CN113141933A - 一种日光温室种植滴灌实时控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种日光温室种植滴灌实时控制系统，所述日光温室种植滴灌实时控制系统包括：滴灌带单元，铺设在种植区域的地面上；数据采集单元，用于采集种植区域的环境信息，形成环境模拟信号；测控单元，用于将环境模拟信号转换为环境数字信号，并发送至中央控制单元；中央控制单元，用于对环境数字信号进行分析，得到环境调控信息，并将环境调控信息发送至远程控制终端；远程控制终端根据环境调控信息下发控制指令；执行单元，分别与滴灌带单元及测控单元连接，用于根据控制指令控制滴灌带单元中的肥料或水的流通，实现作物种植的节水灌溉和实时远程管理，提高灌溉和施肥效率，解决干旱地区日光温室种植灌溉的实时管理问题。

Description

一种日光温室种植滴灌实时控制系统

技术领域

本发明涉及农作物种植的灌溉领域，特别是涉及一种日光温室种植滴灌实时控制系统。

背景技术

中国北方干旱区水资源有限，而且冬季漫长且气温低，日光温室种植成为区域高效农业的重要途径，得到快速发展，与此同时日光温室节水灌溉也成为区域水资源效率提高的重要途径。但是，温室种植的灌水模式大多数依然是沟灌，用水量相对较大，实时远程控制较难，致使区域农业用水资源利用效率提高困难。大水灌溉也容易引起土壤盐渍化，造成地力衰退，限制温室种植效益提高。滴灌作为一种节水技术被世界各国广泛采用，有效地节约了灌溉用水，同时也容易实施自动化控制。为此，中国倡导发展滴灌，也形成了较多的管理技术。随着网络和通讯技术进步，远程控制成为可能，运用先进通讯手段，进行滴灌远程实时控制，可实现实时监控温室灌溉情况，进行遥控调配，实现供水、施肥、气温和湿度调节，提高温室管理的自动化与实时管理，实现解放人力、节水、节肥和实时高效的轻松管理目标。

滴灌效益的发挥不仅取决于其系统设计，也受种植作物限制，更适宜多年生作物种植。本发明以人参果(Solanum muricatum)为例进行系统设计。人参果在0－40℃范围均能生存，是适应性较广和经济价值较高的果蔬兼用多年生作物，在甘肃省河西走廊已实现大面积温室种植，成为当地农民重要的增收作物。但是，日光温室人参果种植大多应用沟灌，依赖种植户的经验灌溉，人工现场目测管理，无法实施自动化实时监控，严重制约温室种植的节水高效优势发挥。因而，需要一种滴灌实时控制系统实现精准灌溉和实时管理，提高干旱区水资源利用效率。鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种日光温室种植滴灌实时控制系统，可实现作物种植的节水灌溉和实时遥控管理，提高灌溉和施肥效率，解决干旱地区日光温室种植灌溉的实时管理问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种日光温室种植滴灌实时控制系统，所述日光温室种植滴灌实时控制系统包括：

滴灌带单元，铺设在种植区域的地面上；

数据采集单元，设置在种植区域的土壤中和/或温室中，与所述滴灌带单元连接，用于采集种植区域的环境信息，形成环境模拟信号；

执行单元，与肥料源管道、水源管道及所述滴灌带单元连接，用于控制所述滴灌带单元中的肥料和/或水的流通；

测控单元，分别与所述数据采集单元及所述执行单元连接，用于将所述环境模拟信号转换为环境数字信号，并发送至中央控制单元，以及接收中央控制单元发送的控制指令，并在所述控制指令的控制下，控制所述执行单元的启动；

中央控制单元，与所述测控单元连接，用于对所述环境数字信号进行分析，得到环境调控信息，并将所述环境调控信息发送至远程控制终端，以及接收所述远程控制终端发送的控制指令；所述远程控制终端用于根据所述环境调控信息生成控制指令，以通过控制所述执行单元的启动来控制所述滴灌带单元中的肥料或水的流通。

