CN109618769A - 一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置及控制方法 - Google Patents

一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置及控制方法，涉及温室作物喷灌领域，本发明装置包括蓄水箱、喷头、滴头、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、控制器Ⅰ、控制器Ⅱ、喷灌支管、滴灌支管、固定杆、调节杆、温湿度传感器和土壤水分传感器，控制器Ⅰ和控制器Ⅱ可依据传感器反馈信息控制喷灌支管和滴灌支管的开闭及流量；补偿式喷滴灌方法主要用于温室作物，采用对作物根系地表的滴灌和植株冠层的微喷灌相结合的方式，可根据作物生长环境的条件变化和采集的环境信息，自动完成对作物的灌溉。本发明提供的高效灌溉方法，可实时调节作物冠层周围温湿度至适宜范围、改善温室作物生长环境，还可降低叶片温度并提高作物光合效率，有利于温室作物的生长和提高作物产量。

Description

一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置及控制方法
技术领域
本发明涉及温室作物灌溉领域，尤其涉及到一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置及控制方法。
背景技术
在人口增长和环境变化对传统种植业的冲击下，发展设施农业势在必行，中国设施面积目前超过400万hm2，是世界上设施栽培面积最大的国家。主流温室在设计和建造的过程中更多地强调了采光、蓄热和保温，因此，温室内极易形成高温环境，特别是在南方夏季高温地区，温室内气温常达40℃以上，使得作物叶片在高温中午发生较长的光合“午休”现象，故夏季温室的降温问题成为困扰现代大型温室发展和应用的技术难题。目前主要采用遮阳和湿帘风机系统两种方法进行降温，但是，在遮阳降温的同时，也降低了光照强度，缩短了有效光合时间，影响蔬菜的生长发育和光合作用，如果遮阴时间过长，会严重影响果类蔬菜的开花坐果和产量的形成；湿帘-风机降温系统虽然在我国北方地区有较好的效果，但该系统在潮湿的南方地区应用效果并不理想，并且在运行过程中存在能耗较高等问题。
目前，科学合理的灌水方式逐渐成为改善作物生长环境和提高作物光合效率的重要手段，对于促进农业可持续发展具有重要意义，而微喷灌和滴灌作为设施农业中较为先进的两种灌溉方式，受到较多学者的关注和研究。微喷灌是指喷头从上方对作物进行喷灌，水滴经过雾化落到作物的冠层，大量研究表明微喷灌可降低作物冠层周围的温度，改善作物生长环境，从而缩短作物叶片在高温的中午发生光合“午休”现象的时间，实现作物快速生长，但仅采用微喷灌进行灌溉往往会造成温室持续处于高湿的状态，作物易受病菌感染。滴灌是指对作物根系附近的土壤进行灌水，水量较小但足够作物生长需要，因其不发生土壤深层渗漏和土壤表层溢水，较其他灌水方式可节约用水50％以上；Hebbar等发现滴灌能显著增加作物干物质积累，有利于作物的生长发育，但对于改善作物生长环境较为有限，难以解决夏季温室高温危害作物生长的问题。
发明内容
本发明针对当前影响温室植物生长的因素，特别是夏季温度过高、影响作物的生长发育和光合作用，提出一种温室补偿式喷滴灌的灌溉装置及控制方法，所述的补偿式喷滴灌方法主要采用对作物根系地表的滴灌和对植株冠层的微喷灌相结合的方式，将微喷灌和滴灌的优势互补，提高作物生长质量；所述的装置将微喷灌和滴灌结合为一体，根据传感器所反馈的环境信息，控制器Ⅰ和控制器Ⅱ可智能控制阀门Ⅰ和阀门Ⅱ的开合和流量，控制对作物喷滴灌的时间和用水量，从而改变作物的生长环境。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置，包括蓄水箱、阀门Ⅰ、微喷灌支管、调节杆、固定杆、滴灌支管、土壤水分传感器、温湿度传感器、阀门Ⅱ、控制器Ⅱ和控制器Ⅰ；
