RU2118488C1

RU2118488C1 - Method of automatic control of refreshing-moistening watering of wood plants and device intended for its realization

Info

Publication number: RU2118488C1
Application number: RU94025554A
Authority: RU
Inventors: Надежда Евстафьевна Надеждина; Владимир Федорович Сергеев
Original assignee: Институт орошаемого садоводства Украинской академии аграрных наук
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: irrigated cultivation. SUBSTANCE: method includes determination duration of refreshing-moistening watering which is performed till current value of diagnostic index gets below critical value again when measuring the relative xylem flow rate up to end of light period of day. Device intended for method realization is provided with unit which separates minimum value of flow rate, illumination sensor and count-and-storage unit. The latter consists of two cells inputs of which are supplied with signals shifted relative to one another in time set by pulse generator which is part of device control circuit. EFFECT: enhanced control. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к орошаемому земледелию, и может быть использовано для определения потребности древесных пород в проведении освежительно-увлажнительных поливов по сигналам растений и автоматизации управления орошением. The invention relates to agriculture, namely to irrigated agriculture, and can be used to determine the needs of tree species in conducting refreshing and moisturizing irrigation according to plant signals and automation of irrigation management.

Известен ряд устройств для автоматизации полива древесных растений, где в качестве управляющего сигнала на полив используются показатели водного статуса растений. A number of devices for automating watering of woody plants are known, where indicators of the water status of plants are used as a control signal for irrigation.

Во Франции для управления поливом используют опорную величину, связанную с потребностями и запасами воды в растении. Этой величиной является диаметр плода, ствола или стебля, ежедневные изменения которого фиксируют, в частности уменьшение диаметра в середине суток. Если это изменение превышает заданную величину, проводят орошение [Huguet I.-G., Jaussely B., Orlando P. Appreciation de l'etat hydrique d'une plante a partir des variations micrometriques de la dimension des fruits ou des tiges au cours de la journee // Agronomie.- 1985.- Vol.5.-N 5.- P. 733-741]. In France, a reference value related to the needs and stocks of water in a plant is used to control irrigation. This value is the diameter of the fetus, trunk or stem, the daily changes of which are recorded, in particular, a decrease in diameter in the middle of the day. If this change exceeds a predetermined value, irrigation is carried out [Huguet I.-G., Jaussely B., Orlando P. Appreciation de l'etat hydrique d'une plante a partir des variations micrometriques de la dimension des fruits ou des tiges au cours de la journee // Agronomie.- 1985.- Vol.5.-N 5.- P. 733-741].

Известно также устройство, принцип действия которого основан на слежении за изменением двух физиологических показателей: относительной скорости водного потока (V) и тургесцентности (d) побегов растений. Одновременное изменение измеряемых величин в сторону уменьшения служит сигналом к поливу растений [А.с. СССР N 1017230.- БИ N 18.- 1983]. A device is also known, the principle of which is based on tracking changes in two physiological parameters: the relative speed of the water flow (V) and the turgidity of (d) shoots of plants. A simultaneous change in the measured values in the direction of decrease serves as a signal for watering plants [A.S. USSR N 1017230.- BI N 18.- 1983].

Известен способ и устройство автоматического управления поливом, для осуществления работы которого в течение 3-4 ч в ночное время и последующих 15-16 ч в дневное измеряют интегральное значение скорости потока пасоки в стволе растений. [А. с. СССР N 1782482.- БИ N 7.- 1992]. Сравнивают полученные значения, определяя величину показателя потребности в поливе по формуле

где
S_дн и S_н - интегральные значения скорости в дневное и ночное время;
τ- отношение интервалов времени измерения в ночное и дневное время;
α- поправочный коэффициент, учитывающий задачи и фазу развития растений.A known method and device for automatic irrigation control, for the implementation of which within 3-4 hours at night and the next 15-16 hours during the day, the integral value of the flow rate of apiary in the plant stem is measured. [A. from. USSR N 1782482.- BI N 7.- 1992]. Compare the obtained values, determining the value of the indicator of the need for watering according to the formula

Where
S _bottom and S _n - integral values of speed in the daytime and nighttime;
τ is the ratio of the measurement time intervals at night and daytime;
α- correction factor, taking into account the tasks and phase of plant development.