可选地，所述滴灌带单元包括：

干管，铺设在种植区域的地面上，并与所述执行单元连接；

支管，铺设在种植区域的地面上，并连接至所述干管上；

毛管，铺设在种植区域的地面上，并连接至所述支管上。

可选地，所述日光温室种植滴灌实时控制系统还包括：

地膜，铺设在种植区域的地面上，种植区域的垄和沟全部用所述地膜覆盖；所述滴灌带单元铺设在所述地膜的下面。

可选地，所述测控单元包括：

转换模块，分别与所述数据采集单元及所述中央控制单元连接，用于将所述环境模拟信号转换为环境数字信号，并将所述环境数字信号发送至所述中央控制单元；

控制模块，分别与所述中央控制单元及所述执行单元连接，用于在所述控制指令的控制下，控制所述执行单元的启动。

可选地，所述环境调控信息包括所述滴灌带单元的工作状态；

所述数据采集单元包括：

流量传感器，埋入种植区域的土壤中，并与所述滴灌带单元连接，用于采集滴灌带单元的滴灌水量及滴水速度；

所述转换模块分别与所述流量传感器及所述中央控制单元连接，用于将所述滴灌水量转换为对应的数字信号，以及将所述滴水速度转换为对应的数字信号，并发送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述滴灌水量及所述滴灌速度，判断所述滴灌带单元的工作状态，并将所述滴灌带单元的工作状态发送至远程控制终端。

可选地，所述环境调控信息包括湿度模拟信号、湿度传感器和作物蒸腾速率；

所述数据采集单元包括：

湿度传感器，置于温室中，与所述测控单元连接，用于采集空气湿度模拟信号；

温度传感器，置于温室中，与所述测控单元连接，用于采集空气温度模拟信号；

植物茎流传感器，包裹于植株茎基，并与所述测控单元连接，用于采集植株的茎流模拟信号；

所述转换模块分别与所述湿度传感器、所述温度传感器、所述植物茎流传感器及所述中央控制单元连接，用于将所述湿度模拟信号转换为湿度数字信号，将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，将所述茎流模拟信号转换为茎流数字信号，并将所述湿度数字信号、所述温度数字信号及所述茎流数字信号发送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述湿度数字信号、所述温度数字信号及所述茎流数字信号得到作物蒸腾速率，并将所述温度数字信号、所述湿度数字信号及所述作物蒸腾速率发送至远程控制终端。

可选地，所述环境调控信息还包括灌溉时间、灌溉量、施肥类型及施肥数量；

所述数据采集单元还包括：

土壤水分传感器，置于土壤中，并与所述测控单元连接，用于采集土壤含水量模拟信号；

pH值传感器，置于土壤中，并与所述测控单元连接，用于采集土壤酸碱度模拟信号；

土壤电导率传感器，置于土壤中，并与所述测控单元连接，用于采集土壤电导率模拟信号；

所述转换模块还与所述土壤水分传感器、所述pH值传感器及所述土壤电导率传感器连接，用于将所述土壤含水量模拟信号转换为土壤含水量数字信号、将所述土壤酸碱度模拟信号转换为土壤酸碱度数字信号以及将所述土壤电导率模拟信号转换为土壤电导率数字信号，并将所述土壤含水量数字信号、所述土壤酸碱度数字信号及所述土壤电导率数字信号发送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元还用于根据所述作物蒸腾速率及所述土壤含水量确定灌溉时间与灌溉量，以及根据所述土壤酸碱度及所述土壤电导率，确定施肥类型与施肥数量，并将所述灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量发送至远程控制终端。

可选地，所述中央控制单元包括：

第一传输模块，与所述测控单元连接，用于接收所述环境数字信号，以及向所述测控单元发送控制指令；

计算模块，与所述第一传输模块连接，用于根据所述环境数字信号，计算得到灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量及所述滴灌带单元的工作状态；

第二传输模块，分别与所述计算模块、所述第一传输模块及远程控制终端连接，用于将所述灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量及所述滴灌带单元的工作状态发送至所述远程控制终端，以及将所述远程控制终端的控制指令发送至所述第一传输模块。

