CN204653225U - 一种高原坡地多功能智能滴灌装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高原坡地多功能智能滴灌装置，包括控制主机、基站、土壤水分监测器、土壤养分监测器、病虫测报器、滴灌单元、施肥单元、施药单元，控制主机与基站进行无线移动通信，基站与土壤水分监测器、土壤养分监测器、病虫测报器、滴灌单元、施肥单元、施药单元进行无线局域网通信，施肥单元和施药单元与滴灌单元的主管或支管并联，滴灌单元、施肥单元和/或施药单元设置与其无线控制单元连接的液位传感器、电磁阀。本实用新型通过无线移动通信结合无线局域网通信技术，以传感器和自动控制技术实现高原坡地的土壤水分、养分及病虫害的远程监控和自动滴灌，具有结构简单、组网经济灵活、能够显著提高用水效率和节肥、省工、环保的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于农业设施技术领域，涉及一种结构简单、组网经济灵活、能够显著提高用水效率和节肥、省工、环保的高原坡地多功能智能滴灌装置。
背景技术
我国是一个干旱缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4，而农业灌溉用水量约占总用水量的70％。长期以来，由于我国技术、管理水平落后，导致灌溉用水浪费十分严重，农业灌溉用水的利用率仅40～45%，距世界先进水平还有较大差距，节水潜力很大。另外，我国传统采用翻埋、浇灌等方式施肥和翻埋、喷洒农药，不仅难以有效掌握施肥植物的养分状况和病虫害程度，容易造成肥效、药效过量或不足，而且集中式施肥、施药还会形成农业面源污染，不利于农业生态发展。对于土壤墒情、养分和病虫害状况等农田信息，现有技术获取的主要方式有：手持设备的人工获取方式、基于GPRS监测方式或基于WLAN监测方式等。 利用手持设备人工打点，来获取农田土壤信息是最原始的方式，该方式不但需要耗费大量的人力、不具有实时性，而且数据的获取量有限，显然已不能满足当前农田土壤墒情监测的需求；虽然基于GPRS监测方式或基于WLAN监测方式基本解决了以上人工打点方式，但往往需要人工决策后才采取浇灌、施肥和施药等措施，不仅效率低，且单独使用GPRS 监测或WLAN监测存在使用成本高、范围受限的问题，而且对决策者技术要求较高，采取的措施难以及时、有效。
目前，作物灌溉主要采取三种方法实现控制：一种是人工观测田间是否需要灌水、手动操作灌溉设备实现交替灌溉，维护成本高、人工观测误差大、控制精度低的不足；二是定时自动灌溉，由于不能根据作物的实际需求进行灌溉，仅能根据人为经验实现灌溉，往往是过度灌溉，水的利用率最低；另一种是根据公式计算参照作物需水量，不仅测量参数较多、外围设备复杂、投资大、维护困难，而且不同植物、不同地域等计算复杂，参照作物需水量主要受气象条件的影响，灌溉难以有效、准确。
由于农业是用水大户，特别是高原坡地由于灌溉设施投入和维护成本高，大部分基本靠天吃饭，农业用水矛盾更为突出，因此节约农业用水，特别是高原坡地农业用水对于缓解全国水资源紧缺现状具有十分重要的现实意义。另外，随着农药、化肥等农资产品价格的不断上涨，导致农业生产成本上升，而农药、化肥施用又往往是农业面源污染和农产品有害残留高的主因，如何通过品有害残留和农业生产成本是目前急需解决的难题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、组网经济灵活、能够显著提高用水效率和节肥、省工、环保的高原坡地多功能智能滴灌装置。
本实用新型的目的是这样实现的，包括控制主机、基站、有效手段在提高农作物产量和质量的同时，又能有效降低农业面源污染、农产土壤水分监测器、土壤养分监测器、病虫测报器、滴灌单元、施肥单元、施药单元，所述控制主机与基站进行无线移动通信，所述基站分别与土壤水分监测器、土壤养分监测器、病虫测报器、滴灌单元、施肥单元、施药单元进行无线局域网通信，所述施肥单元和施药单元与滴灌单元的主管或支管并联，所述滴灌单元、施肥单元和/或施药单元设置有与其内置的无线控制单元连接的液位传感器、电磁阀。
