CN111567282B - 一种智慧种植大棚自动灌溉系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧种植大棚自动灌溉系统及方法，包括终端、通讯设备、主控单元、电力保护装置、驱动单元、供水装置、电源单元、传感器组、卷膜装置、补光装置以及鼓风装置；所述终端与通讯设备通讯连接，所述电源单元与所述主控单元电连接，所述通讯设备与主控单元电连接，所述驱动单元和传感器组分别与主控单元电连接，所述驱动单元与补光装置电连接，所述驱动单元通过电力保护装置分别与鼓风装置、卷膜装置以及供水装置电连接。该方案可以根据植物的实时生命信息动态调整温室大棚的生长环境，可以克服植物种植更替对于管道和喷头的要求，管道拼接和喷头的增设方便。

Description

一种智慧种植大棚自动灌溉系统及方法

技术领域

本发明涉及智慧农业技术领域，尤其涉及一种智慧种植大棚自动灌溉系统及方法。

背景技术

温室大棚被广泛应用于育苗及果蔬栽培生产过程中。在我国西北地区，由于气候原因，冬季无法在天然环境中进行种苗生产，因此最常见的种苗培育方式就是利用温室大棚进行种苗栽培。北方冬季无雨，因此在进行大棚种植时，必须对大棚内的种苗进行浇水灌溉。随着电力电子技术和网络技术的发展，现在的温室是一个智能化的生态系统，如今的灌溉技术已经发展成灌溉工程技术和节水灌溉农业技术相结合的技术体系，现在的灌溉结合传感器技术和网络技术，对温室大棚内的植物全生命进行检测，对大棚内的环境进行全天候调控，使得植物一直处于最佳生长环境中，但大棚内由于季节性的种植的植物不同，对于水管的铺设和喷头的增设要求不同，若遇到植物养殖更替，会增加管道施工难度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的温室大棚的输水管道铺设和喷头增设困难复杂的问题，提出的一种温室大棚智能灌溉系统及方法，该方案可以根据植物的实时生命信息动态调整温室大棚的生长环境，可以克服植物种植更替对于管道和喷头的要求，管道拼接和喷头的增设方便。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种温室大棚智能灌溉系统，包括终端、通讯设备、主控单元、电力保护装置、驱动单元、供水装置、电源单元、传感器组、卷膜装置、补光装置以及鼓风装置；所述终端与通讯设备通讯连接，所述电源单元与所述主控单元电连接，所述通讯设备与主控单元电连接，所述驱动单元和传感器组分别与主控单元电连接，所述驱动单元与补光装置电连接，所述驱动单元通过电力保护装置分别与鼓风装置、卷膜装置以及供水装置电连接。

本方案中，传感器组实时监测植物生长环境因素，通过终端的专家系统进行信息的比对分析，制定控制策略，与主控单元进行信息交互，进而控制卷膜装置、补光装置、鼓风装置和供水装置执行相应动作，电力保护装置保护卷膜装置、鼓风装置和供水装置等具有电机结构的安全稳定的运行，使得植物长期生长在最佳生长环境中，提高作物的产量和品质，减少人工成本，增大农业经济效益。

作为优选，所述传感器组包括有温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照传感器、气象传感器以及二氧化碳传感器，所述温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照传感器、气象传感器以及二氧化碳传感器分别与主控单元电连接。

本方案中，光照传感器监测温室大棚内的光照强度，二氧化碳传感器监测温室大棚内的二氧化碳含量，进而通过补光装置调控温室大棚内的光照度，调控植物的光合作用效能，土壤湿度传感器安装在植物根部的土壤中，实时监测土壤的湿度，进而通过终端调节供水装置运作，对土壤的湿度进行调控；温湿度传感器安装在大棚内外监测环境温度，通过终端调节鼓风装置对温室大棚内的环境的温室度进行调控；气象传感器配合光照传感器和温湿度传感器综合调控卷膜装置的运行，进而采用自然条件增加作为产量，降低能效。

作为优选，所述的电力保护装置包括有电机反向电动势消除器以及过流保护装置；所述电动势消除器与驱动单元电连接，所述过流保护装置与电动势消除器电连接，所述卷膜装置和供水装置分别与过流保护装置电连接。

