CN106212217B - 智能化精量灌溉控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化精量灌溉控制***，包括控制泵房，控制泵房内设有总控制模块、水泵、总灌溉控制阀、灌溉管道、营养液箱和营养液控制阀，还包括分布若干分灌溉控制阀、土壤监测传感器和作物监测传感器；分灌溉控制阀、土壤监测传感器和作物监测传感器通过无线自组网模块组成无线群联网，总控制模块通过无线模块接入该无线群联网以接收各传感器反馈的监测信息以及根据该监测信息对分灌溉控制阀进行无线控制。本发明根据不同作物类型选择不同指标进行综合模糊灌溉决策的功能，采用通过总线控制的分布式控制泵房，对田间数据进行采集以及对灌溉水源和电磁阀的自动控制，实现多功能网络式自动灌溉与管理。

Description

智能化精量灌溉控制***

技术领域

本发明涉及农林业灌溉***技术领域，特别涉及一种智能化精量灌溉控制***。

背景技术

全球性水资源供需矛盾的加剧使世界各地都把节约农业用水作为农业发展的重要任务。随着对农业节水理论的研究不断深入和相关技术水平的逐渐提高，利用高新技术与传统技术相结合的方式已成为农业节水技术发展的必然趋势，农业节水技术日益走向精准化和可控化，以便满足现代农业发展对灌溉***应具有灵活、准确、快捷等特点的要求。

我过农业现代化和规模化进程的加快，使喷、微灌和先进的地面灌溉技术不仅在蔬菜、花卉、果树等高价值作物中得到普片推广，还在大田作物中也得到广泛应用。农业的工业化和规模化生产对控制灌溉水平提出更高的要求，既要做到适时适量地供水以满足作物生长需求，保证农产品高产优质，又要在结合灌溉进行施肥、施药的过程中，通过精量灌溉提高有限水资源的利用效率。农业的规模化生产和先进灌溉技术的普片推广，即对实施精量控制灌溉提出了迫切需求，也为这一技术的实施创造了条件。因此，在资源的约束和环境保护的战略驱动下，开展作物精量控制灌溉研究，对于发展我国的节水农业技术体系，促进有限水资源的高效利用，加速我国农业的规模化生产和现代化进程，都具有重要意义。

精量控制灌溉技术源于上世纪80年代后期，是伴随一些发达国家的精准农业技术的开发而兴起的。在精准农业技术开发过程中，从事作物栽培、突然培肥、病虫草害防治及灌溉管理的农学家们注意到作物生长环境和生长状况之间存在着明显的空间差异，从而提出了对作物进行实施定位管理和按需变量投入的思路。随着现代化灌溉技术的发展和“3S”技术在农业领域的广泛应用，精量灌溉控制技术应用于生产实践成为可能。目前，在国内外有关灌溉规划与管理方面的模型主要存在以下缺点：(1)灌溉决策指标大多根据SPAC***中的某个因素，如以土壤墒情为灌溉决策依据，而有些还仅仅只是时间控制，未依据多指标进行决策综合考虑；(2)***自动化程度比较低，对软件的操作需要专业人员，实时性较差，很少能达到远距离监控的目的。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，提供一种智能化精量灌溉控制***，完善智能化精量灌溉决策与控制，增强其根据不同作物类型选择不同指标进行综合模糊灌溉决策的功能，增加作物养分和盐分分析模块，解决配套传感器数据采集中难以在线实时截取与处理的问题，增加通过互联网进行远程控制的功能，提高其通用性，采用通过总线控制的分布式控制泵房，对田间数据进行采集以及对灌溉水源和电磁阀的自动控制，实现多功能网络式自动灌溉与管理。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种智能化精量灌溉控制***，包括若干通过总线连接的分布式控制泵房，控制泵房内设有总控制模块、水泵、总灌溉控制阀、灌溉管道、营养液箱和营养液控制阀，水泵通过总灌溉控制阀与灌溉管道连接，营养液箱通过营养液控制阀与灌溉管道连接，总控制模块分别与水泵、总灌溉控制阀和营养液控制阀连接以分别控制其运作；还包括分布设置于灌溉管道上的若干分灌溉控制阀，以及与分灌溉控制阀相对应设置的用于土壤墒情监测的土壤监测传感器以及用于作物生长状况监测的作物监测传感器；所述土壤监测传感器包括pH监测传感器和雨量监测传感器，所述作物监测传感器包括作物冠层表面温度监测传感器、作物冠层湿度监测传感器和作物养分监测传感器；分灌溉控制阀、pH监测传感器、雨量监测传感器、作物冠层表面温度监测传感器、作物冠层湿度监测传感器和作物养分监测传感器通过无线自组网模块组成无线群联网，所述总控制模块通过无线模块接入该无线群联网以接收各传感器反馈的监测信息以及根据该监测信息对分灌溉控制阀进行无线控制。