所述控制器Ⅰ和控制器Ⅱ可依据土壤水分传感器、温湿度传感器反馈信息控制阀门Ⅰ和阀门Ⅱ的开闭和流量，从而控制对作物喷滴灌的时间和用水量；
所述微喷灌支管和滴灌支管均与蓄水箱连接；所述微喷灌支管带有喷头的一端固定在调节杆上，调节杆两端设置在固定杆上，且调节杆设置于作物正上方；所述滴灌支管上装有滴头，滴头设置在作物与土壤接壤处。
进一步的，所述调节杆包括套管、固定螺母和螺栓；所述套管套装在固定杆上，并通过螺栓与套管上的固定螺母连接，将套管固定到固定杆上。
进一步的，所述土壤水分传感器实时检测作物根系附近的土壤含水率，并把信息反馈至控制器Ⅱ完成对滴灌的控制。
进一步的，所述温湿度传感器实时检测作物周围温湿度状况，并把信息反馈至控制器Ⅰ完成对微喷灌的控制。
温室补偿式喷滴灌灌溉装置的控制方法，包括如下模式：
滴灌模式：控制器Ⅱ根据土壤水分传感器所测得土壤含水率，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果含水率小于60％，控制器Ⅱ将打开阀门Ⅱ并控制流量，完成对作物的灌溉，当土壤水分传感器检测出根系土壤含水量在适宜范围时，控制器Ⅱ将关闭阀门Ⅱ停止滴灌；
微喷灌模式：控制器Ⅰ根据温湿度传感器所测得作物周围温湿度状况，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果温度超过35℃时，控制器Ⅰ将打开阀门Ⅰ并控制流量，完成对作物生长环境的调节，当温湿度传感器检测出作物冠层周围温湿度在适宜范围时，控制器Ⅰ将关闭阀门Ⅰ停止微喷灌；
滴灌与微喷灌复合模式：当土壤水分传感器测得土壤含水率偏低；温湿度传感器检测到温度超过35℃且湿度小于60％时，滴灌模式和微喷灌模式将同时开启，共同完成对作物生长环境的调节。
有益效果
1.本发明装置可降低作物冠层周围温度、改善温室作物的生长环境，还可降低叶片温度并提高作物光合效率，同时可为作物提供生长所需水分，有利于温室作物的生长和提高作物产量；所述的装置可自动控制微喷灌、滴灌作业时间和水用量，且能适应不同株高和不同生长期作物的微喷灌要求，改善作物生长环境，还能方便作物生长管理。
2.调节杆的高度可调节，以适用于不同作物和同种作物不同生长期的微喷灌要求。
3.微喷灌支管上装有若干喷头，且喷头雾化的喷洒范围可覆盖作物的冠层。
4.温湿度传感器固定安装在固定杆上，可以方便的测量作物冠层附近温湿度信息。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明图1中的调节杆结构示意图。
附图标记如下：
1-蓄水箱；2-阀门Ⅰ；3-微喷灌支管；31-喷头；4-调节杆；41-套管；42-固定螺母；43-螺栓；5-固定杆；6-田垄；7-作物；8-滴灌支管；81-滴头；9-土壤水分传感器；10-温湿度传感器；11-阀门Ⅱ；12-控制器Ⅱ；13-控制器Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构、原理和工作过程做进一步的说明。
一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置，包括蓄水箱1、阀门Ⅰ2、微喷灌支管3、调节杆4、固定杆5、滴灌支管8、土壤水分传感器9、温湿度传感器10、阀门Ⅱ11、控制器Ⅱ12和控制器Ⅰ13；所述控制器Ⅰ13和控制器Ⅱ12可依据土壤水分传感器9、温湿度传感器10反馈信息控制阀门Ⅰ2和阀门Ⅱ11的开闭和流量，从而控制对作物喷滴灌的时间和用水量；所述微喷灌支管3和滴灌支管8均与蓄水箱1连接；所述微喷灌支管3带有喷头31的一端固定在调节杆4上，调节杆4两端设置在固定杆5上，且调节杆4设置于作物7正上方；所述滴灌支管8上装有滴头81，滴头81设置在作物7与土壤接壤处。
