CN103875509A - 一种负压灌溉***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负压灌溉***及其方法，其包括负压地下灌溉装置和负压调节装置，负压地下灌溉装置在负压作用下对作物进行灌溉，负压调节装置对所述灌溉***的负压进行自动调节；该***利用土壤湿度传感器实时监测土壤中含水量，在控制器内将实时土壤含水量与作物当前实际需水量的专家信息相结合，制定最佳灌溉策略。根据最佳灌溉策略驱动步进电机的转向和转速，控制升降台的垂直位置，实现调整供水器位置，从而实现动态调整负压地下灌溉***的供水吸力，进而实现动态调整土壤含水量，以真正实现按作物所需供水。

Description

一种负压灌溉***及其方法

技术领域

本发明涉及一种负压灌溉***及其方法，尤其是涉及可自动调控负压的地下灌溉***及其方法。 

背景技术

负压地下灌溉技术是针对温室盆栽作物而提出的一种新型节水主动灌溉技术。该技术将灌水器深埋于盆体底部，利用作物水分生理特性和土壤毛管吸力特性，使灌水器中水分自动渗入土壤，从而在输水管内形成负压。在大气压的作用下，水从供水器被压入输水管来补充灌水器中流入土壤的水分，从而保证整个***不间断地运行，实现作物对水分连续自动获取，将被动灌溉变为主动灌溉。在负压灌溉***中，供水器与灌水器间的水平面高程差决定了负压地下灌溉***的供水吸力。 

现有技术中，供水吸力基本固定不变，这导致了如下的问题：（1）作物在不同的生长阶段对水分的需求不同，但现有的负压灌溉***对作物的供水不能按照作物的需求来供给，这样既达不到最佳的灌溉效果，也导致了水利用率的低下，造成水资源的浪费；（2）一个负压灌溉***仅适用于一种或习性类似的几种作物，不能广泛的应用于各种作物，当其他作物采用该灌溉***时，还需对其进行改进以适应不同作物的需求，工作繁琐，效率低下，同时也导致了费用的上升。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提出利用土壤湿度传感器实时监测土壤中含水量，在控制器内将实时土壤含水量与作物当前实际需水量的专家信息相结合，制定 最佳灌水量决策。根据最佳灌水量决策驱动步进电机的转向和转速，控制升降台的垂直位置，调整供水器位置，从而实现动态调整负压地下灌溉***的供水吸力，进而实现动态调整土壤含水量，以真正实现按作物所需供水。 

本发明提供一种负压地下灌溉***，其包括负压地下灌溉装置，负压地下灌溉装置在负压作用下对作物进行灌溉。 

进一步的，所述负压地下灌溉装置包括供水器、灌水器和连接二者的连接管件，供水器位于地上，灌水器处于地下，供水器中储存有供灌溉的水，通过连接管件连接到灌水器，在负压作用下，水由供水器经连接管件流到灌水器，实现对作物灌溉。 

进一步的，所述负压地下灌溉***还包括负压调节装置，负压调节装置对所述负压地下灌溉***的负压进行自动调节，所述负压调节装置包括土壤湿度传感器、控制器、托台和托台高度调节器，土壤湿度传感器探测土壤湿度，传送湿度信号到控制器，控制器包括存储器，存储器中储存有作物生长专家***，控制器将其获得的土壤湿度信息与专家***中的作物所需湿度信息相比较，得出灌溉策略，控制器根据灌溉策略发出命令至托台高度调节器，托台高度调节器调节托台高度，供水器安装于托台上，供水器高度随托台的高度变化而变化，从而导致负压变化，从而调节供水吸力；所述托台高度调节器包括下底座、上平台、导轨、步进电机、滚珠丝杠、联轴器、托台和电机安装块，步进电机安装于电机安装块上，电机安装块为冂形，下部与上平台相连，联轴器位于上平台和电机安装块之间，步进电机通过联轴器驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠另一端可旋转的安装于底座上，在平行于滚珠丝杠且位于滚珠丝杠的两侧设置导轨，导轨一端安装于底座上，另一端连接于上平台，托台被滚珠丝杠驱动沿导轨上下滑动，带动置于托台上的供水器上下移动，从而调节灌溉***的负压。 

本发明还提供了一种供水吸力可自动调控的负压地下灌溉方法，其采用了上述负压地下灌溉***，该方法包括如下步骤： 

（1）探测步骤，通过土壤湿度传感器获取土壤的湿度； 

（2）比较步骤，利用控制器将获取的土壤湿度与专家***存储的相应数据做比较； 

（3）计算步骤，控制器根据比较结果，得出灌溉策略，根据灌溉策略得出所需负压，从所需负压计算出托台高度； 

（4）执行步骤，调整托台高度以得出正确的负压，从而调节供水吸力。 

本发明可按照作物需要供水，实现智能灌溉，实现一个灌溉***可对应多种作物，提高了用水效率和灌溉效率，节约了成本，具有经济、智能、运行稳定、便于维护和推广等有益效果。 

