CN107711439A - 一种农田自动灌溉*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田自动灌溉***，包括：现场监测子***，用于采集农田土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并实时上传；灌溉子***，用于检测农田作物干旱程度和执行农田土壤水肥灌溉；中央监控子***，用于分析所述现场监测子***上传的数据和控制所述灌溉子***执行农田土壤水肥灌溉。本发明集自动灌溉和手动灌溉控制于一体，全方位考量作物所处环境状态，能够实现作物水肥灌溉需求的精确采集和水肥智能灌溉，引入验收机制，科学化的控制灌溉方式和灌溉量，提高了灌溉智能化管理水平，现场灌溉可操作性强，灌溉效率高，节水节肥。

Description

一种农田自动灌溉***

技术领域

本发明涉及农田水利技术领域，尤其涉及一种农田自动灌溉***。

背景技术

我国是个水资源贫乏的国家，农业用水的关键一个环节是节水。目前，我国农田灌溉水有效利用系数仅为0.536，远低于0.7到0.8的世界先进水平。因此我们国家对农业节水灌溉较为重视，投入相对增加，各地纷纷建立了设施农业的示范点，促进了喷灌、微喷灌和滴灌等节水技术在我国的应用。

近几年，除了采用喷灌、微喷灌和滴灌等节水技术外，还结合先进的自动化控制技术实施精确灌溉，以作物实际需水为依据，以信息技术为手段，提高灌溉精准度，实施合理的灌溉制度，提高水的利用率。从而改变依靠农业水利管理人员的个人经验来控制灌溉或采用湿度传感器实时检测土壤含水量来实施灌溉，未有根据作物自身的需水量进行灌溉，容易造成水资源浪费的现状。

现在的大多数农业喷灌、微喷灌和滴灌等节水灌溉***会在基地建成初就预埋水管网络，然后安装多个喷头进行分布式的灌溉，喷头分布在不同的农田分区，同一分区通过统一的阀门开关，故而同一分区的灌溉都是统一的，无法针对作物本身实施有针对性的精确灌溉；另外这种灌溉模式下，当个别分区需要水灌溉，而个别分区需要肥灌溉时，不能同时实现，灌溉效率低，智能化程度不高；随着科技的发展，上述简单的灌溉方式已经不能满足现代化农业智能化发展的需求，农业灌溉技术越来越需要手动自动一体化、多重灌溉体系相辅相成的智能化管理和控制，以精确施水、施肥灌溉为核心，向专门化、***化、运行管理手自一体化和多目标利用的方向发展。

如公开号为CN105379610A的专利文献公开了一种“远程控制灌溉***”，包括：总控制单元、数据采集模块、湿度传感模块、电磁阀控制单元、和水泵控制单元、远程控制模块、输入输出模块、开关控制模块和供电模块，通过远程操控灌溉现场的水泵和电磁阀实现灌溉的启停，减少了现场布线的成本和电压降安全隐患，提高灌溉管理水平，改变人为操作的随意性。

又如公告号为CN104351020B的专利文献公开了一种“基于图像采集的农田自动灌溉***”，包括多个现场检测子***和计算机控制子***，每一个现场检测子***设置在一个农田分区内，用于检测对应农田分区的作物干旱程度，所述计算机控制子***与所述多个现场检测子***无线连接，基于每一个现场检测子***对应农田分区的作物干旱程度确定对应农田分区的灌溉流量。能够基于农田作物干旱程度的第一手数据确定每一块农田的预定灌溉水量，提高了农田自动灌溉***的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种能够实现作物水肥灌溉需求的精确采集和水肥智能灌溉，全方位考量作物所处环境状态，科学控制灌溉方式和灌溉量，提高灌溉智能化管理水平，增强现场灌溉可操作性，提高灌溉效率，节水节肥，集自动灌溉和手动灌溉控制于一体的农田自动灌溉***。

本发明解决其技术问题，采用如下技术方案：

一种农田自动灌溉***，包括：

现场监测子***，用于采集农田土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并实时上传；通过设置现场监测子***，采集农田土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据，以便依此计算出符合作物生长环境所需肥力和水灌溉需求量，从而实现科学的精准的灌溉；

