述储水池固定于支撑台上，储水池内部固定有与控制模块连接的水位传感器，所述第一电磁开关与控制模块连接；

所述储电装置包括与光伏阵列电连接第二电磁开关、与第二电磁开关电连接的充放电控制器和与充放电控制器电连接的蓄电池，蓄电池与控制模块电连接，用于为控制模块工作提供电源，所述第二电磁开关与控制模块连接；

所述储水池下端设有出水口，出水口通过出水管与混合池连通，所述储肥罐设于混合池上方，储肥罐下端设有肥料出口，肥料出口通过出肥管与混合池连通，所述出水管上设有第一电磁阀，所述出肥管上设有第二电磁阀，所述混合池下端设有出液口，所述出液口、过滤装置、流量计和增压水泵通过输水管依次连接，所述滴灌管道与增压水泵的出水端连接，所述第一电磁阀、第二电磁阀、流量计和增压水泵均与控制模块连接；

所述控制模块与湿度传感器和光照度传感器连接，湿度传感器埋设在柑橘根部的泥土里，用于将柑橘根部的泥土湿度值传输给控制模块，所述光照度传感器设于柑橘种植区，用于将柑橘种植区的光照强度值传输给控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，其特征在于：所述滴灌管道包括与增压水泵出水端连接的主管道、与主管道连接的多个支管道和与支管道连接的多个滴灌带，所述滴灌带设在柑橘根部。

3.根据权利要求1所述的一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，其特征在于：所述支撑台高3-5米。

4.根据权利要求1所述的一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，其特征在于：所述混合池底部设有搅拌叶片，搅拌叶片与混合池外部的搅拌电机连接，所述搅拌电机与控制模块电连接。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种智能化柑橘根部灌溉装置及系统，其特征在于：还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与控制模块藕接，通过无线通讯模块可使用移动终端向控制模块发送控制信号，实现远程监测及控制。