CN115088453A - 一种水稻田智能化灌排水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农田灌排水技术领域,涉及一种水稻田智能化灌排水系统,包括由溶液供给单元和养分补充单元组成且将养分溶液与灌溉水溶合并输送至稻田的灌溉首部,灌溉终端、监测模块和控制模块。本发明结合多传感器监测和实时图像监测综合分析水稻生长状态,以数据论证水稻对水分与养料的需求,避免传统的经验之谈,用更加科学的方式进行灌溉作业;通过无线控制的进水口电磁阀和排水装置,让农业生产者能足不出户地完成对稻田的补水与排水作业,更加方便与快捷,具有较高的可靠性。该系统不仅能满足水稻生理、生态需水,提高单产,改善品质,改善稻田生态,而且能显著节水节本,符合未来智能化农业的发展方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种水稻田智能化灌排水系统。属于农田灌排水技术领域。
背景技术
国内外研究结果表明,水稻具有一定的水旱两栖性,有很大的节水潜力。
田间灌水既是提高灌溉水利用率的最后环节,又是引水、输水和配水的基础,改进田间灌水技术是农业节水的重点。由于水稻在不同的生长周期对水分的需求程度大有不同,因此在水稻的整个生长周期内需要多次对稻田进行灌水和排水操作。农业生产者一般依靠经验判断灌水和排水的时机,不能及时有效的对稻田进行灌溉或排水作业;且往往采用传统的效率低下的人工作业方式,在人口老龄化严重、劳动力缺失的大环境下,水稻田智能化灌排水系统更符合未来农业的发展趋势。大多农业灌溉控制系统采用定时控制或者手动控制方式,不能进行远程监控,其灌溉精准度低,存在浇水不及时、不均、灌水不足或过量灌水等现象,没有与农作物生长周期所需水规律及需水量和各生长周期需肥量融为一体的精准灌溉技术,造成肥料利用率极低、成本较高的现状,降低了生产力。
针对上述问题,本发明设计了一种水稻田智能化灌排水系统。此系统依靠多传感器监测和实时图像监测综合分析水稻生长状态,以数据论证水稻对水分与养料的需求,避免传统的经验之谈,用更加科学的方式进行灌溉作业;通过无线控制的进水口电磁阀和排水装置,让农业生产者能足不出户地完成对稻田的补水与排水作业,更加方便与快捷。该系统不仅能满足水稻生理、生态需水,提高单产,改善品质,改善稻田生态,而且能显著节水节本。
发明内容
本发明提出一种水稻田智能化灌排水系统,通过智能监测单元与无线控制的输水、排水装置,农业生产者能更加方便、快捷地完成灌溉作业,使稻田灌溉更加智能化、科学化,具有良好的应用前景。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种水稻田智能化灌排水系统,包括由溶液供给单元和养分补充单元组成且将养分溶液与灌溉水溶合并输送至稻田的灌溉首部,灌溉终端、监测模块和控制模块;
所述灌溉终端包括预埋在稻田里的排水管,分别与排水管和循环池相连的排水沟渠和位于所述排水管正上方且且用于打开或关闭排水管中排水口的排水装置;输水管道与排水沟渠彼此独立,排水管预埋于稻田底部与排水沟渠连通。
所述排水装置包括横梁架,横跨于横梁架上的U型悬架,通过U型悬架上的限位孔限制U型悬架上下移动的限位杆,通过支撑杆与U型悬架连接的推杆固定座,通过螺栓与推杆固定座连接的电动推杆,通过销钉与电动推杆固定的缓冲器,与缓冲器通过螺纹连接的锥体连接件,由电动推杆带动进行打开或关闭排水管中排水口的椎体塞;横梁架由地脚螺栓固定在排水口处的水泥墩上,推杆固定座的下方是一平面,电动推杆与推杆固定座采用螺栓、螺母连接。电动推杆行程头与缓冲器接头用销钉固定,缓冲器下方开有螺纹孔,锥体连接件与缓冲器通过螺纹连接,锥体连接件的圆形突出边缘能保证下方锥体塞的均匀受力,锥体塞顶部预埋有突出铁环,在锥体连接件的上表面开有四个均匀布置的孔,通过铁环与孔可用扎带将锥体连接件与锥体塞固定。排水沟渠与循环池连通,稻田排出的水可经排水沟渠再次回到循环池,实现水肥的循环利用。水装置整体由304不锈钢搭建