其中，所述调节杆4包括套管41、固定螺母42和螺栓43；所述套管41套装在固定杆5上，并通过螺栓43与套管41上的固定螺母42连接，将套管41固定到固定杆5上。所述土壤水分传感器9实时检测作物根系附近的土壤含水率，并把信息反馈至控制器Ⅱ12完成对滴灌的控制。所述温湿度传感器10实时检测作物周围温湿度状况，并把信息反馈至控制器Ⅰ13完成对微喷灌的控制。
温室补偿式喷滴灌灌溉装置的控制方法，包括如下模式：
滴灌模式：控制器Ⅱ12根据土壤水分传感器9所测得土壤含水率，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果含水率小于60％，控制器Ⅱ12将打开阀门Ⅱ11并控制流量，完成对作物的灌溉，当土壤水分传感器9检测出根系土壤含水量在适宜范围时，控制器Ⅱ12将关闭阀门Ⅱ11停止滴灌；
微喷灌模式：控制器Ⅰ13根据温湿度传感器10所测得作物周围温湿度状况，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果温度超过35℃时，控制器Ⅰ13将打开阀门Ⅰ2并控制流量，完成对作物生长环境的调节，当温湿度传感器10检测出作物冠层周围温湿度在适宜范围时，控制器Ⅰ13将关闭阀门Ⅰ2停止微喷灌；
滴灌与微喷灌复合模式：当土壤水分传感器9测得土壤含水率偏低；温湿度传感器10检测到温度超过35℃且湿度小于60％时，滴灌模式和微喷灌模式将同时开启，共同完成对作物生长环境的调节。
图1为本发明的结构示意图，主要包括蓄水箱1、阀门Ⅰ2、微喷灌支管3、调节杆4、固定杆5、滴灌支管8、土壤水分传感器9、温湿度传感器10、阀门Ⅱ11、控制器Ⅱ12和控制器Ⅰ13，所述的土壤水分传感器9可测得作物根系附近的土壤含水率并把反馈信息传递至控制器Ⅱ12，温湿度传感器10可测得作物周围温湿度状况，并将反馈信息传至控制器Ⅰ13，两个控制器可分别判断所测参数是否在正常范围内，如果不在设定范围，将控制各自阀门进行微喷灌和滴灌，直至作物根系温度和周围温度至作物适宜的范围，然后关闭相应的阀门；控制器Ⅰ13和控制器Ⅱ12可智能、单独控制对作物喷滴灌的时间和用水量，节省了人力以及用水量；所述的微喷灌支管3和滴灌支管8分别与蓄水箱1连接；所述的微喷灌支管3带有喷头31的一端固定在调节杆4上，喷头31可保证微喷灌范围覆盖作物的所有冠层，且喷头31雾化效果良好；所述的滴灌支管8上装有滴头81，每个滴头81对作物与土壤接壤处位置进行滴灌；所述的温湿度传感器10固定安装在固定杆5上，以便测量作物冠层附近温湿度信息，所述的土壤水分传感器9安置于作物根系土壤附近来测量根系土壤的含水率。
图2为本发明提供的调节杆4的结构示意图，其特征在于：所述的调节杆4包含有套管41、固定螺母42和螺栓43，固定螺母42固定在套管41上，并在套管41上有孔，以便拧紧螺栓43从而固定调节杆4在固定杆5上的位置；所述的调节杆4通过套管41固定在固定杆5上；所述的固定杆5固定安装在地面上且保证垂直度，便于保证微喷灌作业的效果。
温室补偿式喷滴灌灌溉装置的控制方法，本发明装置的使用步骤如下：
a、提前保证蓄水箱1水量充足；根据作物的高低及植株大小，拧松螺栓43，选择合适的调节杆4的高度并固定调节杆4位置；将温湿度传感器10和土壤水分传感器9布置于合适位置。
b)、按照作物品种以及作物株茎大小，确定作物适宜的生长环境条件范围，主要包括作物温湿度和土壤含水率，根据确定的数据范围，分别在控制器Ⅱ12和控制器Ⅰ13上设置相关数据。