本方案中，当电机转动时，驱动端电压突然变化时，产生瞬时极高反向电动势，会击穿电机驱动模块和单片机，电机反向电动势消除器，消除此瞬时极高反向电动势，保护所述主控板，电机（包括鼓风机、水泵以及卷膜电机）动作过程中，出现堵转等故障时，会导致线路电流过高，发热烧坏线路、线圈或主板，导致卷膜装置远程控制失效，设置过流保护装置，能够及时断开线路，保障卷膜机的运行安全。

作为优选，所述供水装置包括有水泵、输水管、连接头以及喷头，所述水泵的出水口与水管密封连接，所述输水管上设置有若干喷水端口，若干所述喷水端口上固定设置有连接头，相邻所述输水管通过连接头密封连接。

本方案中，当需要增设输水管时，并不需要停止正在运转的水泵，拼接的输水管通过连接头连接就可以实现水管导通，需要增设喷头，也仅需将增设的喷头通过连接头与喷水端口连接即可实现灌溉，操作方便，大大降低施工难度，缩短安装工期。

作为优选，所述连接头包括公连接头和母连接头，所述公连接头和母连接头可拆卸连接。

本方案中，公连接头和母连接头紧密配合，拆卸和安装方便，大大降低施工难度，缩短安装工期。

作为优选，所述母连接头包括第一壳体，所述第一壳体一体成型有作为输水启止阀的堵水机构和半开口型的连接端口，所述连接端口一底端设置有一限位底板，所述连接端口的侧面设置有纵向滑槽，所述公连接头与母连接头滑动连接。

本方案中，本方案中，堵水机构安装在水管和喷水端口的末端，作为堵头实用，防止漏水和渗水，当公连接头与母连接头连接时，堵水机构开启使得相邻连个输水管导通，达到增设输水管的目的。

作为优选，所述堵水机构一端设置有输水管连接口，所述输水管连接口与输水管密封连接，堵水机构的另一端设置有连接面，所述连接面上涂覆有一层磨毛面；所述堵水机构包括有截面为L型的挡板，所述挡板的上端与强扭力扭簧的一端固定连接，所述挡板邻近连接面的一侧设置有支杆，所述支杆的一端与挡板固定连接，所述支杆的另一端固定设置有一个截面为半圆的钢球体。

本方案中，公连接头与母连接头紧密连接的过程中，向下压迫钢球体，钢球体的压力通过支杆传导为对挡板的推力，推开挡板，进而水可以进入另一个输水管或喷头中，当公连接头与母连接头拆卸的过程中，挡板受到来之水的压力和扭簧的恢复力作用，使得挡板恢复到原来位置，挡板的L型底端设置有橡皮套，橡皮套与阶梯面紧密贴合，可以防止水外渗的目的，在连接面处设置有磨毛面，磨毛面的厚度在2mm至4mm之间，公连接头于连接面的接触面可以涂覆有润滑油或者石蜡，达到润滑和密封的作用，使得公连接头和母连接头连接更加紧密，提升连接头的密封性。

作为优选，所述公连接头包括有第二壳体，所述第二壳体的侧面设置有匹配所述纵向滑槽的纵向滑轨，所述第二壳体的一端留置有连接输水管道的输水口，所述第二壳体的另一端设置有刚性顶板，所述刚性顶板跟随第二壳体下行推动钢球体使得堵水机构开启放水。

本方案中，刚性顶板可以与钢球体直接接触，进而推开挡板达到输水管内水体流通的目的。

一种智慧种植大棚自动灌溉方法，包括如下步骤，

S1、传感器组全天候监测温室大棚内外信息，终端实时收集传感器组采集的信息数据进行分析；

S2、终端对采集到传感器组的数据进行分析，发出控制指令，进而控制驱动单元执行相应动作；

A1、当温湿度传感器检测到的温室大棚温度过高，气象传感器检测到温室大棚外无雨水，驱动单元驱动卷膜装置运行，卷膜机转动卷起薄膜；当气象传感器检测到天气温室大棚外有雨水，卷膜装置不运行；

A2、当温室大棚内的二氧化碳浓度过高时，若光照传感器检测到温室大棚光照强度过低，驱动单元驱动补光装置运行，补光装置开启促进植物加速进行光合作用；

A3、当土壤湿度传感器检测的土壤湿度过低，驱动单元驱动供水装置，供水装置的喷头将水通过滴灌或者喷灌的方式作用于植物；当湿度传感器监测到湿度达到植物生长的最佳土壤湿度，驱动单元控制供水装置停止供水；