所述监测模块包括由多个摄像头组成的图像监测单元、监测养分浓度的浓度传感器、监测水位的液位传感器;
所述控制模块包括用于收集和处理监测模块信号的中央控制单元和均匀分布于田间且控制灌溉首部电磁阀出水口与排水装置电动推杆的启动和关闭的无线控制柜。
所述溶液供给单元由循环池、由电机驱动且通过管路将灌溉水由循环池输送到过滤器的水泵,可调节水泵功率的水泵变频控制柜,可吸附灌溉水中的重金属元素、去除水中的异味的过滤器,溶液流量计、电磁阀组成;所述养分补充单元包括出口均安装有养分流量计的肥料桶和通过管道与肥料桶连接的施肥机。溶液流量计可监测管道内水的流量。多个肥料桶分别盛放不同种类的肥料,每个肥料桶出口均安装有养分流量计,肥料桶与施肥机通过管道连接,施肥机按设定好的养分配比,将不同种类的肥料抽取到施肥机内部的搅拌桶,经搅拌桶搅拌均匀后,将养分溶液经逆止阀输送至主管道与灌溉水溶合,再由灌溉管路输送到稻田。溶液供给单元与养分补充单元可分别独立控制。
所述灌溉首部中的水泵变频控制柜和施肥机由中央控制单元控制。
所述排水口的高度高于地面高度。
所述U型悬架可在横梁架上左右调节移动,以适应锥体塞与排水口在左右方向上的误差。U型悬架上开有一排间隔2厘米的调整孔,排水口深度不同,支撑杆所处的调整孔位置就不同,且U型悬架可在横梁架上左右移动,以适应锥体塞与排水口在左右方向上的误差。
限位杆和支撑杆可看作双头螺栓,在水平方向上不受力,两端用螺母与悬架连接。缓冲器用来保护电动推杆,防止电动推杆完全伸出时受到下方系统的反作用力,烧坏推杆电机。锥体塞主要受向下的压力,只有在需要排水时才会受到向上的拉力,因此用简易扎带将锥体塞与锥体连接件固定更加方便且经济。
所述监测模块的图像监测单元能实时传递稻田的状况给中央控制单元;浓度传感器可采集稻田中各营养成分的含量,液位传感器监测稻田的水位,各传感器在每块稻田中均匀布置;所述循环池内布置有浓度传感器和液位传感器监测循环池内的水质和水位。
所述中央控制单元在接收到监测模块传递来的各数据信号后,将稻田各个区域的实时状况直接显示在中央控制室的主屏幕上,对养分浓度数据和水位数据进行分析,确定是否需要对稻田进行养分和水位补充,根据水稻返青期、分蘖期、晒田促根期、幼穗发育期、出穗开花期、灌浆结实期对水位要求的不同,灵活控制进水口电磁阀与排水口电动推杆的启停,达到进水与排水的目的。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明结合多传感器监测和实时图像监测综合分析水稻生长状态,以数据论证水稻对水分与养料的需求,避免传统的经验之谈,用更加科学的方式进行灌溉作业;通过无线控制的进水口电磁阀和排水装置,让农业生产者能足不出户地完成对稻田的补水与排水作业,更加方便与快捷,具有较高的可靠性。该系统不仅能满足水稻生理、生态需水,提高单产,改善品质,改善稻田生态,而且能显著节水节本,符合未来智能化农业的发展方向。
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,下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明的排水装置结构示意图;
图3为本发明的排水装置安装示意图;
图4为本发明的控制模块网络拓扑图;
图5为本发明的系统原理图。
图中:1-循环池传感器、2-循环池、3-水泵、4-水泵变频控制柜、5-过滤器、 6-溶液流量计、7-逆止阀、8-施肥机、9-电磁阀、10-排水装置、11-监测模块、12-肥料桶、13-养分流量计、14-横梁架、15-U型悬架、16-限位杆、17-支撑杆、 18-推杆固定座、19-电动推杆、20-缓冲器、21-锥体连接件、22-锥体塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,本发明设计了一种水稻田智能化灌排水系统,包括灌溉首部、灌溉终端、监测模块11、控制模块。灌溉首部包括溶液供给单元和养分补充单元;灌溉终端则预埋在稻田里的排水管,分别与排水管和循环池相连的排水沟渠和位于所述排水管正上方且且用于打开或关闭排水管中排水口的排水装置;输水管道与排水沟渠彼此独立,排水管预埋于稻田底部与排水沟渠连通;监测模块包括图像监测单元和传感器监测单元;控制模块由中央控制单元和均匀分布于田间的各无线控制柜组成。