可选地，所述执行单元包括：

主控阀，与所述测控单元连接，用于在所述测控单元的控制下生成施肥控制指令和/或灌溉控制指令；

施肥阀，与所述主控阀连接，并与肥料源管道连通，用于根据所述施肥控制指令控制肥料的流通；

灌溉阀，与所述主控阀连接，并与水源管道连通，用于根据所述灌溉控制指令控制水的流通；

混合阀，分别与所述施肥阀、所述灌溉阀连接，并与所述滴灌带单元管道连通，用于控制经过所述施肥阀的肥料及经过所述灌溉阀的水至所述滴灌带单元的流通。

可选地，所述执行单元还包括：

过滤器，设置在所述施肥阀、灌溉阀与所述混合阀之间，且分别与所述施肥阀、所述灌溉阀以及所述混合阀管道连通，用于对经过施肥阀的肥料或经过灌溉阀的水进行过滤。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明将滴灌带单元铺设在种植区域的地面上，数据采集单元实时采集种植区域的环境信息，测控单元将环境模拟信号转换为对应的环境数字信号并发送至中央控制单元，中央控制单元根据环境数字信号计算得到环境调控信息，远程控制终端根据环境调控信息即可实时下发控制指令，控制滴灌带单元中的肥料和水的流通，达到作物种植的节水灌溉和实时远程管理，提高了灌溉和施肥效率，解决了干旱地区日光温室种植灌溉的实时管理问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明日光温室种植滴灌实时控制系统的模块结构示意图；

图2为测控单元的内部模块结构示意图；

图3为本发明日光温室种植滴灌实时控制系统的内部模块结构示意图；

图4为本发明日光温室种植滴灌实时控制系统的运行流程图。

符号说明：

1-滴灌带单元，11-干管，12-支管，13-毛管，2-数据采集单元，21-温度传感器，22-湿度传感器，23-植物茎流传感器，24-土壤水分传感器，25-pH值传感器，26-土壤电导率传感器，27-流量传感器，3-测控单元，31-转换模块，311-温度转换子模块，312-湿度转换子模块，313-植物茎流转换子模块，314-土壤数据转换子模块，315-灌溉数据转换子模块，32-控制模块，4-中央控制单元，41-第一传输模块，42-计算模块，43-第二传输模块，5-执行单元，51-主控阀，52-施肥阀，53-灌溉阀，54-混合阀，55-肥料源，56-水源，57-过滤器，6-远程控制终端。

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。

本发明的目的是提供一种日光温室种植滴灌实时控制系统，通过将滴灌带单元铺设在种植区域的地面上，数据采集单元实时采集种植区域的环境信息，测控单元将环境模拟信号转换为对应的环境数字信号并发送至中央控制单元，中央控制单元根据环境数字信号计算得到环境调控信息，远程控制终端根据环境调控信息即可实时下发控制指令，控制滴灌带单元中的肥料和水的流通，进而为种植区域的作物进行灌溉和施肥，达到作物种植的节水灌溉和实时远程管理，提高了灌溉和施肥效率，解决了干旱地区日光温室种植灌溉的实时管理问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明所提供的一种日光温室种植滴灌实时控制系统包括：滴灌带单元1、数据采集单元2、测控单元3、执行单元5、中央控制单元4以及远程控制终端6。

具体地，所述滴灌带单元1铺设在种植区域的地面上；

所述数据采集单元2设置在种植区域的土壤中和/或温室中，所述数据采集单元2与所述滴灌带单元1连接，所述数据采集单元2用于采集种植区域的环境信息，形成环境模拟信号；

所述执行单元5与肥料源管道、水源管道及所述滴灌带单元1连接，用于控制所述滴灌带单元1中的肥料和/或水的流通；

所述测控单元3分别与所述数据采集单元2及所述执行单元5连接，所述测控单元3用于将所述环境模拟信号转换为环境数字信号，并发送至中央控制单元4，以及接收中央控制单元4发送的控制指令，并在所述控制指令的控制下，控制所述执行单元5的启动；

所述中央控制单元4与所述测控单元3连接，所述中央控制单元4用于对所述环境数字信号进行分析，得到环境调控信息，并将所述环境调控信息发送至远程控制终端6，以及接受所述远程控制终端6发送的控制指令；所述远程控制终端用于根据所述环境调控信息生成控制指令，以通过控制所述执行单元的启动来控制所述滴灌带单元中的肥料或水的流通。

进一步地，所述滴灌带单元1包括：干管11、支管12以及毛管13。

其中，所述干管11铺设在种植区域的地面上，并与所述执行单元5连接；

所述支管12铺设在种植区域的地面上，并连接至所述干管11上；

所述毛管13铺设在种植区域的地面上，并连接至所述支管12上。

此外，所述日光温室种植滴灌实时控制系统还包括：地膜。具体地，所述地膜铺设在种植区域的地面上，种植区域的垄和沟全部用所述地膜覆盖；所述滴灌带单元1铺设在所述地膜的下面。

优选地，所述地膜为黑色地膜。

进一步地，如图2所示，所述测控单元包括：转换模块31及控制模块32。

其中，所述转换模块31分别与所述数据采集单元2及所述中央控制单元4连接，所述转换模块31用于将所述环境模拟信号转换为环境数字信号，并将所述环境数字信号发送至所述中央控制单元4；