灌溉子***，用于检测农田作物干旱程度和执行农田土壤水肥灌溉；通过设置灌溉子***中查看作物的干旱程度，以便实施按需补给灌溉量的控制，按需补给可以在批量灌溉完成后一定时间内，对农田不同区域的作物进行再次监测，起到查看验收的效果，从而维护出一个适合所有作物健康生长的生态环境，同时能够防止肥力过重导致作物萎蔫和地下水富营养化，也能防止灌溉过度导致水资源的浪费；

中央监控子***，用于分析所述现场监测子***上传的数据和控制所述灌溉子***执行农田土壤水肥灌溉。中央监控子***提供强大的数据处理分析能力，也能将这些数据予以保存，以便调用和查看，分析处理现场监测子***传来的现场参数信息，向灌溉子***下达不同作物的不同灌溉方式（如水灌溉，肥灌溉）和灌溉量的命令，从而达到灌溉的自动化科学管理。

进一步地，所述灌溉子***包括：

地面灌溉设备，用于实施近地面的农田土壤水肥灌溉；所述地面灌溉设备包括多根纵横交错的输水管道，所述输水管道埋设在农田里，所述输水管道上设有多个管道喷头，所述管道喷头露出地面；

地上灌溉设备，用于实施农田作物的茎叶水肥灌溉；所述地上灌溉设备包括多辆灌溉机车，每辆所述灌溉机车包括自动导引装置和多个机车喷头。

通过地面灌溉设备和地上灌溉设备两者分工设置，使得同一作物的水灌溉和施肥能够同时进行，地面灌溉设备可以设置成滴灌、喷灌或微喷灌等多种不同的喷灌方式，地上灌溉设备通过设置灌溉机车，灌溉机车受中央监控子***控制行驶实现不同作物茎叶干旱程度的检测和灌溉，特别适合地面灌溉设备灌溉结束后，启动地上灌溉设备进行再次监测，起到查看验收的效果，有利于针对作物不同的灌溉需求量予以补给，实现***化、智能化和自动化管理。

进一步地，每辆所述灌溉机车还包括：

图像采集器，用于采集农田作物图像数据；

图像处理器，与所述图像采集器连接，用于分析处理所述图像采集器采集的农田作物图像数据，得出对应农田作物的干旱程度并划分干旱等级。在灌溉机车中设置图像采集器采集的农田作物图像数据，设置图像处理器分析采集的图像信息，得出对应农田作物的干旱程度并划分干旱等级，实现作物干旱程度的科学判定，以便灌溉机车利用机车喷头实现精准灌溉。

进一步地，每辆所述灌溉机车还包括中央控制器，与所述图像处理器连接，用于根据所述图像处理器得出的干旱等级，对照预设干旱等级灌溉表控制所述灌溉机车执行水灌溉，所述预设干旱等级灌溉表保存了干旱等级和灌溉总量一一对应的关系。中央控制器的设置使得灌溉机车自身具备是否实施灌溉和灌溉量的决断能力，可在有需求时，启动这项功能，增加现场的可操作性。

进一步地，每辆所述灌溉机车还包括设置在机身上的升降机构和升降支架，多个所述机车喷头均匀分布在所述升降支架上，所述升降机构用于带动所述升降支架实现相对地面的上下升降从而带动多个所述机车喷头实现升降。能够根据喷洒作物高度不同灵活调整喷洒高度，能够避免喷洒盲区，提高喷洒覆盖面。

进一步地，每辆所述灌溉机车还包括太阳能电池板和音乐播放装置。太阳能电池板能够吸收太阳能为灌溉机车上的各种电控制装置供电，节能环保，音乐播放装置可为农田管理维护人员提供田间管理乐趣，同时音乐的播放产生振动刺激植物叶片表面的气孔，可以增大气孔的开放度。气孔增大之后，植物光合作用更加的活跃，合成的有机物质不断增加了，达到增产的效果。

进一步地，所述地面灌溉设备还包括电控装置和电磁阀，所述电控装置用于控制所述电磁阀的开启和关闭，所述电磁阀设置在所述输水管道中，用于根据所述电控装置的电磁阀打开信号或电磁阀关闭信号控制所述输水管道的打开或关闭。

进一步地，所述电控装置包括：

自动控制模块，用于在自动控制模式下，接收所述中央监控子***的控制信息执行所述电磁阀的开启或关闭；自动控制模块的设置使得灌溉能够自动自发的实现，无需人员操作，省时省力。

手动控制模块，用于在手动控制模式下，人工控制所述电磁阀的开启或关闭；与自动控制模块配合使用，能够在无法接收中央监控子***的控制信息时，可作为补救处理办法，通过人工操作控制现场操作电磁阀的开启和关闭，避免维修带来的时间浪费，增加了现场的可操作性。

