一種負(fù)壓灌溉系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種負(fù)壓灌溉系統(tǒng)及其方法，其包括負(fù)壓地下灌溉裝置和負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置，負(fù)壓地下灌溉裝置在負(fù)壓作用下對(duì)作物進(jìn)行灌溉，負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置對(duì)所述灌溉系統(tǒng)的負(fù)壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；該系統(tǒng)利用土壤濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中含水量，在控制器內(nèi)將實(shí)時(shí)土壤含水量與作物當(dāng)前實(shí)際需水量的專家信息相結(jié)合，制定最佳灌溉策略。根據(jù)最佳灌溉策略驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，控制升降臺(tái)的垂直位置，實(shí)現(xiàn)調(diào)整供水器位置，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的供水吸力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整土壤含水量，以真正實(shí)現(xiàn)按作物所需供水。
【專利說(shuō)明】一種負(fù)壓灌溉系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種負(fù)壓灌溉系統(tǒng)及其方法，尤其是涉及可自動(dòng)調(diào)控負(fù)壓的地下灌溉系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]負(fù)壓地下灌溉技術(shù)是針對(duì)溫室盆栽作物而提出的一種新型節(jié)水主動(dòng)灌溉技術(shù)。該技術(shù)將灌水器深埋于盆體底部，利用作物水分生理特性和土壤毛管吸力特性，使灌水器中水分自動(dòng)滲入土壤，從而在輸水管內(nèi)形成負(fù)壓。在大氣壓的作用下，水從供水器被壓入輸水管來(lái)補(bǔ)充灌水器中流入土壤的水分，從而保證整個(gè)系統(tǒng)不間斷地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)作物對(duì)水分連續(xù)自動(dòng)獲取，將被動(dòng)灌溉變?yōu)橹鲃?dòng)灌溉。在負(fù)壓灌溉系統(tǒng)中，供水器與灌水器間的水平面高程差決定了負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的供水吸力。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，供水吸力基本固定不變，這導(dǎo)致了如下的問(wèn)題:(1)作物在不同的生長(zhǎng)階段對(duì)水分的需求不同，但現(xiàn)有的負(fù)壓灌溉系統(tǒng)對(duì)作物的供水不能按照作物的需求來(lái)供給，這樣既達(dá)不到最佳的灌溉效果，也導(dǎo)致了水利用率的低下，造成水資源的浪費(fèi)；(2) —個(gè)負(fù)壓灌溉系統(tǒng)僅適用于一種或習(xí)性類似的幾種作物，不能廣泛的應(yīng)用于各種作物，當(dāng)其他作物采用該灌溉系統(tǒng)時(shí)，還需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)不同作物的需求，工作繁瑣，效率低下，同時(shí)也導(dǎo)致了費(fèi)用的上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出利用土壤濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中含水量，在控制器內(nèi)將實(shí)時(shí)土壤含水量與作物當(dāng)前實(shí)際需水量的專家信息相結(jié)合，制定最佳灌水量決策。根據(jù)最佳灌水量決策驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，控制升降臺(tái)的垂直位置，調(diào)整供水器位置，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的供水`吸力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整土壤含水量，以真正實(shí)現(xiàn)按作物所需供水。
[0005]本發(fā)明提供一種負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)，其包括負(fù)壓地下灌溉裝置，負(fù)壓地下灌溉裝置在負(fù)壓作用下對(duì)作物進(jìn)行灌溉。
[0006]進(jìn)一步的，所述負(fù)壓地下灌溉裝置包括供水器、灌水器和連接二者的連接管件，供水器位于地上，灌水器處于地下，供水器中儲(chǔ)存有供灌溉的水，通過(guò)連接管件連接到灌水器，在負(fù)壓作用下，水由供水器經(jīng)連接管件流到灌水器，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物灌溉。
[0007]進(jìn)一步的，所述負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)還包括負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置，負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置對(duì)所述負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的負(fù)壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，所述負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置包括土壤濕度傳感器、控制器、托臺(tái)和托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器，土壤濕度傳感器探測(cè)土壤濕度，傳送濕度信號(hào)到控制器，控制器包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有作物生長(zhǎng)專家系統(tǒng)，控制器將其獲得的土壤濕度信息與專家系統(tǒng)中的作物所需濕度信息相比較，得出灌溉策略，控制器根據(jù)灌溉策略發(fā)出命令至托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器，托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)托臺(tái)高度，供水器安裝于托臺(tái)上，供水器高度隨托臺(tái)的高度變化而變化，從而導(dǎo)致負(fù)壓變化，從而調(diào)節(jié)供水吸力；所述托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器包括下底座、上平臺(tái)、導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、托臺(tái)和電機(jī)安裝塊，步進(jìn)電機(jī)安裝于電機(jī)安裝塊上，電機(jī)安裝塊為門形，下部與上平臺(tái)相連，聯(lián)軸器位于上平臺(tái)和電機(jī)安裝塊之間，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠另一端可旋轉(zhuǎn)的安裝于底座上，在平行于滾珠絲杠且位于滾珠絲杠的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)軌，導(dǎo)軌一端安裝于底座上，另一端連接于上平臺(tái)，托臺(tái)被滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，帶動(dòng)置于托臺(tái)上的供水器上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng)的負(fù)壓。