灌溉首部分为溶液供给单元和养分补充单元。溶液供给单元由循环池2、水泵3、水泵变频控制柜4、过滤器5、溶液流量计6组成。水泵3由电机驱动,通过管路将灌溉水由循环池2输送到过滤器5。水泵变频控制柜4可调节水泵3 功率,溶液流量计6可监测管道内水的流量。过滤器5可吸附灌溉水中的重金属元素、去除水中的异味。养分补充单元包括肥料桶12和施肥机8。多个肥料桶分别盛放不同种类的肥料,每个肥料桶出口均安装有养分流量计13,肥料桶 12与施肥机8通过管道连接,施肥机按设定好的养分配比,将不同种类的肥料抽取到施肥机内部的搅拌桶,经搅拌桶搅拌均匀后,将养分溶液经逆止阀7输送至主管道与灌溉水溶合,再由灌溉管路输送到稻田,主管道进水口由电磁阀9 控制。
排水由固定在排水口上方的排水装置10配合排水沟渠完成。如图2所示,排水装置由横梁架14、U型悬架15、限位杆16、支撑杆17、推杆固定座18、电动推杆19、缓冲器20、锥体连接件21、椎体塞22组成。横梁架14由地脚螺栓固定在排水口处的水泥墩上。U型悬架15横跨于横梁架14上,限位杆16通过U型悬架15上的限位孔限制悬架的上下移动,U型悬架15上开有一排间隔 2厘米的调整孔,排水口深度不同,支撑杆17所处的调整孔位置就不同,且U型悬架15可在横梁架14上左右移动,以适应锥体塞22与排水口在左右方向上的误差。限位杆16和支撑杆17可看作双头螺栓,在水平方向上不受力,两端用螺母与悬架15连接。推杆固定座18通过支撑杆17与悬架15连接,推杆固定座18的下方是一平面,电动推杆19与推杆固定座18采用螺栓、螺母连接。电动推杆19行程头与缓冲器20接头用销钉固定,缓冲器用来保护电动推杆,防止电动推杆完全伸出时受到下方系统的反作用力,烧坏推杆电机。缓冲器下方开有螺纹孔,锥体连接件21与缓冲器20通过螺纹连接,锥体连接件的圆形突出边缘能保证下方锥体塞22的均匀受力,锥体塞22顶部预埋有突出铁环,在锥体连接件21的上表面开有四个均匀布置的孔,通过铁环与孔可用扎带将锥体连接件与锥体塞固定。排水装置工作时,电动推杆带动下方缓冲器、锥体连接件、锥体塞联合运动,打开或关闭排水口。排水沟渠与循环池连通,稻田排出的水可经排水沟渠再次回到循环池2,实现水肥的循环利用。排水装置安装示意图如图3所示。
监测模块11的图像监测单元能实时传递稻田的状况给中央控制单元;浓度传感器可采集稻田中各营养成分的含量,液位传感器监测稻田的水位;在循环池内也布置有浓度传感器和循环池传感器1监测循环池内的水质和水位。控制模块的中央控制单元在接收到监测模块传递来的各数据信号后,将稻田各个区域的实时状况直接显示在中央控制室的主屏幕上,并对养分浓度数据和水位数据进行分析,确定是否需要对稻田进行养分和水位补充。在水稻返青期、分蘖期、晒田促根期、幼穗发育期、出穗开花期、灌浆结实期等不同时期对水位要求的不同,灵活控制进水口电磁阀与排水口电机的启停,达到进水与排水的目的,控制模块网络拓扑图如图4所示。
系统原理如图5所示,灌溉系统运行时,监测模块首先将稻田的实时数据反馈给控制模块,控制模块对数据进行分析,然后对灌溉首部做出指令,水泵和施肥机开始工作,同时灌溉终端的电磁阀进水口打开,排水口电机启动,推杆伸出关闭排水口,水肥混合液沿管道流入稻田;当水位达到预定值后,监测模块再将数据反馈给控制模块,控制模块下达关闭水泵和施肥机指令,完成灌溉作业;当需要排水时,控制模块可通过分布于田间的无线控制柜,对排水装置下达指令,排水装置电动推杆缩回,排水口打开。如此循环往复,满足水稻不同生长时期对水分的不同需求。