所述控制模块32分别与所述中央控制单元4及所述执行单元5连接，所述控制模块32用于在所述控制指令的控制下，控制所述执行单元5的启动。

更进一步地，所述环境调控信息包括所述滴灌带单元的工作状态；

具体地，所述数据采集单元2包括流量传感器27。所述流量传感器27埋入种植区域的土壤中，并与所述滴灌带单元1连接，所述流量传感器27用于采集滴灌带单元1的滴灌水量及滴水速度。

所述转换模块31分别与所述流量传感器27及所述中央控制单元4连接，所述转换模块31用于将所述滴灌水量转换为对应的数字信号，以及将所述滴水速度转换为对应的数字信号，并发送至所述中央控制单元4；

所述中央控制单元4根据所述滴灌水量及所述滴灌速度，判断所述滴灌带单元1的工作状态，并将所述滴灌带单元1的工作状态发送至远程控制终端6。

所述流量传感器27埋入土壤中，一端与所述灌溉测控模块35相连，另一端连接至所述混合阀54与所述干管11的连接处，所述流量传感器27用于采集滴灌水量及其入渗土壤的速度，依据流量传感器27确定滴灌水量及滴灌孔的滴水速率。

进一步地，所述环境调控信息还包括湿度模拟信号、湿度传感器和作物蒸腾速率；

所述数据采集单元2还包括：湿度传感器22、温度传感器21以及植物茎流传感器23。

具体地，所述湿度传感器22置于温室中，所述湿度传感器22与所述测控单元3连接，所述湿度传感器22用于采集空气湿度模拟信号；

所述温度传感器21置于温室中，所述温度传感器21与所述测控单元3连接，所述温度传感器21用于采集空气温度模拟信号；

所述植物茎流传感器23包裹于植株茎基，并与所述测控单元3连接，所述植物茎流传感器23用于采集植株的茎流模拟信号；

所述转换模块31分别与所述湿度传感器22、所述温度传感器21、所述植物茎流传感器23及所述中央控制单元4连接，所述转换模块31用于将所述湿度模拟信号转换为湿度数字信号，将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，将所述茎流模拟信号转换为茎流数字信号，并将所述湿度数字信号、所述温度数字信号及所述茎流数字信号发送至所述中央控制单元4；

优选地，所述中央控制单元4根据所述湿度数字信号、所述温度数字信号及所述茎流数字信号得到作物蒸腾速率，并将所述温度数字信号、所述湿度数字信号及所述作物蒸腾速率发送至远程控制终端6。

更进一步地，所述环境调控信息还包括灌溉时间、灌溉量、施肥类型及施肥数量；

所述数据采集单元2还包括：土壤水分传感器24、pH值传感器25以及土壤电导率传感器26。

其中，所述土壤水分传感器24置于土壤中，并与所述测控单元3连接，所述土壤水分传感器24用于采集土壤含水量模拟信号；

所述pH值传感器25置于土壤中，并与所述测控单元3连接，所述pH值传感器25用于采集土壤酸碱度模拟信号；

所述土壤电导率传感器26置于土壤中，并与所述测控单元3连接，所述土壤电导率传感器26用于采集土壤电导率模拟信号；

优选地，所述转换模块31还与所述土壤水分传感器24、所述pH值传感器25及所述土壤电导率传感器26连接，用于将所述土壤含水量模拟信号转换为土壤含水量数字信号、将所述土壤酸碱度模拟信号转换为土壤酸碱度数字信号以及将所述土壤电导率模拟信号转换为土壤电导率数字信号，并将所述土壤含水量数字信号、所述土壤酸碱度数字信号及所述土壤电导率数字信号发送至所述中央控制单元4；

所述中央控制单元4还用于根据所述作物蒸腾速率及所述土壤含水量确定灌溉时间与灌溉量，以及根据所述土壤酸碱度及所述土壤电导率，确定施肥类型与施肥数量，并将所述灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量发送至远程控制终端6。

此外，为了避免在模数转换过程中各模拟信号之间的干扰，本发明的转换模块31还可设置为分开的多路模数转换模块。如图3所示，所述转换模块31包括灌溉数据转换子模块315。所述灌溉数据转换子模块315分别与所述流量传感器27及所述中央控制单元4连接，所述灌溉数据转换子模块315用于将所述滴灌水量转换为对应的数字信号，以及将所述滴水速度转换为对应的数字信号，并传输至所述中央控制单元4；