Общим недостатком приведенных аналогов является то, что известные способы управления поливом не позволяют вычленить критическое состояние растений, вызываемое воздушной засухой, что очень важно, так как растения могут испытывать критический водный дефицит даже при высокой влажности почвы вследствие возникновения напряженных метеоусловий. Воздушная засуха, как и почвенная, тормозит фотосинтез, рост и снижает урожайность плодовых культур. Поэтому проведение освежительных поливов в аридных и полуаридных регионах - столь же важная задача, как и увлажнение почвы под деревьями. Кроме того, на один из указанных способов не позволяет установить продолжительность поливов, а лишь указывает на необходимость их проведения в данный момент времени. A common drawback of the above analogues is that the known methods of irrigation control do not allow isolating the critical state of plants caused by air drought, which is very important, since plants can experience critical water deficiency even at high soil moisture due to intense weather conditions. Air drought, like soil drought, inhibits photosynthesis, growth and reduces the yield of fruit crops. Therefore, conducting refreshment irrigation in arid and semi-arid regions is as important a task as moistening the soil under the trees. In addition, one of these methods does not allow you to set the duration of irrigation, but only indicates the need for their implementation at a given time.

Наиболее близок к заявляемому изобретению способ, заключающийся в измерении и фиксации предрассветного значения относительной скорости ксилемного потока в стволе растения, сравнении этого значения с величиной скорости потока в дневные часы и выдачи сигнала на проведение освежительных поливов, если отношение скоростей равно или меньше 1 [А.с. СССР N 1521396, 1989]. При этом устройство, обеспечивающее осуществлением способа, содержит датчик для измерения относительной скорости потока пасоки в стволе растения, 3 ключа, блоки запоминания и сравнения, логический блок управления. В исходном состоянии все ключи закрыты. В предрассветные часы в соответствии с программой включится на заданное время первый ключ и информация с датчика относительной скорости потока пасоки V_пр записывается в блок запоминания. В дневное время один или несколько раз в зависимости от программы измерений временной программатор, входящий в логический блок управления, включает второй и третий ключи. При этом в блок сравнения на первый вход поступает информация об относительной скорости потока пасоки в дневные часы V_дн, а на второй вход - информация об относительной скорости потока пасоки в предрассветные часы с запоминающего устройства. При выполнении условия V_пр/V_дн > 1-0,1 на выходе сравнивающего устройства появляется сигнал на проведение освежительно-увлажнительных поливов.Closest to the claimed invention, the method consists in measuring and fixing the pre-dawn value of the relative xylem flow rate in the plant stem, comparing this value with the flow rate in the daytime and issuing a signal for refreshing irrigation if the ratio of speeds is equal to or less than 1 [A. from. USSR N 1521396, 1989]. Moreover, the device providing the implementation of the method comprises a sensor for measuring the relative flow rate of the apiary in the plant trunk, 3 keys, storage and comparison units, a logical control unit. In the initial state, all keys are private. In the predawn hours, in accordance with the program, the first key is turned on for a predetermined time and information from the sensor of the relative flow rate of the apiary V _{pr is} recorded in the memory unit. In the daytime, one or several times, depending on the measurement program, the time programmer included in the logic control unit includes the second and third keys. In this case, information on the relative flow rate of the apiary in the daylight hours V _{days is} received in the comparison unit at the first input, and information on the relative flow rate of the apiary in the predawn hours from the storage device is received at the second input. When the condition V _pr / V _days > 1-0.1 is fulfilled, a signal appears on the output of the comparator to conduct refreshing and moisturizing irrigation.

Однако с помощью этого способа и устройства, так же как и в указанных выше аналогах, нельзя определить продолжительность проведения освежительно-увлажнительных поливов. Таким образом, это устройство, как и все известные ранее, непригодно для полной автоматизации процесса управления поливом, а лишь для частичной в качестве пускового механизма в начале орошения. Кроме того, к недостаткам способа прототипа следует отнести также дискретность изменения относительной скорости ксилемного потока, а следовательно, и возможность влияния на результаты случайных факторов, вызываемых быстрыми изменениями метеорологических параметров. However, using this method and device, as well as in the above analogues, it is impossible to determine the duration of the refreshing and moisturizing irrigation. Thus, this device, like all previously known, is unsuitable for full automation of the irrigation control process, but only for partial as a trigger at the beginning of irrigation. In addition, the disadvantages of the prototype method should also include the discreteness of the change in the relative speed of the xylem flow, and therefore the possibility of influencing the results of random factors caused by rapid changes in meteorological parameters.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такого способа и устройства автоматического управления освежительно-увлажнительными поливами древесных растений, которые за счет определения продолжительности проведения поливов с помощью блока выделения минимального значения скорости потока и блока памяти обеспечивают повышение точности и чувствительности определения потребности растений в проведении поливов, а за счет полной автоматизации процесса его управления повышаются производительность труда и экономию расхода поливной воды. The objective of the invention is the creation of such a method and device for the automatic control of refreshing and moisturizing irrigation of woody plants, which by determining the duration of irrigation using the block allocation of the minimum value of the flow rate and the memory block provide increased accuracy and sensitivity to determine the needs of plants for irrigation, and due to the complete automation of its management process, labor productivity and savings in watering are increased water oh.