综上,本发明结合多传感器监测和实时图像监测综合分析水稻生长状态,以数据论证水稻对水分与养料的需求,避免传统的经验之谈,用更加科学的方式进行灌溉作业;通过无线控制的进水口电磁阀和排水装置,让农业生产者能足不出户地完成对稻田的补水与排水作业,更加方便与快捷,具有较高的可靠性。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理和精神的情况下,对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:包括由溶液供给单元和养分补充单元组成且将养分溶液与灌溉水溶合并输送至稻田的灌溉首部,灌溉终端、监测模块和控制模块;
所述灌溉终端包括位于稻田中的排水管,分别与排水管和循环池相连的排水沟渠和位于所述排水管正上方且且用于打开或关闭排水管中排水口的排水装置;
所述排水装置包括横梁架,横跨于横梁架上的U型悬架,通过U型悬架上的限位孔限制U型悬架上下移动的限位杆,通过支撑杆与U型悬架连接的推杆固定座,通过螺栓与推杆固定座连接的电动推杆,通过销钉与电动推杆固定的缓冲器,与缓冲器通过螺纹连接的锥体连接件,由电动推杆带动进行打开或关闭排水管中排水口的椎体塞;
所述监测模块包括由多个摄像头组成的图像监测单元、监测养分浓度的浓度传感器、监测水位的液位传感器;
所述控制模块包括用于收集和处理监测模块信号的中央控制单元和均匀分布于田间且控制灌溉首部电磁阀出水口与排水装置电动推杆的启动和关闭的无线控制柜。
2.根据权利要求1所述的一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:所述溶液供给单元由循环池、由电机驱动且通过管路将灌溉水由循环池输送到过滤器的水泵,可调节水泵功率的水泵变频控制柜,可吸附灌溉水中的重金属元素、去除水中的异味的过滤器,溶液流量计、电磁阀组成;所述养分补充单元包括出口均安装有养分流量计的肥料桶和通过管道与肥料桶连接的施肥机。
3.根据权利要求1或2所述的一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:所述灌溉首部中的水泵变频控制柜和施肥机由中央控制单元控制。
4.根据权利要求1或2所述的一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:所述排水口的高度高于地面高度。
5.根据权利要求2所述的一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:所述U型悬架可在横梁架上左右调节移动,以适应锥体塞与排水口在左右方向上的误差。
6.根据权利要求2所述的一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:所述监测模块的图像监测单元能实时传递稻田的状况给中央控制单元;浓度传感器可采集稻田中各营养成分的含量,液位传感器监测稻田的水位,各传感器在每块稻田中均匀布置;所述循环池内布置有浓度传感器和液位传感器监测循环池内的水质和水位。
7.根据权利要求1所述的一种水稻田智能化灌排水系统,其特征在于:所述中央控制单元在接收到监测模块传递来的各数据信号后,对养分浓度数据和水位数据进行分析,确定是否需要对稻田进行养分和水位补充,根据水稻返青期、分蘖期、晒田促根期、幼穗发育期、出穗开花期、灌浆结实期对水位要求的不同,灵活控制进水口电磁阀与排水口电动推杆的启停。
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- 2022-06-29 CN CN202210746213.3A patent/CN115088453B/zh active Active
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