本实用新型通过以低成本、易扩展、易维护的无线局域网通信技术，以基站汇总和分发数据解决滴灌范围内的土壤监测传感器和滴灌单元、施肥单元、施药单元小范围分散的问题；而以运营商现有的无线移动通信技术，解决远端控制主机和基站间的远距离数据交换的问题。通过无线局域网通信技术和无线移动通信技术的结合发挥给自的优势，既解决了小范围、多数量装置数据传递的低成本投入和运行以及大范围数据通信的难题。另外，控制主机通过传感器对土壤水分、养分和病虫害的远程监测，根据植物种类、生长期等条件预设各不同阶段土壤含水量、养分以及病虫害数量的最高和最低阈值，当监测的土壤含水量、养分以及病虫害数量低于设定最低阈值时，远程控制对应的滴灌单元、施肥单元、施药单元自动开启相应的阀门，而当监测值高于设定最高阈值时，则远程控制系统自动关闭相应阀门，从而实现农业用水、施肥、施药的低成本、智能、及时、针对性、定量化的控制。此外，将滴灌与施肥、施药有机结合，借助远程、智能系统，在滴灌的同时将肥料、农药配成肥液、药液一起输入到作物根系土壤，有利于防止肥料、农药的深层流失，从而达到精准控制灌水量、施肥量、施药量和时间，不仅提高了肥效和药效，增加了作物产量，而且相较传统技术可以相应减少肥料和农药的使用量，降低农业生产成本，减少农产品有害残留，又使地下水免受肥料及化学药剂的污染，从而缓解了农业面源污染的问题。因此，本实用新型具有结构简单、组网经济灵活、能够显著提高用水效率和节肥、省工、环保的特点。
附图说明
图1为本实用新型原理示意图；
图2为本实用新型网络拓扑图；
图3为本实用新型滴灌单元原理示意图之一；
图4为本实用新型滴灌单元原理示意图之二；
图中：1-控制主机，11-通信网关，12-控制站，13-主服务器，14-中心数据库，2-基站，3-土壤水分监测器，4-土壤养分监测器，5-病虫测报器，6-滴灌单元，61-主蓄水池，62-主管，63-梯级蓄水池，632-电磁阀，64-支管，65-过滤器，67-主泵，68-滴灌泵，7-施肥单元，8-施药单元，9-客户端。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不得以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。
如图1至4所示，本实用新型包括控制主机1、基站2、土壤水分监测器3、土壤养分监测器4、病虫测报器5、滴灌单元6、施肥单元7、施药单元8，所述控制主机1与基站2进行无线移动通信，所述基站2分别与土壤水分监测器3、土壤养分监测器4、病虫测报器5、滴灌单元6、施肥单元7、施药单元8进行无线局域网通信，所述施肥单元7和施药单元8与滴灌单元6的主管或支管并联，所述滴灌单元6、施肥单元7和/或施药单元8设置有与其内置的无线控制单元连接的液位传感器、电磁阀。
所述控制主机1接收基站2发送的土壤水分、养分和病虫测报数据以及滴灌单元6、施肥单元7、施药单元8的状态数据，所述控制主机1根据接收的监测数据和状态数据对土壤水分、养分、施药设置策略，并将所述策略和对应地址发送基站2。
所述基站2接收土壤水分监测器3、土壤养分监测器4和病虫测报器5监测数据以及滴灌单元6、施肥单元7、施药单元8的状态数据，并将接收的数据校验后编码并通过无线移动通信模块21发送。
所述基站2接收控制主机1发送的数据进行解码并通过无线传输模块21发送给控制滴灌单元6、施肥单元7和/或施药单元8的无线电磁阀门进行智能控制。
所述土壤水分监测器3、土壤养分监测器4、病虫测报器5分别用于采集所述滴灌单元6对应的土壤墒情、养分、病虫害，并将所述土壤墒情、养分、病虫害数据通过其内置的无线传输模块发送给基站2。
所述滴灌单元6、施肥单元7、施药单元8分别用于对相应的土壤进行滴灌、滴灌施肥、滴灌施药，并将所述单元的状态数据发送给所述基站2。
所述滴灌单元6包括主蓄水池61、主管62、梯级蓄水池63、支管64、过滤器65、无线控制单元66，所述主蓄水池61出水口通过主管62依次与各梯级蓄水池63的进水口连接，所述支管64通过过滤器65与梯级蓄水池63出水口连接，所述梯级蓄水池63设置有液位传感器631且进水口和出水口设置有电磁阀632，所述液位传感器631和电磁阀632与无线控制单元66信号连接。
如图3所示，所述主蓄水池61设置于高原坡地的底部，所述主蓄水池61出水口通过主泵66、主管62、电磁阀632与梯级蓄水池63连接。
如图4所示，所述主蓄水池61设置于高原坡地的顶部，所述主蓄水池61出水口通过主管62、电磁阀632与梯级蓄水池63连接。