Выполнение поставленной задачи достигается тем, что в способе автоматического управления освежительно-увлажнительными поливами древесных растений, заключающимися в измерении относительной скорости потока пасоки в ночное и дневное время, определении текущего значения диагностического показателя необходимости поливов как отношения этих величин, сравнение его с критическим значением этого параметра и формирование команды на включение полива при получении текущего значения выше критического, дополнительно определяют продолжительность проведения освежительных поливов, осуществляя их до тех пор, пока текущее значение отношения V_пр/V_дн (диагностического показателя) опять не станет меньше 1 (т.е. ниже критического) при измерении относительной скорости потока пасоки до конца светового периода суток.The achievement of this task is achieved by the fact that in the method of automatic control of refreshing and moisturizing irrigation of woody plants, consisting in measuring the relative flow rate of apiary in the night and daytime, determining the current value of the diagnostic indicator of the need for irrigation as a ratio of these values, comparing it with the critical value of this parameter and the formation of a command to enable irrigation when receiving a current value higher than critical, additionally determine continuously the possibility of conducting refreshment irrigation, carrying them out until the current value of the ratio V _pr / V _days (diagnostic indicator) again becomes less than 1 (i.e., below the critical) when measuring the relative flow rate of the apiary until the end of the daylight hours.

Полная автоматизация процесса управления освежительно-увлажнительными поливами достигается также тем, что опрос предрассветного значения скорости осуществляется не по программе времени, а при автоматическом ежедневном включении устройства при поступлении сигнала от датчика освещенности. Тем самым устраняется необходимость ручной корректировки программы, которая неизбежна в прототипе и аналогах в связи с изменением времени регистрации предрассветного значения скорости потока в течение вегетационного периода. Full automation of the control process of refreshing and moisturizing irrigation is also achieved by the fact that the predawn speed is not polled according to the time program, but when the device is automatically turned on daily when a signal is received from the light sensor. This eliminates the need for manual adjustment of the program, which is inevitable in the prototype and analogues due to a change in the registration time of the predawn flow rate during the growing season.

Повышение точности и чувствительности определения потребности древесных растений в освежительно-увлажнительных поливах достигается тем, что в устройстве для автоматического управления освежительно-увлажнительными поливами, включающем датчик относительной скорости потока пасоки в стволе древесного растения, логический блок управления, счетно-запоминающий блок и блок сравнения, установлены блок выделения минимального значения скорости, таймер, датчик освещенности, а счетно-запоминающий блок состоит из двух ячеек, сигналы на входы которых поступают сдвинутыми один относительно другого на время, задаваемое генератором импульсов, введенным в состав логического блока управления. В предложенном устройстве вместо дискретного метода измерения относительной скорости потока по временной программе используется импульсный опрос текущего значения скорости с регулируемым периодом опроса, что позволяет получить практически непрерывную регистрацию скорости потока. Использование блока выделения минимального значения скорости позволяет избежать ошибок при фиксации предрассветной скорости потока, неизбежных при запоминании последней по временной программе, как это производилось в прототипе. Improving the accuracy and sensitivity of determining the needs of woody plants for refreshing and moisturizing irrigation is achieved by the fact that in the device for automatic control of refreshing and moisturizing irrigation, which includes a sensor for the relative flow rate of the apiary in the trunk of a woody plant, a logical control unit, a memory unit and a comparison unit, a block for selecting the minimum value of speed, a timer, an ambient light sensor are installed, and a counting and storage unit consists of two cells, the signals to the inputs to toryh arrive shifted relative to one another at a time defined by the pulse generator is entered into the logic control unit. In the proposed device, instead of the discrete method of measuring the relative flow velocity according to the time program, a pulse polling of the current velocity value with an adjustable polling period is used, which makes it possible to obtain an almost continuous recording of the flow velocity. Using the block allocation of the minimum value of the speed allows you to avoid errors when fixing the predawn flow rate, inevitable when remembering the last time program, as was done in the prototype.

Приведенные отличительные признаки данного способа по отношению к наиболее близкому техническому решению позволяет сделать вывод о соответствии требованию "новизна". The distinguishing features of this method with respect to the closest technical solution allow us to conclude that the requirement of "novelty".