A4、当土壤的局部湿度过低，需要加装输水管或者喷头，母连接头固定设置喷水端口和输水管的尾端，公连接头的一端加装有输水管和喷头，操作人员仅需将公连接头和母连接头对接，即可实现管道的拼接和喷头的增设。

本发明的有益效果：本发明一种智慧种植大棚自动灌溉系统及方法，1、采用传感器组实时监控植物生长的环境信息，做到植物生长信息全生命感知，终端内置有专家系统单元，对感知信息处理分析，制定控制策略，进而控制卷膜装置、补光装置、鼓风装置和供水装置执行相应动作，使得植物长期生长在最佳生长环境中，提高作物的产量和品质，减少人工成本，增大农业经济效益；2、设计便于安装和拆卸的连接头结构，便于温室大棚内植物对于的水管铺设和喷头的增设的需求，降低大棚改造的难度，缩短安装工期。

附图说明

图1为一种智慧种植大棚自动灌溉系统的结构示意图。

图2为一种智慧种植大棚自动灌溉系统的连接头剖面图。

图3为一种智慧种植大棚自动灌溉系统的母连接头结构图。

图4为一种智慧种植大棚自动灌溉系统的公连接头结构图。

图中标记说明：1-终端、2-通讯设备、3-主控单元、4-电力保护装置、5-驱动单元、6-电源单元、7-卷膜机，8-传感器组、9-补光装置、10-鼓风装置、A-供水装置、11-母连接头、12-公连接头、13-扭簧、14-挡板、15-支杆、16-钢球体、17-刚性顶板、18-连接面、19-纵向滑槽、20-纵向滑轨、81-土壤湿度传感器、82-光照传感器、83-气象传感器、84-二氧化碳传感器、85-温湿度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种温室大棚智能灌溉系统，包括终端1、通讯设备2、主控单元3、电力保护装置4、驱动单元5、供水装置A、电源单元6、传感器组8、卷膜装置、补光装置9以及鼓风装置10；所述终端1与通讯设备2通讯连接，所述电源单元6与所述主控单元3电连接，所述通讯设备2与主控单元3电连接，所述驱动单元5和传感器组8分别与主控单元3电连接，所述驱动单元5与补光装置9电连接，所述驱动单元5通过电力保护装置4分别与鼓风装置10、卷膜装置以及供水装置A电连接；传感器组8由温湿度传感器85、土壤湿度传感器81、光照传感器82、气象传感器83以及二氧化碳传感器84组8成，温湿度传感器85、土壤湿度传感器81、光照传感器82、气象传感器83以及二氧化碳传感器84分别与主控单元3电连接。

本实施例中，传感器组8实时监测植物生长环境因素，通过终端1的专家系统进行信息的比对分析，制定控制策略，与主控单元3进行信息交互，进而控制卷膜装置、补光装置9、鼓风装置10和供水装置A执行相应动作，电力保护装置4保护卷膜装置、鼓风装置10和供水装置A等具有电机结构的安全稳定的运行，使得植物长期生长在最佳生长环境中，提高作物的产量和品质，减少人工成本，增大农业经济效益，其中，光照传感器82监测温室大棚内的光照强度，二氧化碳传感器84监测温室大棚内的二氧化碳含量，进而通过补光装置9调控温室大棚内的光照度，调控植物的光合作用效能，土壤湿度传感器81安装在植物根部的土壤中，实时监测土壤的湿度，进而通过终端1调节供水装置A运作，对土壤的湿度进行调控；温湿度传感器85安装在大棚内外监测环境温度，通过终端1调节鼓风装置10对温室大棚内的环境的温室度进行调控；气象传感器83配合光照传感器82和温湿度传感器85综合调控卷膜装置的运行，进而采用自然条件增加作为产量，降低能效，采用STC11XX系列单片机作为主控单元3是基于此型号单片机扩展性能好，控制性能稳定，功耗低等优点。

电力保护装置4包括有电机反向电动势消除器以及过流保护装置；所述电动势消除器与驱动单元5电连接，所述过流保护装置与电动势消除器电连接，所述卷膜装置和供水装置A分别与过流保护装置电连接。当电机转动时，驱动端电压突然变化时，产生瞬时极高反向电动势，会击穿电机驱动模块和单片机，电机反向电动势消除器，消除此瞬时极高反向电动势，保护所述主控板，电机（包括鼓风机、水泵以及卷膜电机）动作过程中，出现堵转等故障时，会导致线路电流过高，发热烧坏线路、线圈或主板，导致卷膜装置远程控制失效，设置过流保护装置，能够及时断开线路，保障卷膜机7的运行安全。