切换开关，用于实现所述电控装置在自动控制模块、手动控制模式、以及断电状态之间的切换。使得电磁阀的开启和关闭的用电更可靠、安全。

进一步地，所述中央监控子***包括：

水处理模块，用于分析所述现场监测子***上传的土壤墒情数据和天气数据并根据分析结果控制所述地面灌溉设备实施近地面的农田土壤水灌溉；

肥处理模块，用于分析所述现场监测子***上传的土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并根据分析结果控制所述地面灌溉设备实施近地面的农田土壤肥灌溉。

中央监控子***将水灌溉和水灌溉分成两个模块，有利于***化管理，科学化分析，实现水肥灌溉的科学控制。

进一步地，所述中央监控子***包括调度模块，用于规划多辆所述灌溉机车的行驶路径并发送路径信息至所述自动导引装置、控制所述灌溉机车的启停状态以及监测所述灌溉机车的电量状态，所述灌溉机车的启停状态包括行驶状态的启停和灌溉状态的启停。实现多辆灌溉机车的灌溉调度，科学化管理农田灌溉，使得田间管理更智能，灌溉更精准，灌溉效率更高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：集自动灌溉和手动灌溉控制于一体，全方位监测考量作物所处环境状态，能够根据作物水肥灌溉实际需求的实施精确灌溉，区分土壤灌溉和作物茎叶灌溉，能够科学化的、合理便捷的控制灌溉，整体上智能化、自动化程度高。

附图说明

为更清楚详细的说明本发明的实施例，附图如下：

图1为本发明实施例1的***框图；

图2为本发明实施例2的***框图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种农田自动灌溉***，包括：

现场监测子***100，用于采集农田土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并实时上传；先将农田进行分区，小块化处理，通过设置在不同分区的现场监测子***100，采集分区中的土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据，以便结合上述多种作物生长环境参数计算出符合作物生长环境所需肥力和水灌溉需求量，从而实现科学的精准的灌溉，例如在土壤中设置不同深度放置的湿度传感器从而实现不同深度土壤墒情数据的采集，在土壤中设置养分探测器测量氮磷钾的含量获得土壤养分数据，在田间设置气象监测装置获取田间的天气数据，判断作物蒸发量和环境降水量；

灌溉子***200，用于检测农田作物干旱程度和执行农田土壤水肥灌溉；通过设置灌溉子***200中查看作物的干旱程度，以便实施按需补给灌溉量的控制，按需补给可以在批量灌溉完成后一定时间内，对农田不同区域的作物进行再次监测，起到查看验收的效果，从而维护出一个适合所有作物健康生长的生态环境，同时能够防止肥力过重导致作物萎蔫和地下水富营养化，也能防止灌溉过度导致水资源的浪费；

中央监控子***300，用于分析所述现场监测子***100上传的数据和控制所述灌溉子***200执行农田土壤水肥灌溉。中央监控子***300相当于上位机，具有强大的数据处理分析能力，也能将这些数据予以保存，以便调用和查看，对作物的生长过程进行溯源，这样的设计特别适用于农田实验基地的实验大数据分析，从而得到不同作物的科学灌溉方案，促进作物健康生长和高产；本实施例中，中央监控子***300分析处理现场监测子***100传来的现场参数信息，向灌溉子***200下达不同作物的不同灌溉方式（如水灌溉，肥灌溉）和灌溉量的命令，从而达到灌溉的自动化科学管理。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供一种更详细的农田自动灌溉***，所述灌溉子***200包括：

地面灌溉设备210，用于实施近地面的农田土壤水肥灌溉；所述地面灌溉设备210包括多根纵横交错的输水管道211，所述输水管道211埋设在农田里，所述输水管道211上设有多个管道喷头212，所述管道喷头212露出地面；

地上灌溉设备220，用于实施农田作物的茎叶水肥灌溉；所述地上灌溉设备220包括多辆灌溉机车221，每辆所述灌溉机车221包括自动导引装置2211和多个机车喷头2212。