进一步的，总控制模块通过变频控制器控制水泵运作，进而控制灌溉管道内的泵送压力。总控制模块采用堆方式对所述分灌溉控制阀进行分时异步控制，以使灌溉管道保持低压灌溉，节省能耗。

所述控制泵房内的灌溉管道上位于水泵前端和位于营养液控制阀后端的位置分别设有过滤装置，所述水泵的输出端还通过反冲洗管道与所述过滤装置的后端连接，利用现有水泵与反冲洗管道及先关控制阀配合对灌溉管道的过滤装置进行反向冲洗，保持灌溉管道的畅通，其结构简单，成本低。

还包括与所述总控制模块连接的远程控制终端，互联网进行远程控制的功能，提高其通用性和实时性，实现远距离监控的目的。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

本发明所述的一种智能化精量灌溉控制***，其以作物需水信息诊断为基础，综合考虑土壤和气象等环境因子的影响，采用模糊逻辑和人工神经网络技术解决灌溉决策中复杂、模糊、高度非线性问题，具体地在控制泵房的总控制模块内设置监测信息与灌溉量映射的经验控制参数，通过各传感器反馈的监测信息调取其对应的灌溉量控制参数，进而对营养液控制阀和各分灌溉控制阀进行控制，克服了常规确定性模型通用性差的缺陷，提高了灌溉决策的可靠性，其中通过在线式作物冠层气温差监测***，可实时、连续、全方位的检测作物冠气温差的变化，为作物的精量灌溉提供准确、精细的田间实测数据。与当前国内外同类技术相比，本发明克服了用土壤水分为作物缺水诊断和灌溉控制指标的缺陷，由于适宜的土壤含水量范围因不同作物、生长阶段和土壤条件等因素而存在差异，在不同土壤水分条件下，作物自身通过调节作用，体内可呈现出相似的水分状况，而同样的土壤水分状况下，若盐分或养分含量及组成不同，反映在作物株体上的水分与生理状况也会出现差异，因此若只考虑土壤水分状况而忽视灌溉的直接对象即作物生理生态状况，则在作物缺水诊断上会存在片面性，为此，本发明根据作物自身变化状况来确定是否需要灌溉，采用红外测温法可获得冠层表面温度变化数据，通过微气象观测法(涡度相关法、波纹比法等)可估算获取农田蒸散量信息，在区域尺度范围内开展农田墒情监测时，农田蒸散量和遥测冠层表面温度指标对精量灌溉具有重要意义。采用本发明所述的智能化精量灌溉控制***，不仅能大幅节省人力成本，而且同时采用的高效节水的滴灌方式，能够实现节水增产。在经济效益方面，通过应用示范区的监测数据表明，平均灌水量比常规灌溉减少了30-50％，作物产量平均提高了15-18％，灌溉水利用效率平均提高22-24％，作物品质也有明显改善。在社会与生态效益方面，可以提高用水效率，减少渗漏和弃水量，对缓解低下水位上升，减轻土壤盐碱化具有十分重要的作用，有利于这些灌区的环境可持续发展，本发明还可实现在灌溉的同时自动配比施肥，能够减少化肥流失10％以上，具有重要的省会与生态环境效益。

具体实施方式

对本发明进一步阐释。

一种智能化精量灌溉控制***，包括若干通过RS-485总线连接的分布式控制泵房，控制泵房内设有总控制模块、水泵、总灌溉控制阀、灌溉管道、营养液箱和营养液控制阀，水泵通过总灌溉控制阀与灌溉管道连接，营养液箱通过营养液控制阀与灌溉管道连接，总控制模块分别与水泵、总灌溉控制阀和营养液控制阀连接以分别控制其运作；还包括与所述总控制模块连接的远程控制终端，互联网进行远程控制的功能，提高其通用性和实时性，实现远距离监控的目的。