供水装置A由水泵（未示出）、输水管（未示出）、连接头以及喷头（未示出）组成，水泵的出水口与水管密封连接，输水管上设置有若干喷水端口，若干所述喷水端口上固定设置有连接头，相邻所述输水管通过连接头密封连接；连接头包括公连接头12和母连接头11，公连接头12和母连接头11可拆卸连接。

本实施例中，当需要增设输水管时，并不需要停止正在运转的水泵，拼接的输水管通过连接头连接就可以实现水管导通，需要增设喷头，也仅需将增设的喷头通过连接头与喷水端口连接即可实现灌溉；公连接头12和母连接头11紧密配合，拆卸和安装方便，大大降低施工难度，缩短安装工期。

如图3所示，母连接头11由第一壳体，其中第一壳体一体成型有作为输水启止阀的堵水机构和半开口型的连接端口，连接端口一底端设置有一限位底板（未示出），连接端口的侧面设置有纵向滑槽19，公连接头12与母连接头11滑动连接；堵水机构一端设置有输水管连接口，所述输水管连接口与输水管密封连接，堵水机构的另一端设置有连接面18，所述连接面18上涂覆有一层磨毛面；所述堵水机构包括有截面为L型的挡板14，所述挡板14的上端与强扭力扭簧13的一端固定连接，所述挡板14邻近连接面18的一侧设置有支杆15，所述支杆15的一端与挡板14固定连接，所述支杆15的另一端固定设置有一个截面为半圆的钢球体16。

本实施例中，堵水机构安装在水管和喷水端口的末端，作为堵头实用，防止漏水和渗水，当公连接头12与母连接头11连接时，堵水机构开启使得相邻连个输水管导通，达到增设输水管的目的；公连接头12与母连接头11紧密连接的过程中，向下压迫钢球体16，钢球体16的压力通过支杆15传导为对挡板14的推力，推开挡板14，进而水可以进入另一个输水管或喷头中，当公连接头12与母连接头11拆卸的过程中，挡板14受到来之水的压力和扭簧13的恢复力作用，使得挡板14恢复到原来位置，挡板14的L型底端设置有橡皮套（未示出），橡皮套与阶梯面紧密贴合，可以防止水外渗的目的，在连接面18处设置有磨毛面，磨毛面的厚度在2mm至4mm之间，公连接头12于连接面18的接触面可以涂覆有密封油或者石蜡，达到润滑和密封的作用，使得公连接头12和母连接头11连接更加紧密，提升连接头的密封性。

如图4所示，公连接头12由第二壳体，其中第二壳体的侧面设置有匹配所述纵向滑槽19的纵向滑轨20，第二壳体的一端留置有连接输水管道的输水口，第二壳体的另一端设置有刚性顶板17，刚性顶板17跟随第二壳体下行推动钢球体16使得堵水机构开启放水；刚性顶板17可以与钢球体16直接接触，进而推开挡板14达到输水管内水体流通的目的。

一种智慧种植大棚自动灌溉方法，包括如下步骤，

S1、传感器组8全天候监测温室大棚内外信息，终端1实时收集传感器组8采集的信息数据进行分析；

S2、终端1对采集到传感器组8的数据进行分析，发出控制指令，进而控制驱动单元5执行相应动作；

A1、当温湿度传感器85检测到的温室大棚温度过高，气象传感器83检测到温室大棚外无雨水，驱动单元5驱动卷膜装置运行，卷膜机7转动卷起薄膜；当气象传感器83检测到天气温室大棚外有雨水，卷膜装置不运行；

A2、当温室大棚内的二氧化碳浓度过高时，若光照传感器82检测到温室大棚光照强度过低，驱动单元5驱动补光装置9运行，补光装置9开启促进植物加速进行光合作用；

A3、当土壤湿度传感器81检测的土壤湿度过低，驱动单元5驱动供水装置A，供水装置A的喷头将水通过滴灌或者喷灌的方式作用于植物；当湿度传感器监测到湿度达到植物生长的最佳土壤湿度，驱动单元5控制供水装置A停止供水；