通过地面灌溉设备210和地上灌溉设备220两者分工设置，使得同一作物的水灌溉和施肥能够同时进行，地面灌溉设备210可以设置成滴灌、喷灌或微喷灌等多种不同的喷灌方式，地上灌溉设备220通过设置灌溉机车221，灌溉机车221受中央监控子***300控制行驶实现不同作物茎叶干旱程度的检测和灌溉，特别适合地面灌溉设备210灌溉结束后，启动地上灌溉设备220进行再次监测，起到查看验收的效果，有利于针对作物不同的灌溉需求量予以补给，实现***化、智能化和自动化管理。

多个管道喷头212和/或多个机车喷头2212包括连接头、与所述连接头一端连接的调节柱、与所述调节柱一端旋转连接的喷嘴以及设置在所述调节柱柱身的控制阀；所述控制阀包括阻挡件和用于带动所述阻挡件升降的升降机构，所述阻挡件设于所述喷嘴远离所述调节柱的一端，用于阻挡所述喷嘴处喷出的液体。基于上述的设计，可实现单个管道喷头212和/或机车喷头2212自身的开启或关闭，从而使得灌溉可控性更高，同一分区的灌溉除了可以通过主阀门控制开启或关闭外，还能单独控制喷头实现小区域的灌溉控制，有利于提高灌溉精准度。

每辆所述灌溉机车221还包括：

图像采集器2213，用于采集农田作物图像数据；

图像处理器2214，与所述图像采集器2213连接，用于分析处理所述图像采集器2213采集的农田作物图像数据，得出对应农田作物的干旱程度并划分干旱等级。在灌溉机车221中设置图像采集器2213采集的农田作物图像数据，设置图像处理器2214分析采集的图像信息，得出对应农田作物的干旱程度并划分干旱等级，实现作物干旱程度的科学判定，以便灌溉机车利用机车喷头实现精准灌溉。

每辆所述灌溉机车221还包括中央控制器2215，与所述图像处理器2214连接，用于根据所述图像处理器2214得出的干旱等级，对照预设干旱等级灌溉表控制所述灌溉机车221执行水灌溉，所述预设干旱等级灌溉表保存了干旱等级和灌溉总量一一对应的关系。中央控制器2215的设置使得灌溉机车221自身具备是否实施灌溉和灌溉量的决断能力，可在有需求时，启动这项功能，增加现场的可操作性。

每辆所述灌溉机车221还包括设置在机身上的升降机构和升降支架，多个所述机车喷头2212均匀分布在所述升降支架上，所述升降机构用于带动所述升降支架实现相对地面的上下升降从而带动多个所述机车喷头2212实现升降。能够根据喷洒作物高度不同灵活调整喷洒高度，能够避免喷洒盲区，提高喷洒覆盖面。

每辆所述灌溉机车221还包括太阳能电池板2216和音乐播放装置2217。太阳能电池板2216能够吸收太阳能为灌溉机车221上的各种电控制装置供电，节能环保，音乐播放装置2217可为农田管理维护人员提供田间管理乐趣，同时音乐的播放产生振动刺激植物叶片表面的气孔，可以增大气孔的开放度。气孔增大之后，植物光合作用更加的活跃，合成的有机物质不断增加了，达到增产的效果。

所述地面灌溉设备210还包括电控装置和电磁阀，所述电控装置用于控制所述电磁阀的开启和关闭，所述电磁阀设置在所述输水管道211中，用于根据所述电控装置的电磁阀打开信号或电磁阀关闭信号控制所述输水管道211的打开或关闭。

所述电控装置包括：

自动控制模块，用于在自动控制模式下，接收所述中央监控子***300的控制信息执行所述电磁阀的开启或关闭；自动控制模块的设置使得灌溉能够自动自发的实现，无需人员操作，省时省力。

手动控制模块，用于在手动控制模式下，人工控制所述电磁阀的开启或关闭；与自动控制模块配合使用，能够在无法接收中央监控子***300的控制信息时，可作为补救处理办法，通过人工操作控制现场操作电磁阀的开启和关闭，避免维修带来的时间浪费，增加了现场的可操作性。

切换开关，用于实现所述电控装置在自动控制模块、手动控制模式、以及断电状态之间的切换。使得电磁阀的开启和关闭的用电更可靠、安全。

所述中央监控子***300包括：

水处理模块310，用于分析所述现场监测子***100上传的土壤墒情数据和天气数据并根据分析结果控制所述地面灌溉设备210实施近地面的农田土壤水灌溉；

肥处理模块320，用于分析所述现场监测子***100上传的土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并根据分析结果控制所述地面灌溉设备210实施近地面的农田土壤肥灌溉。