所述蓄水池61设置于高原坡地的顶部，所述主蓄水池61出水口通过主管62、调压阀69、电磁阀632与梯级蓄水池63连接。
所述施肥单元7和施药单元8分别对应设置有液肥池71、药水池81以及液肥液位传感器72、药水液位传感器82、液肥电磁阀73、药水电磁阀83、液肥无线控制单元74、药水无线控制单元84，所述液肥池71出口通过液肥电磁阀73与滴灌单元6的主管或支管并联，所述药水池81出口通过药水电磁阀83与滴灌单元6的主管或支管并联，所述液肥液位传感器72和液肥电磁阀73与液肥无线控制单元74信号连接，所诉药水液位传感器82和药水电磁阀83与药水无线控制单元84信号连接。
所述病虫测报器5包括设置于上部的太阳能电源51和中部的诱捕灯52以及设置于诱捕灯52前的玻璃板53，还包括设置于诱捕灯52下部且开口于玻璃板53下端的集虫箱54以及与集虫箱54连通的害虫自动统计装置55、病虫无线控制单元56，所述太阳能电源51和诱捕灯52与病虫无线控制单元56电连接，所述害虫自动统计装置55与病虫无线控制单元56信号连接。
本实用新型工作原理及工作过程：
本实用新型通过低成本、易扩展、易维护的无线局域网通信技术，以基站汇总和分发数据解决滴灌范围内的土壤监测传感器和滴灌单元、施肥单元、施药单元小范围分散的通信问题；而以运营商现有的无线移动通信技术，解决远端控制主机和基站间的远距离数据交换的通信问题。另外，控制主机通过传感器对土壤水分、养分和病虫害的远程监测，根据植物种类、生长期等条件预设各不同阶段土壤含水量、养分以及病虫害数量的最高和最低阈值，当监测值低于设定最低阈值时，远程控制对应的滴灌单元、施肥单元、施药单元自动开启相应的阀门，而当监测值高于设定最高阈值时，则远程控制系统自动关闭相应阀门，从而实现农业用水、施肥、施药的低成本、智能、及时、针对性、定量化的控制。此外，将滴灌与施肥、施药有机结合，借助远程、智能监测和控制系统，在滴灌的同时将肥料、农药配成肥液、药液一起输入到作物根系土壤，有利于防止肥料、农药的深层流失，从而达到精准控制灌水量、施肥量、施药量和时间，不仅提高了肥效和药效，增加了作物产量，而且可以相应减少肥料和农药的使用量，降低农业生产成本，减少农产品有害残留，又使地下水免受肥料及化学药剂的污染，从而缓解了农业面源污染的问题。进一步的在滴灌单元、施肥单元和施药单元设置无线控制单元以及液位传感器、电磁阀，为远程自动滴灌控制打下基础。更进一步的根据高原坡地的特点，将滴灌单元分设为主蓄水池和梯级蓄水池，依靠自然海拔高差，实现各支管的相一致的低压滴灌，从而延长滴灌管使用寿命。综上所述，本实用新型具有结构简单、组网经济灵活、能够显著提高用水效率和节肥、省工、环保的特点。
如图2所示，控制主机1提供用户登录使用界面、统计并分析传感器数据、预设水分、养分、病虫害阀值。土壤水分监测器3、土壤养分监测器4、病虫测报器5以及滴灌单元6、施肥单元7和施药单元8通过其相应的无线传输模块与滴灌地的基站2建立WIFI等无线局域网通信，并将监测数据和状态数据传送给基站2，基站2将接收到的数据校验后编码并通过无线移动通信模块建立GPRS等连接发送远程控制主机1；控制主机1接收基站2发送的土壤水分、养分和病虫监测数据以及滴灌单元6、施肥单元7、施药单元8的状态数据，并根据监测数值与阀值的差值制定控制策略，通过其无线移动通信网关11与基站2建立GPRS等连接并下传数据；基站2将接收到的数据解包后通过WIFI等无线局域网通信传送给滴灌单元6、施肥单元7和施药单元8，相应单元根据接收到的数据及地址进行确认并执行相应的动作，从而完成滴灌、施肥和/或施药的自动控制。同时，客户端9还可以通过GPRS等移动通信技术远程访问控制主机1以查询滴灌信息，也可以直接向基站2下达开启及关闭滴灌单元6、施肥单元7和/或施药单元8指令，手动完成滴灌、施肥和/或施药。
Claims (10)
1.一种高原坡地多功能智能滴灌装置，其特征在于包括控制主机（1）、基站（2）、土壤水分监测器（3）、土壤养分监测器（4）、病虫测报器（5）、滴灌单元（6）、施肥单元（7）、施药单元（8），所述控制主机（1）与基站（2）进行无线移动通信，所述基站（2）分别与土壤水分监测器（3）、土壤养分监测器（4）、病虫测报器（5）、滴灌单元（6）、施肥单元（7）、施药单元（8）进行无线局域网通信，所述施肥单元（7）和施药单元（8）与滴灌单元（6）的主管或支管并联，所述滴灌单元（6）、施肥单元（7）和/或施药单元（8）设置有与其内置的无线控制单元连接的液位传感器、电磁阀。