还包括分布设置于灌溉管道上的若干分灌溉控制阀，以及与分灌溉控制阀相对应设置的用于土壤墒情监测的土壤监测传感器以及用于作物生长状况监测的作物监测传感器；所述土壤监测传感器包括pH监测传感器和雨量监测传感器，所述作物监测传感器包括作物冠层表面温度监测传感器、作物冠层湿度监测传感器和作物养分监测传感器；分灌溉控制阀、pH监测传感器、雨量监测传感器、作物冠层表面温度监测传感器、作物冠层湿度监测传感器和作物养分监测传感器通过无线自组网模块组成无线群联网，所述总控制模块通过无线模块接入该无线群联网以接收各传感器反馈的监测信息以及根据该监测信息对分灌溉控制阀进行无线控制。

进一步的，总控制模块通过变频控制器控制水泵运作，进而控制灌溉管道内的泵送压力。总控制模块采用堆方式对所述分灌溉控制阀进行分时异步控制，以使灌溉管道保持低压灌溉，节省能耗。所述控制泵房内的灌溉管道上位于水泵前端和位于营养液控制阀后端的位置分别设有过滤装置，所述水泵的输出端还通过反冲洗管道与所述过滤装置的后端连接，利用现有水泵与反冲洗管道及先关控制阀配合对灌溉管道的过滤装置进行反向冲洗，保持灌溉管道的畅通，其结构简单，成本低。

本智能化精量灌溉控制***，完善智能化精量灌溉决策与控制，增强其根据不同作物类型选择不同指标进行综合模糊灌溉决策的功能，增加作物养分和盐分分析模块，解决配套传感器数据采集中难以在线实时截取与处理的问题，增加通过互联网进行远程控制的功能，提高其通用性，采用通过总线控制的分布式控制泵房，对田间数据进行采集以及对灌溉水源和电磁阀的自动控制，实现多功能网络式自动灌溉与管理。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (3)

1.一种智能化精量灌溉控制***，其特征在于：

包括若干通过总线连接的分布式控制泵房，控制泵房内设有总控制模块、水泵、总灌溉控制阀、灌溉管道、营养液箱和营养液控制阀，水泵通过总灌溉控制阀与灌溉管道连接，营养液箱通过营养液控制阀与灌溉管道连接，总控制模块分别与水泵、总灌溉控制阀和营养液控制阀连接以分别控制其运作；

还包括分布设置于灌溉管道上的若干分灌溉控制阀，以及与分灌溉控制阀相对应设置的用于土壤墒情监测的土壤监测传感器以及用于作物生长状况监测的作物监测传感器；

所述土壤监测传感器包括pH监测传感器和雨量监测传感器，所述作物监测传感器包括作物冠层表面温度监测传感器、作物冠层湿度监测传感器和作物养分监测传感器；

分灌溉控制阀、pH监测传感器、雨量监测传感器、作物冠层表面温度监测传感器、作物冠层湿度监测传感器和作物养分监测传感器通过无线自组网模块组成无线群联网，所述总控制模块通过无线模块接入该无线群联网以接收各传感器反馈的监测信息以及根据该监测信息对分灌溉控制阀进行无线控制；

所述总控制模块采用堆方式对所述分灌溉控制阀进行分时异步控制；

所述控制泵房内的灌溉管道上位于水泵前端和位于营养液控制阀后端的位置分别设有过滤装置，所述水泵的输出端还通过反冲洗管道与所述过滤装置的后端连接；利用现有水泵与反冲洗管道及先关控制阀配合对灌溉管道的过滤装置进行反向冲洗。

2.根据权利要求1所述的智能化精量灌溉控制***，其特征在于：总控制模块通过变频控制器控制水泵运作，进而控制灌溉管道内的泵送压力。

3.根据权利要求1所述的智能化精量灌溉控制***，其特征在于：还包括与所述总控制模块连接的远程控制终端。