Использование предлагаемого способа по сравнению с существующим позволит:
повысить точность и чувствительность при определении потребности растений в проведении освежительно-увлажнительных поливов за счет изменения способа опроса датчиков относительной скорости ксилемного потока и момента регистрации предрассветного значения скорости,
экономить поливную воду, электроэнергию и повысить производительность труда при поливе за счет полной автоматизации процесса управления орошением путем автоматического установления не только момента, но и продолжительности проведения освежительно-увлажнительных поливов, а также автоматического ежедневного включения и отключения устройства по датчику освещенности.Using the proposed method in comparison with the existing one will allow:
to increase the accuracy and sensitivity in determining the needs of plants in conducting refreshing and moisturizing irrigation by changing the method of polling sensors relative xylem flow rate and the moment of registration of the predawn speed value,
save irrigation water, electricity and increase labor productivity during irrigation due to the full automation of the irrigation management process by automatically setting not only the moment, but also the duration of the refreshing and moisturizing irrigation, as well as automatically turning the device on and off daily by the light sensor.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами. The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для автоматизации управления поливом древесных растений. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for automating the management of irrigation of woody plants.

На фиг. 2 показан принцип выделения минимального предрассветного значения относительной скорости потока пасоки и установления момента включения системы орошения. In FIG. Figure 2 shows the principle of extracting the minimum predawn value of the relative flow velocity of the apiary and establishing the moment of switching on the irrigation system.

На фиг. 3 приведены примеры работы устройства, отображающие разную длительность включения устройства (L) и проведения освежительно-увлажнительных поливов (l) в зависимости от напряженности метеоусловий. In FIG. Figure 3 shows examples of the operation of the device, displaying different durations of turning on the device (L) and conducting refreshing and moisturizing irrigation (l) depending on the meteorological conditions.

Предложенное устройство включает датчик 1 для измерения относительной скорости потока пасоки; усилители 2 и 10; аналого-цифровой преобразователь 3; блок памяти 4; цифровой компаратор 5; блок выделения минимального предрассветного значения относительной скорости потока пасоки 6; блок управления режимами орошения 7; ключ 8; датчик освещенности 9; логический блок управления 11, состоящий из генератора импульсов 12, схемы управления 13, таймера 14. The proposed device includes a sensor 1 for measuring the relative flow velocity of the apiary; amplifiers 2 and 10; analog-to-digital converter 3; memory unit 4; digital comparator 5; a block for extracting the minimum predawn value of the relative flow velocity of the apiary 6; irrigation mode control unit 7; key 8; light sensor 9; a logical control unit 11, consisting of a pulse generator 12, a control circuit 13, a timer 14.

Способ осуществляется следующим образом. Датчики относительной скорости водного потока 1 (не менее трех штук) внедряются в ксилему стволов деревьев, соединяются последовательно для усреднения и усиления измеряемого сигнала и подключаются к устройству управления поливом. The method is as follows. Sensors of the relative velocity of water flow 1 (at least three pieces) are introduced into the xylem of tree trunks, connected in series to average and amplify the measured signal and connected to the irrigation control device.