所述转换模块31还包括：湿度转换子模块312、温度转换子模块311以及植物茎流转换子模块313。其中，所述湿度转换子模块312分别与所述湿度传感器22及所述中央控制单元4连接，所述湿度转换子模块312用于将所述湿度模拟信号转换为湿度数字信号，并发送至所述中央控制单元4；

所述温度转换子模块311分别与所述温度传感器21及所述中央控制单元4连接，所述温度转换子模块311用于将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，并发送至所述中央控制单元4；

所述植物茎流转换子模块313分别与所述植物茎流传感器23及所述中央控制单元4连接，所述植物茎流转换子模块313用于将所述茎流模拟信号转换为茎流数字信号，并发送至所述中央控制单元4；

进一步地，所述转换模块31还包括土壤数据转换子模块314。具体地，所述土壤数据转换子模块314分别与所述土壤水分传感器24、所述pH值传感器25、所述土壤电导率传感器26及所述中央控制单元4连接，所述土壤数据转换子模块314用于将所述土壤含水量模拟信号转换为土壤含水量数字信号、将所述土壤酸碱度模拟信号转换为土壤酸碱度数字信号以及将所述土壤电导率模拟信号转换为土壤电导率数字信号，并将所述土壤含水量数字信号、所述土壤酸碱度数字信号及所述土壤电导率数字信号发送至所述中央控制单元4；

此外，所述中央控制单元4包括：第一传输模块41、计算模块42以及第二传输模块43。

其中，所述第一传输模块41与所述测控单元3连接，所述第一传输模块41用于接收所述环境数字信号，以及向所述测控单元3发送控制指令；

所述计算模块42与所述第一传输模块41连接，所述计算模块42用于根据所述环境数字信号，计算得到灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量及所述滴灌带单元1的工作状态；

所述第二传输模块43分别与所述计算模块42、第一传输模块41及远程控制终端6连接，所述第二传输模块43用于将所述灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量及所述滴灌带单元1的工作状态发送至所述远程控制终端6，以及将所述远程控制终端6的控制指令发送至所述第一传输模块41。

优选地，所述执行单元5包括：主控阀51、施肥阀52、灌溉阀53以及混合阀54。

具体地，所述主控阀51与所述测控单元3连接，所述主控阀51用于在所述测控单元的控制下生成施肥控制指令和/或灌溉控制指令；

所述施肥阀52与所述主控阀51连接，并与肥料源55管道连通，所述施肥阀52用于根据所述施肥控制指令控制肥料的流通；

所述灌溉阀53与所述主控阀51连接，并与水源56管道连通，所述灌溉阀53用于根据所述灌溉控制指令控制水的流通；

所述混合阀54分别与所述施肥阀52、所述灌溉阀53连接，并与所述滴灌带单元1管道连通，所述混合阀54用于控制经过所述施肥阀52的肥料及经过所述灌溉阀53的水至所述滴灌带单元1的流通。

可选地，所述执行单元5还包括过滤器57。所述过滤器57设置在所述施肥阀52、灌溉阀53与所述混合阀54之间，且分别与所述施肥阀52、所述灌溉阀53以及所述混合阀54管道连通，所述过滤器57用于对经过施肥阀52的肥料或经过灌溉阀53的水进行过滤，并将过滤后的肥料或水下方至所述混合阀54处。

优选地，所述日光温室种植滴灌实时控制系统还包括通讯单元。具体地，所述通讯单元包括无线传输模块和有线装置。

其中，所述有线装置将不同物理位置的设备连接起来，所述有线装置用于传送数据和指令，并按照一定的协议相互识别。

所述无线传输模块分别与所述中央控制单元4及远程控制终端6连接；所述中央控制单元4通过所述无线传输单元将所述环境调控信息发送至所述远程控制终端6；所述远程控制终端6通过所述无线传输单元将所述控制指令发送至所述中央控制单元4。

在本实施例中，所述远程控制终端6为遥控器、手机等终端设备，但不限于此，本领域的技术人员可根据实际需要进行相应的选择。当所述远程控制终端6为手机时，采用APP客户端控制和查看实时数据，具有手动启动中央控制单元的功能。所述通讯单元是滴灌控制系统的联系单元，进行设备间联系和命令传达。所述通讯单元承担滴灌系统与外界联系及滴灌系统的内部通讯联系，将工作状态传输到远程控制终端6，同时将命令传达到所述中央控制单元4。