附图说明：

图1是本发明供水吸力可自动调控的负压地下灌溉***的示意图 

图2是托台高度调节器和托台示意图 

1土壤湿度传感器，2栽培土箱，3灌水器，4控制器，5步进电机，6供水器，7托台高度调节器，8电机安装块，9联轴器，10螺母，11托台,12滚珠丝杠，13导轨 

具体实施方式

为使本发明实施目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 

参考附图1-2，介绍供水吸力自动调控的负压地下灌溉***的搭建。 

首先将负压地下灌溉***的供水器6置于升降台上。将土壤湿度传感器1 放置于栽培土箱2中，连接控制器4。控制器4的输出连接步进电机5。步进电机5输出轴连接托台高度调节器7。托台高度调节器主要采用滚珠丝杠结构，在滚珠丝杠12上安装托台11，可以通过旋转滚珠丝杠12来调整托台11在滚珠丝杠12上的位置。灌水器3安装于栽培土箱底部，通过连接管件与供水器6连通。 

供水吸力自动调控的负压地下灌溉***工作时，土壤湿度传感器1探测土壤的湿度，将探测的数据传送到控制器4，控制器4将获取的土壤湿度数据与其存储器中存储的专家***中相应的数据进行比较，得出灌溉策略，当二者一致时，对托台高度不进行改变，当现有湿度与土壤应有湿度不一致时，根据二者的差值，结合作物需水的专家信息，得到灌溉负压值，并由灌溉负压值得出供水器6的高度，发出命令至托台高度调节器7，托台高度调节器7根据控制器4的命令调节托台高度，使供水器6达到相应的高度以提供科学的负压值，从而有效的对作物进行灌溉。 

托台高度调节器7包括下底座、上平台、导轨13、步进电机5、滚珠丝杠12、联轴器9、托台11和电机安装块8组成，步进电机5安装于电机安装块8上，电机安装块为冂形，下部与上平台相连，联轴器9位于上平台和电机安装块8之间，步进电机通过联轴器驱动滚珠丝杠12转动，滚珠丝杠12另一端可旋转的安装于底座上，在平行于滚珠丝杠12且位于滚珠丝杠的两侧设置导轨13，导轨13一端安装于底座上，另一端连接于上平台，托台11被滚珠丝杠12驱动沿导轨13上下滑动，带动置于托台11上的供水器6上下移动，从而调节灌溉***的负压。 

控制器控制方案具体实施例： 

本发明的实现依赖于控制器4的供水吸力控制算法。该控制算法以土壤湿度传感器1的脉冲输出为输入、结合作物需水的专家信息，制定作物需水的灌 溉策略。灌溉策略的控制命令具体表现为输出控制步进电机5的脉冲信号的大小及方向。步进电机5正转带动滚珠丝杠12正转，托台11上升，增大供水吸力；步进电机5反转带动滚珠丝杠12反转，托台11下降，减少供水吸力，实现供水吸力自动调控。 

采用上述***，对作物进行灌溉的过程为以下步骤： 

（1）探测步骤，通过土壤湿度传感器获取土壤的湿度； 

（2）比较步骤，利用控制器将获取的土壤湿度与专家***存储的相应数据做比较； 

（3）计算步骤，控制器根据比较结果，得出灌溉策略，根据灌溉策略得出所需负压，从所需负压计算出托台高度； 

（4）执行步骤，调整托台高度以得出正确的负压，从而调节供水吸力。 

利用本发明公开的装置和方法能够实现自动调控负压地下灌溉***的供水吸力，真正实现按植物实际需求灌水，为进一步提高土壤水分利用率奠定实践基础,也为灌溉***的自动化提供新的思路。 

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。 

Claims (4)

1.一种负压地下灌溉***，其包括负压地下灌溉装置，负压地下灌溉装置在负压作用下对作物进行灌溉。 

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于： 

所述负压地下灌溉装置包括供水器、灌水器和连接二者的连接管件，供水器位于地上，灌水器处于地下，供水器中储存有提供灌溉的水，通过连接管件连接到灌水器，在负压作用下，水由供水器经连接管件流到灌水器，实现对作物灌溉。 

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于： 

所述负压地下灌溉***还包括负压调节装置，负压调节装置对所述负压地下灌溉***的负压进行自动调节，所述负压调节装置包括土壤湿度传感器、控制器、托台和托台高度调节器，土壤湿度传感器探测土壤湿度，传送湿度信号到控制器，控制器包括存储器，存储器中储存有作物生长专家***，控制器将其获得的土壤湿度信息与专家***中的作物所需湿度信息相比较，得出灌溉策略，控制器根据灌溉策略发出命令至托台高度调节器，托台高度调节器调节托台高度，供水器安装于托台上，供水器高度随托台的高度变化而变化，从而导致负压变化，从而调节供水吸力。 

所述托台高度调节器包括下底座、上平台、导轨、步进电机、滚珠丝杠、联轴器、托台和电机安装块，步进电机安装于电机安装块上，电机安装块为冂形，下部与上平台相连，联轴器位于上平台和电机安装块之间，步进电机通过联轴器驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠另一端可旋转的安装于底座上，在平行于滚珠丝杠且位于滚珠丝杠的两侧设置导轨，导轨一端安装于底座上，另一端连接于上平台，托台被滚珠丝杠驱动沿导轨上下滑动，带动置于托台上的供水器上下移动，从而调节灌溉***的负压。 

4.一种供水吸力可自动调控的负压地下灌溉方法，其采用权利要求3所述的负压地下灌溉***，该方法包括如下步骤： 

（1）探测步骤，通过土壤湿度传感器获取土壤的湿度； 

（2）比较步骤，利用控制器将获取的土壤湿度与专家***存储的相应数据做比较； 

（3）计算步骤，控制器根据比较结果，得出灌溉策略，根据灌溉策略得出所需负压，从所需负压计算出托台高度； 

（4）执行步骤，调整托台高度以得出正确的负压，从而调节供水吸力。 

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