2.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述控制主机（1）接收基站（2）发送的土壤水分、养分和病虫监测数据以及滴灌单元（6）、施肥单元（7）、施药单元（8）的状态数据，所述控制主机（1）根据接收的监测数据和状态数据对土壤水分、养分、施药设置策略，并将所述策略和对应地址发送基站（2）。
3.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述基站（2）接收土壤水分监测器（3）、土壤养分监测器（4）和病虫测报器（5）监测数据以及滴灌单元（6）、施肥单元（7）、施药单元（8）的状态数据，并将接收的数据校验后编码并通过无线移动通信模块（21）发送；所述基站（2）接收控制主机（1）发送的数据进行解码并通过无线传输模块（21）发送给控制滴灌单元（6）、施肥单元（7）和/或施药单元（8）的无线电磁阀门进行智能控制。
4.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述土壤水分监测器（3）、土壤养分监测器（4）、病虫测报器（5）分别用于采集所述滴灌单元（6）对应的土壤墒情、养分、病虫害，并将所述土壤墒情、养分、病虫害数据通过其内置的无线传输模块发送给基站（2）。
5.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述滴灌单元（6）、施肥单元（7）、施药单元（8）分别用于对相应的土壤进行滴灌、滴灌施肥、滴灌施药，并将所述单元的状态数据发送给所述基站（2）。
6.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述滴灌单元（6）包括主蓄水池（61）、主管（62）、梯级蓄水池（63）、支管（64）、过滤器（65）、无线控制单元（66），所述主蓄水池（61）出水口通过主管（62）依次与各梯级蓄水池（63）的进水口连接，所述支管（64）通过过滤器（65）与梯级蓄水池（63）出水口连接，所述梯级蓄水池（63）设置有液位传感器（631）且进水口和出水口设置有电磁阀（632），所述液位传感器（631）和电磁阀（632）与无线控制单元（66）信号连接。
7.根据权利要求6所述的滴灌装置，其特征在于所述主蓄水池（61）设置于高原坡地的底部，所述主蓄水池（61）出水口通过主泵（66）、主管（62）、电磁阀（632）与梯级蓄水池（63）连接。
8.根据权利要求6所述的滴灌装置，其特征在于所述主蓄水池（61）设置于高原坡地的顶部，所述主蓄水池（61）出水口通过主管（62）、电磁阀（632）与梯级蓄水池（63）连接。
9.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述施肥单元（7）和施药单元（8）分别对应设置有液肥池（71）、药水池（81）以及液肥液位传感器（72）、药水液位传感器（82）、液肥电磁阀（73）、药水电磁阀（83）、液肥无线控制单元（74）、药水无线控制单元（84），所述液肥池（71）出口通过液肥电磁阀（73）与滴灌单元（6）的主管或支管并联，所述药水池（81）出口通过药水电磁阀（83）与滴灌单元（6）的主管或支管并联，所述液肥液位传感器（72）和液肥电磁阀（73）与液肥无线控制单元（74）信号连接，所诉药水液位传感器（82）和药水电磁阀（83）与药水无线控制单元（84）信号连接。
10.根据权利要求1所述的滴灌装置，其特征在于所述病虫测报器（5）包括设置于上部的太阳能电源（51）和中部的诱捕灯（52）以及设置于诱捕灯（52）前的玻璃板（53），还包括设置于诱捕灯（52）下部且开口于玻璃板（53）下端的集虫箱（54）以及与集虫箱（54）连通的害虫自动统计装置（55）、病虫无线控制单元（56），所述太阳能电源（51）和诱捕灯（52）与病虫无线控制单元（56）电连接，所述害虫自动统计装置（55）与病虫无线控制单元（56）信号连接。
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