Состояние устройства в ночное время принимаем за исходное. В предрассветное время суток сигнал с датчика освещенности 9 через усилитель 10 поступает на схему управления 11. Сигнал с генератора импульсов 12 поступает на входы блока памяти 4 через схему управления 13 логического блока управления 11. Блок памяти состоит из двух ячеек A и B. Сигналы на входы блока памяти поступают сдвинутыми один относительно другого на время, большее, чем необходимо для обработки информационного сигнала схемами 5 и 6 (например τ= 1 мин, фиг. 2). После записи относительной скорости в канал A и канал B, происходит сравнение этих величин цифровым компаратором 5. При появлении на выходе ЦК сигнала A>B, происходит запись в ячейки блока памяти следующей информации. Это будет повторяться до тех пор, пока на выходе цифрового компаратора не появиться сигнал A<B. Этот сигнал через блок выделения минимального предрассветного значения скорости потока 6 и логический блок управления 11 зафиксирует в ячейке A блока памяти минимальное предрассветное значение относительной скорости потока пасоки и даст сигнал на включение таймера 14, введенного в состав логического блока управления 11. Через промежуток времени (установленный в результате проведенных НИР и означающий время, достаточное и необходимое для прохождения утреннего максимума скорости потока), равный 2 ч, происходит первое сравнение текущего значения скорости с предрассветным, уже зафиксированным в ячейке A значением. Если на выходе схемы сравнения появится сигнал A>B, этот сигнал поступит на вход блока управления режимами полива 7, начнется отсчет времени полива и через ключ 8 включится исполнительный механизм на поливном трубопроводу. Отработка заданного режима полива будет продолжаться до тех пор, пока на выходе схемы сравнения не появится сигнал A<B. Поступление такого сигнала возможно либо при изменении погодных условий в сторону снижения термонапряженности, либо в конце дня при снижении транспирации, уменьшении дневного угнетения в зависимости от состояния растения в силу метеоусловий текущего дня. При снижении освещенности сигнал с датчика освещенности 9 выключит логический блок управления 11, произойдет сброс записанных в блоке памяти значений скоростей и устройство перейдет в исходное состояние. The state of the device at night is taken as the initial one. At dawn, the signal from the light sensor 9 through the amplifier 10 is fed to the control circuit 11. The signal from the pulse generator 12 is fed to the inputs of the memory unit 4 through the control circuit 13 of the logical control unit 11. The memory unit consists of two cells A and B. The signals to the inputs of the memory block arrive shifted relative to each other for a time longer than necessary for processing the information signal by circuits 5 and 6 (for example, τ = 1 min, Fig. 2). After the relative speed is written to channel A and channel B, these values are compared by a digital comparator 5. When the signal A> B appears at the CC output, the following information is written to the memory block cells. This will be repeated until the signal A <B appears at the output of the digital comparator. This signal through the block allocation of the minimum pre-dawn value of the flow rate 6 and the logical control unit 11 will record in cell A of the memory unit the minimum pre-dawn value of the relative flow rate of the apiary and will give a signal to turn on the timer 14, which is part of the logical control unit 11. After a period of time (set as a result of research work, which means the time sufficient and necessary for passing the morning maximum flow velocity), equal to 2 hours, the first comparison of the current value occurs velocity values with a predawn, already fixed in cell A value. If the signal A> B appears at the output of the comparison circuit, this signal will be fed to the input of the control unit for irrigation modes 7, the countdown of the irrigation time will begin, and the actuator on the irrigation pipeline will be activated via key 8. The development of the specified watering mode will continue until the signal A <B appears at the output of the comparison circuit. The arrival of such a signal is possible either when the weather conditions change in the direction of lowering the thermal stress, or at the end of the day with a decrease in transpiration, a decrease in daytime depression depending on the state of the plant due to weather conditions of the current day. When the illumination decreases, the signal from the light sensor 9 will turn off the logical control unit 11, the speed values recorded in the memory unit will be reset, and the device will return to its original state.

Использование предлагаемого способа и устройства позволит повысить точность определения критического водного дефицита и установление необходимости проведения освежительно-увлажнительных поливов при возникновении воздушной засухи, что даст возможность экономить поливную воду на 20-30% по сравнению с управлением освежительно-увлажнительными поливами по метеорологическим параметрам при сохранении той же урожайности. Using the proposed method and device will improve the accuracy of determining the critical water deficit and establish the need for refreshing and moisturizing irrigation when air drought occurs, which will make it possible to save irrigation water by 20-30% compared with the management of refreshing and moisturizing irrigation according to meteorological parameters while maintaining that same yield.

Claims

1. A method for automatically controlling refreshing and moisturizing irrigation of woody plants, which consists in measuring the relative flow rate of apiary in the night and daytime, determining a diagnostic indicator of the need for irrigation as a ratio of these values, comparing with its critical value of this parameter and forming a command to turn on irrigation when receiving the current value is higher than critical, characterized in that they determine the maximum value of the relative speed of the apiary at night and time To achieve this value, and after a given exposure time from a given point in time, repeated measurements of the relative speed of the apiary are carried out, the values of which are taken as the values of the relative speed of the apiary in the daytime.

2. Automatic control device for refreshing and moisturizing irrigation of woody plants, including a sensor for the relative speed of the apiary in the trunk of a woody plant, a counting and storage unit, a logical control unit and a comparison unit, characterized in that it is equipped with a maximum speed value allocation unit and an illumination sensor for connection to the control circuit, while the counting and storage unit is made in the form of two memory cells for recording signals of the relative speed of the apiary, shifted in time by one relative to another, and the logical control unit is made in the form of a control circuit, a timer for signaling to compare the current value of the relative speed of the apiary with the predawn recorded in one of the memory cells, and a pulse generator for supplying signals through the control circuit to the inputs of the memory cells, the comparison is made in the form of a unit for comparing the signals recorded in the memory cells, and supplying a signal through the unit for extracting the minimum speed value to the irrigation mode control unit and the logical control unit, as well as the mentioned timer.