中央监控子***300将水灌溉和水灌溉分成两个模块，有利于***化管理，科学化分析，实现水肥灌溉的科学控制。

所述中央监控子***300包括调度模块330，用于规划多辆所述灌溉机车221的行驶路径并发送路径信息至所述自动导引装置2211、控制所述灌溉机车221的启停状态以及监测所述灌溉机车221的电量状态，所述灌溉机车221的启停状态包括行驶状态的启停和灌溉状态的启停。实现多辆灌溉机车221的灌溉调度，科学化管理农田灌溉，使得田间管理更智能，灌溉更精准，灌溉效率更高。

综上，本实施例提供的农田自动灌溉***，能够实现地表土壤灌溉和作物茎叶灌溉的结合，起到对作物生长的充分灌溉，灌溉通过中央监控子***300的管理能够实现高度可控和科学化的精准灌溉，另外喷灌结束后还能对喷灌效果做进一步的验收，并根据验收存在的问题实施有针对性的按需补给灌溉，智能化程度更高，农田管理更充分更科学。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种农田自动灌溉***，其特征在于，包括：

现场监测子***，用于采集农田土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并实时上传；

灌溉子***，用于检测农田作物干旱程度和执行农田土壤水肥灌溉；

中央监控子***，用于分析所述现场监测子***上传的数据和控制所述灌溉子***执行农田土壤水肥灌溉。

2.根据权利要求1所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，所述灌溉子***包括：

地面灌溉设备，用于实施近地面的农田土壤水肥灌溉；所述地面灌溉设备包括多根纵横交错的输水管道，所述输水管道埋设在农田里，所述输水管道上设有多个管道喷头，所述管道喷头露出地面；

地上灌溉设备，用于实施农田作物的茎叶水肥灌溉；所述地上灌溉设备包括多辆灌溉机车，每辆所述灌溉机车包括自动导引装置和多个机车喷头。

3.根据权利要求2所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，每辆所述灌溉机车还包括：

图像采集器，用于采集农田作物图像数据；

图像处理器，与所述图像采集器连接，用于分析处理所述图像采集器采集的农田作物图像数据，得出对应农田作物的干旱程度并划分干旱等级。

4.根据权利要求3所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，每辆所述灌溉机车还包括中央控制器，与所述图像处理器连接，用于根据所述图像处理器得出的干旱等级，对照预设干旱等级灌溉表控制所述灌溉机车执行水灌溉，所述预设干旱等级灌溉表保存了干旱等级和灌溉总量一一对应的关系。

5.根据权利要求2所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，每辆所述灌溉机车还包括设置在机身上的升降机构和升降支架，多个所述机车喷头均匀分布在所述升降支架上，所述升降机构用于带动所述升降支架实现相对地面的上下升降从而带动多个所述机车喷头实现升降。

6.根据权利要求2所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，每辆所述灌溉机车还包括太阳能电池板和音乐播放装置。

7.根据权利要求2所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，所述地面灌溉设备还包括电控装置和电磁阀，所述电控装置用于控制所述电磁阀的开启和关闭，所述电磁阀设置在所述输水管道中，用于根据所述电控装置的电磁阀打开信号或电磁阀关闭信号控制所述输水管道的打开或关闭。

8.根据权利要求7所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，所述电控装置包括：

自动控制模块，用于在自动控制模式下，接收所述中央监控子***的控制信息执行所述电磁阀的开启或关闭；

手动控制模块，用于在手动控制模式下，人工控制所述电磁阀的开启或关闭；

切换开关，用于实现所述电控装置在自动控制模块、手动控制模式、以及断电状态之间的切换。

9.根据权利要求2所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，所述中央监控子***包括：

水处理模块，用于分析所述现场监测子***上传的土壤墒情数据和天气数据并根据分析结果控制所述地面灌溉设备实施近地面的农田土壤水灌溉；

肥处理模块，用于分析所述现场监测子***上传的土壤墒情数据、土壤养分数据和天气数据并根据分析结果控制所述地面灌溉设备实施近地面的农田土壤肥灌溉。

10.根据权利要求2所述的一种农田自动灌溉***，其特征在于，所述中央监控子***包括调度模块，用于规划多辆所述灌溉机车的行驶路径并发送路径信息至所述自动导引装置、控制所述灌溉机车的启停状态以及监测所述灌溉机车的电量状态，所述灌溉机车的启停状态包括行驶状态的启停和灌溉状态的启停。