c)、控制器Ⅱ12根据土壤水分传感器9所测得土壤含水率，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果含水率低于60％，控制器Ⅱ12将打开阀门Ⅱ11并控制流量，完成对根系的灌溉，当土壤水分传感器9检测出根系土壤含水量在适宜范围时，控制器Ⅱ12将关闭阀门Ⅱ11停止滴灌；控制器Ⅰ13根据温湿度传感器10所测得作物周围温湿度状况，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果温度大于35℃控制器Ⅰ13将打开阀门Ⅰ2并控制流量，完成对作物生长环境的调节，当温湿度传感器10检测出作物冠层周围温湿度在适宜范围时，控制器Ⅰ13将关闭阀门Ⅰ2停止微喷灌。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种温室补偿式喷滴灌灌溉装置，其特征在于，包括蓄水箱(1)、阀门Ⅰ(2)、微喷灌支管(3)、调节杆(4)、固定杆(5)、滴灌支管(8)、土壤水分传感器(9)、温湿度传感器(10)、阀门Ⅱ(11)、控制器Ⅱ(12)和控制器Ⅰ(13)；
所述控制器Ⅰ(13)和控制器Ⅱ(12)可依据土壤水分传感器(9)、温湿度传感器(10)反馈信息控制阀门Ⅰ(2)和阀门Ⅱ(11)的开闭和流量，从而控制对作物喷滴灌的时间和用水量；
所述微喷灌支管(3)和滴灌支管(8)均与蓄水箱(1)连接；所述微喷灌支管(3)带有喷头(31)的一端固定在调节杆(4)上，调节杆(4)两端设置在固定杆(5)上，且调节杆(4)设置于作物(7)正上方；所述滴灌支管(8)上装有滴头(81)，滴头(81)设置在作物(7)与土壤接壤处。
2.根据权利要求1所述的温室补偿式喷滴灌灌溉装置，其特征在于，所述调节杆(4)包括套管(41)、固定螺母(42)和螺栓(43)；所述套管(41)套装在固定杆(5)上，并通过螺栓(43)与套管(41)上的固定螺母(42)连接，将套管(41)固定到固定杆(5)上。
3.根据权利要求1所述的温室补偿式喷滴灌灌溉装置，其特征在于，所述土壤水分传感器(9)实时检测作物根系附近的土壤含水率，并把信息反馈至控制器Ⅱ(12)完成对滴灌的控制。
4.根据权利要求1所述的温室补偿式喷滴灌灌溉装置，其特征在于，所述温湿度传感器(10)实时检测作物周围温湿度状况，并把信息反馈至控制器Ⅰ(13)完成对微喷灌的控制。
5.根据权利要求1至4任一项所述的温室补偿式喷滴灌灌溉装置的控制方法，其特征在于，包括如下模式：
滴灌模式：控制器Ⅱ(12)根据土壤水分传感器(9)所测得土壤含水率，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果含水率小于60％，控制器Ⅱ(12)将打开阀门Ⅱ(11)并控制流量，完成对作物的灌溉，当土壤水分传感器(9)检测出根系土壤含水量在适宜范围时，控制器Ⅱ(12)将关闭阀门Ⅱ(11)停止滴灌；
微喷灌模式：控制器Ⅰ(13)根据温湿度传感器(10)所测得作物周围温湿度状况，判断是否在作物适宜生长的范围内，如果温度超过35℃时，控制器Ⅰ(13)将打开阀门Ⅰ(2)并控制流量，完成对作物生长环境的调节，当温湿度传感器(10)检测出作物冠层周围温湿度在适宜范围时，控制器Ⅰ(13)将关闭阀门Ⅰ(2)停止微喷灌；
滴灌与微喷灌复合模式：当土壤水分传感器(9)测得土壤含水率偏低；温湿度传感器(10)检测到温度超过35℃且湿度小于60％时，滴灌模式和微喷灌模式将同时开启，共同完成对作物生长环境的调节。
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