优选地，本发明将滴灌带单元1的干管11、支管12和毛管13的铺设方式都为明管，放在地面上，便于移动、修理和移除。所述地膜的幅宽为120cm，厚度为0.005-0.015mm。所述地膜全覆盖种植区域，将种植区的垄和沟全部用地膜覆盖。每个温室只设计一条干管11，若干条支管12，每3条毛管13为一组，连结到支管12上，最后支管12连结到干管11上。支管12和毛管13的数量根据温室的面积确定，管材采用PVC，管径根据流量分级配置，毛管13用内镶式滴灌管。毛管13采用垄作膜下单管：∮16*0.4*300*2.7L/h，即在覆盖地膜的垄上只铺一根毛管13，且管子铺在地膜下面。滴灌管置于作物生长的垄中间，距植株茎基部20cm，滴孔朝上。所述滴灌带单元1是直接与植物联系的工作单元，是滴灌系统的出水单元。

所述主控阀51、所述灌溉阀53、所述施肥阀52及所述混合阀54均为自动控制电磁阀门。所述灌溉阀53设置在干管11的首端，为闸阀，在所述支管12进水口处设球阀。所述灌溉阀53和所述施肥阀52均为电磁阀，分别控制水源56和肥料源。所述主控阀51通过通讯连接控制所述灌溉阀53和所述施肥阀52。所述主控阀51包括电磁阀和阀门控制器，通过阀门控制器接受指令，实施开合，完成控制任务。所述执行单元5是命令执行单元5，用于控制滴灌带工作。

优选地，所述流量传感器27对每条支管12道上的流量进行实时监测，将流量数据发送至中央控制单元4，中央控制单元4将接收到的流量数据与对应的阈值相比较，若流量数据小于阈值，则判断对应支管12道发生堵塞，中央控制单元4发送控制命令关闭对应的支路电磁阀并发出警报。所述流量数据包括滴灌水量和滴水速度。

优选地，本发明所提供的日光温室种植滴灌实时控制系统在干旱地区日光温室种植中应用。

将本发明所提供的日光温室种植滴灌实时控制系统应用于人参果的种植，工作原理如下：

根据人参果的冠幅，设计合理的滴灌带结构。灌溉需水量和施肥量通过中央控制单元4的计算模块42与土壤参考数据库已有数据进行比对计算，确定需水量和施肥量，最后通过中央控制单元4传输指令，实现灌溉水量和施肥量的精准化。

灌溉需水量计算首先根据土壤水分传感器24测定其含水率，再根据所测温室的温度和湿度计算影响作物蒸腾速率参数，最后参考植物茎流仪数据得到作物蒸腾速率。通过上述计算所得蒸腾速率和土壤含水率，再与已有数据库人参果不同生育期的需水量进行比较，确定作物灌溉时间与灌溉量。当作物蒸腾速率大而变化率正向变大，而且土壤含水率未达到田间持水量，说明作物耗水量增大，调增土壤湿度值，并确定滴灌时间与数量。相反，当作物蒸腾速率小而变化率负向变大，说明作物耗水量减小，而且土壤含水率达到田间持水量，调减土壤湿度值，并确定滴灌时间与数量。施肥量计算根据土壤pH值和电导率传感器测定值与土壤参考数据库已有数据进行比对计算，确定施肥类型与数量。

数据采集单元2的各个传感器输入和测控单元3输出数据均用单片机控制，数据采集单元2的每个传感器和测控单元3的每个测控模块中都包含单片机，通过单片机实现信号转换与数据传输。输入和输出电路采用光电耦合器实现隔离。可以防止外部信号干扰单片机的正常工作。单片机将各类采集数据打包成CAN格式输出，发送到中央控制单元4，进行计算分析，再传送至远程控制终端6。远程控制终端6读取数据并发布控制命令，通过远程控制终端6实现中央控制电脑远程控制整个系统运行，实现实时监测和管理。