A4、当土壤的局部湿度过低，需要加装输水管或者喷头，母连接头11固定设置喷水端口和输水管的尾端，公连接头12的一端加装有输水管和喷头，操作人员仅需将公连接头12和母连接头11对接，即可实现管道的拼接和喷头的增设。

以上所述之具体实施方式为本发明一种智慧种植大棚自动灌溉系统及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种智慧种植大棚自动灌溉系统，其特征在于 ：包括终端、通讯设备、主控单元、电力保护装置、驱动单元、供水装置、电源单元、传感器组、卷膜装置、补光装置以及鼓风装置；所述终端与通讯设备通讯连接，所述电源单元与所述主控单元电连接，所述通讯设备与主控单元电连接，所述驱动单元和传感器组分别与主控单元电连接，所述驱动单元与补光装置电连接，所述驱动单元通过电力保护装置分别与鼓风装置、卷膜装置以及供水装置电连接，所述的电力保护装置包括有电机反向电动势消除器以及过流保护装置；所述电动势消除器与驱动单元电连接，所述过流保护装置与电动势消除器电连接，所述卷膜装置和供水装置分别与过流保护装置电连接，所述供水装置包括有水泵、输水管、连接头以及喷头，所述水泵的出水口与水管密封连接，所述输水管上设置有若干喷水端口，若干所述喷水端口上固定设置有连接头，相邻所述输水管通过连接头密封连接，所述连接头包括公连接头和母连接头，所述公连接头和母连接头可拆卸连接，所述母连接头包括第一壳体，所述第一壳体一体成型有作为输水启止阀的堵水机构和半开口型的连接端口，所述连接端口一底端设置有一限位底板，所述连接端口的侧面设置有纵向滑槽，所述公连接头与母连接头滑动连接，

一种智慧种植大棚自动灌溉方法，包括如下步骤：

S1、传感器组全天候监测温室大棚内外信息，终端实时收集传感器组采集的信息数据进行分析；

S2、终端对采集到传感器组的数据进行分析，发出控制指令，进而控制驱动单元执行相应动作；

A1、当温湿度传感器检测到的温室大棚温度过高，气象传感器检测到温室大棚外无雨水，驱动单元驱动卷膜装置运行，卷膜机转动卷起薄膜；当气象传感器检测到天气温室大棚外有雨水，卷膜装置不运行；

A2、当温室大棚内的二氧化碳浓度过高时，若光照传感器检测到温室大棚光照强度过低，驱动单元驱动补光装置运行，补光装置开启促进植物加速进行光合作用；

A3、当土壤湿度传感器检测的土壤湿度过低，驱动单元驱动供水装置，供水装置的喷头将水通过滴灌或者喷灌的方式作用于植物；当湿度传感器监测到湿度达到植物生长的最佳土壤湿度，驱动单元控制供水装置停止供水；

A4、当土壤的局部湿度过低，需要加装输水管或者喷头，母连接头固定设置喷水端口和输水管的尾端，公连接头的一端加装有输水管和喷头，操作人员仅需将公连接头和母连接头对接，即可实现管道的拼接和喷头的增设。

2.根据权利要求1所述一种智慧种植大棚自动灌溉系统，其特征在于：所述的电力保护装置包括有电机反向电动势消除器以及过流保护装置；所述电动势消除器与驱动单元电连接，所述过流保护装置与电动势消除器电连接，所述卷膜装置和供水装置分别与过流保护装置电连接。

3.根据权利要求1所述一种智慧种植大棚自动灌溉系统，其特征在于：所述堵水机构一端设置有输水管连接口，所述输水管连接口与输水管密封连接，堵水机构的另一端设置有连接面，所述连接面上涂覆有一层磨毛面；所述堵水机构包括有截面为L型的挡板，所述挡板的上端与强扭力扭簧的一端固定连接，所述挡板邻近连接面的一侧设置有支杆，所述支杆的一端与挡板固定连接，所述支杆的另一端固定设置有一个截面为半圆的钢球体。

4.根据权利要求1所述一种智慧种植大棚自动灌溉系统，其特征在于：所述公连接头包括有第二壳体，所述第二壳体的侧面设置有匹配所述纵向滑槽的纵向滑轨，所述第二壳体的一端留置有连接输水管道的输水口，所述第二壳体的另一端设置有刚性顶板，所述刚性顶板跟随第二壳体下行推动钢球体使得堵水机构开启放水。

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