系统运行过程如图4所示，启动系统，进行系统初始化，输入各类数据，检测滴灌系统是否处于正常工作装态，包括通讯系统是否畅通，检测泵和管道压力是否正常，如果系统出现故障，滴灌中央控制系统的报警器报警并停止工作，远程控制终端6下达运行指令到中央控制系统，进行系统电路、压力和信号等检测，正常状态，则输入灌溉指标数值，即初始化，进行工作。否则，滴灌系统通过测控模块开启数据采集器：土壤水分传感器24、pH值传感器、土壤电导率传感器26、茎流传感器、湿度传感器22、温度传感器21开始采集数据；所采数据通过测控模块传到中央控制单元4，中央控制单元4计算模块42结合人参果生长期参考数据库数值，例如：日光温室内适宜温度为10－32℃，坐果期适温为15－30℃，室内适宜湿度为60％—70％，以及实时测定的土壤含水量和植物茎流量，确定滴灌量和时间，同时根据土壤电导率和pH值，确定施肥种类与施肥量。中央控制单元4的第二传输模块43则通过无线传输单元将水量和施肥数据传送到远程控制终端6，进行判别和滴灌指令下达，实施滴灌或不灌溉。

本发明应用现代监测和通讯手段，将人参果种植灌溉过程通过土壤水分和化学数据、温室的温度和湿度以及植物茎流传感器23数据采集、数据处理和电脑综合运算及无线传输，形成了日光温室人参果种植的灌水和施肥统一的实时操作，实现了作物用水和化肥的精准使用量，有助于资源效益的提高，实现了精准和远程的遥控管理。本发明针对人参果设计，但也可以应用到其他作物，只要修改所述滴灌带单元1和中央控制电脑参考数据，因为不同作物的种植密度不同，滴灌带铺设的模式和参考数据不同。因此，本发明在温室种植的自动化实时管理普及上有着广阔的市场前景。

本发明设计人参果的灌溉模式为滴灌，而滴灌量的确定依据土壤含水率、空气温湿度和作物茎流量，施肥类型和数量则根据已有土壤养分数据库数值和人参果各生长期表现及所需养分，参考实时观测的土壤pH值和电导率数据计算。空气、土壤和植物茎流变化通过各类传感器采集数据，并将数据传达到单片机模块，再传达到中央控制单元4，进行计算分析，最后数据传到远程控制终端6，实施人参果温室种植的远程精准滴灌和实时控制，提高了灌溉效能，实现了远程实时管理。其中，施肥量计算公式需要通过实验获得，根据土壤pH值和电导率得到二者数据，参考实验值增加肥料源中化学肥料类型与数量，调整pH值和电导率达到实验数据。也可参考已有实验文献，确定不同生长时期的施肥类型和数量。

本发明基于土壤含水率、植物茎流数据和温室的温度与湿度变化数据确定滴灌量和灌溉时间，并通过电脑计算及无线传输系统调控，实现温室的精准滴灌和实时监控，提高了灌溉效率和实时管理。该技术解决干旱地区日光温室人参果种植的精准灌溉及其实时管理问题，适用于干旱区日光温室种植人参果使用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述日光温室种植滴灌实时控制系统包括：

滴灌带单元，铺设在种植区域的地面上；

数据采集单元，设置在种植区域的土壤中和/或温室中，与所述滴灌带单元连接，用于采集种植区域的环境信息，形成环境模拟信号；

执行单元，与肥料源管道、水源管道及所述滴灌带单元连接，用于控制所述滴灌带单元中的肥料和/或水的流通；

测控单元，分别与所述数据采集单元及所述执行单元连接，用于将所述环境模拟信号转换为环境数字信号，并发送至中央控制单元，以及接收中央控制单元发送的控制指令，并在所述控制指令的控制下，控制所述执行单元的启动；

中央控制单元，与所述测控单元连接，用于对所述环境数字信号进行分析，得到环境调控信息，并将所述环境调控信息发送至远程控制终端，以及接收所述远程控制终端发送的控制指令；所述远程控制终端用于根据所述环境调控信息生成控制指令，以通过控制所述执行单元的启动来控制所述滴灌带单元中的肥料或水的流通。

2.根据权利要求1所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述滴灌带单元包括：

干管，铺设在种植区域的地面上，并与所述执行单元连接；

支管，铺设在种植区域的地面上，并连接至所述干管上；

毛管，铺设在种植区域的地面上，并连接至所述支管上。

3.根据权利要求1所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述日光温室种植滴灌实时控制系统还包括：

地膜，铺设在种植区域的地面上，种植区域的垄和沟全部用所述地膜覆盖；所述滴灌带单元铺设在所述地膜的下面。

4.根据权利要求1所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述测控单元包括：

转换模块，分别与所述数据采集单元及所述中央控制单元连接，用于将所述环境模拟信号转换为环境数字信号，并将所述环境数字信号发送至所述中央控制单元；

控制模块，分别与所述中央控制单元及所述执行单元连接，用于在所述控制指令的控制下，控制所述执行单元的启动。

5.根据权利要求4所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述环境调控信息包括所述滴灌带单元的工作状态；

所述数据采集单元包括：

流量传感器，埋入种植区域的土壤中，并与所述滴灌带单元连接，用于采集滴灌带单元的滴灌水量及滴水速度；

所述转换模块分别与所述流量传感器及所述中央控制单元连接，用于将所述滴灌水量转换为对应的数字信号，以及将所述滴水速度转换为对应的数字信号，并发送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述滴灌水量及所述滴灌速度，判断所述滴灌带单元的工作状态，并将所述滴灌带单元的工作状态发送至远程控制终端。

6.根据权利要求4所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述环境调控信息包括湿度模拟信号、湿度传感器和作物蒸腾速率；

所述数据采集单元包括：

湿度传感器，置于温室中，与所述测控单元连接，用于采集空气湿度模拟信号；

温度传感器，置于温室中，与所述测控单元连接，用于采集空气温度模拟信号；

植物茎流传感器，包裹于植株茎基，并与所述测控单元连接，用于采集植株的茎流模拟信号；

所述转换模块分别与所述湿度传感器、所述温度传感器、所述植物茎流传感器及所述中央控制单元连接，用于将所述湿度模拟信号转换为湿度数字信号，将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，将所述茎流模拟信号转换为茎流数字信号，并将所述湿度数字信号、所述温度数字信号及所述茎流数字信号发送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据所述湿度数字信号、所述温度数字信号及所述茎流数字信号得到作物蒸腾速率，并将所述温度数字信号、所述湿度数字信号及所述作物蒸腾速率发送至远程控制终端。

7.根据权利要求6所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述环境调控信息还包括灌溉时间、灌溉量、施肥类型及施肥数量；

所述数据采集单元还包括：

土壤水分传感器，置于土壤中，并与所述测控单元连接，用于采集土壤含水量模拟信号；

pH值传感器，置于土壤中，并与所述测控单元连接，用于采集土壤酸碱度模拟信号；

土壤电导率传感器，置于土壤中，并与所述测控单元连接，用于采集土壤电导率模拟信号；

所述转换模块还与所述土壤水分传感器、所述pH值传感器及所述土壤电导率传感器连接，用于将所述土壤含水量模拟信号转换为土壤含水量数字信号、将所述土壤酸碱度模拟信号转换为土壤酸碱度数字信号以及将所述土壤电导率模拟信号转换为土壤电导率数字信号，并将所述土壤含水量数字信号、所述土壤酸碱度数字信号及所述土壤电导率数字信号发送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元还用于根据所述作物蒸腾速率及所述土壤含水量确定灌溉时间与灌溉量，以及根据所述土壤酸碱度及所述土壤电导率，确定施肥类型与施肥数量，并将所述灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量发送至远程控制终端。

8.根据权利要求1所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述中央控制单元包括：

第一传输模块，与所述测控单元连接，用于接收所述环境数字信号，以及向所述测控单元发送控制指令；

计算模块，与所述第一传输模块连接，用于根据所述环境数字信号，计算得到灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量及所述滴灌带单元的工作状态；

第二传输模块，分别与所述计算模块、所述第一传输模块及远程控制终端连接，用于将所述灌溉时间、灌溉量、施肥类型、施肥数量及所述滴灌带单元的工作状态发送至所述远程控制终端，以及将所述远程控制终端的控制指令发送至所述第一传输模块。

9.根据权利要求1所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述执行单元包括：

主控阀，与所述测控单元连接，用于在所述测控单元的控制下生成施肥控制指令和/或灌溉控制指令；

施肥阀，与所述主控阀连接，并与肥料源管道连通，用于根据所述施肥控制指令控制肥料的流通；

灌溉阀，与所述主控阀连接，并与水源管道连通，用于根据所述灌溉控制指令控制水的流通；

混合阀，分别与所述施肥阀、所述灌溉阀连接，并与所述滴灌带单元管道连通，用于控制经过所述施肥阀的肥料及经过所述灌溉阀的水至所述滴灌带单元的流通。

10.根据权利要求9所述的日光温室种植滴灌实时控制系统，其特征在于，所述执行单元还包括：

过滤器，设置在所述施肥阀、灌溉阀与所述混合阀之间，且分别与所述施肥阀、所述灌溉阀以及所述混合阀管道连通，用于对经过施肥阀的肥料或经过灌溉阀的水进行过滤。

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