[0008]本發(fā)明還提供了一種供水吸力可自動(dòng)調(diào)控的負(fù)壓地下灌溉方法，其采用了上述負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)，該方法包括如下步驟:
[0009]( I)探測(cè)步驟，通過(guò)土壤濕度傳感器獲取土壤的濕度；
[0010](2)比較步驟，利用控制器將獲取的土壤濕度與專家系統(tǒng)存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)做比較；
[0011](3)計(jì)算步驟，控制器根據(jù)比較結(jié)果，得出灌溉策略，根據(jù)灌溉策略得出所需負(fù)壓，從所需負(fù)壓計(jì)算出托臺(tái)高度；
[0012](4)執(zhí)行步驟，調(diào)整托臺(tái)高度以得出正確的負(fù)壓，從而調(diào)節(jié)供水吸力。
[0013]本發(fā)明可按照作物需要供水，實(shí)現(xiàn)智能灌溉，實(shí)現(xiàn)一個(gè)灌溉系統(tǒng)可對(duì)應(yīng)多種作物，提高了用水效率和灌溉效率，節(jié)約了成本，具有經(jīng)濟(jì)、智能、運(yùn)行穩(wěn)定、便于維護(hù)和推廣等有益效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0014]圖1是本發(fā)明供水吸力可自動(dòng)調(diào)控的負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的示意圖
[0015]圖2是托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器和托臺(tái)示意圖
`[0016]I 土壤濕度傳感器，2栽培土箱，3灌水器，4控制器，5步進(jìn)電機(jī)，6供水器，7托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器，8電機(jī)安裝塊，9聯(lián)軸器，10螺母，11托臺(tái)，12滾珠絲杠，13導(dǎo)軌
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明實(shí)施目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。
[0018]參考附圖1-2，介紹供水吸力自動(dòng)調(diào)控的負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的搭建。
[0019]首先將負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的供水器6置于升降臺(tái)上。將土壤濕度傳感器I放置于栽培土箱2中，連接控制器4。控制器4的輸出連接步進(jìn)電機(jī)5。步進(jìn)電機(jī)5輸出軸連接托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器7。托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器主要采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，在滾珠絲杠12上安裝托臺(tái)11，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠12來(lái)調(diào)整托臺(tái)11在滾珠絲杠12上的位置。灌水器3安裝于栽培土箱底部，通過(guò)連接管件與供水器6連通。
[0020]供水吸力自動(dòng)調(diào)控的負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)工作時(shí)，土壤濕度傳感器I探測(cè)土壤的濕度，將探測(cè)的數(shù)據(jù)傳送到控制器4，控制器4將獲取的土壤濕度數(shù)據(jù)與其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的專家系統(tǒng)中相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出灌溉策略，當(dāng)二者一致時(shí)，對(duì)托臺(tái)高度不進(jìn)行改變，當(dāng)現(xiàn)有濕度與土壤應(yīng)有濕度不一致時(shí)，根據(jù)二者的差值，結(jié)合作物需水的專家信息，得到灌溉負(fù)壓值，并由灌溉負(fù)壓值得出供水器6的高度，發(fā)出命令至托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器7，托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器7根據(jù)控制器4的命令調(diào)節(jié)托臺(tái)高度，使供水器6達(dá)到相應(yīng)的高度以提供科學(xué)的負(fù)壓值，從而有效的對(duì)作物進(jìn)行灌溉。
[0021]托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器7包括下底座、上平臺(tái)、導(dǎo)軌13、步進(jìn)電機(jī)5、滾珠絲杠12、聯(lián)軸器9、托臺(tái)11和電機(jī)安裝塊8組成，步進(jìn)電機(jī)5安裝于電機(jī)安裝塊8上，電機(jī)安裝塊為門形，下部與上平臺(tái)相連，聯(lián)軸器9位于上平臺(tái)和電機(jī)安裝塊8之間，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠12另一端可旋轉(zhuǎn)的安裝于底座上，在平行于滾珠絲杠12且位于滾珠絲杠的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)軌13，導(dǎo)軌13 —端安裝于底座上，另一端連接于上平臺(tái)，托臺(tái)11被滾珠絲杠12驅(qū)動(dòng)沿導(dǎo)軌13上下滑動(dòng)，帶動(dòng)置于托臺(tái)11上的供水器6上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng)的負(fù)壓。
[0022]控制器控制方案具體實(shí)施例:
[0023]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)依賴于控制器4的供水吸力控制算法。該控制算法以土壤濕度傳感器I的脈沖輸出為輸入、結(jié)合作物需水的專家信息，制定作物需水的灌溉策略。灌溉策略的控制命令具體表現(xiàn)為輸出控制步進(jìn)電機(jī)5的脈沖信號(hào)的大小及方向。步進(jìn)電機(jī)5正轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠12正轉(zhuǎn)，托臺(tái)11上升，增大供水吸力；步進(jìn)電機(jī)5反轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠12反轉(zhuǎn)，托臺(tái)11下降，減少供水吸力，實(shí)現(xiàn)供水吸力自動(dòng)調(diào)控。
[0024]采用上述系統(tǒng)，對(duì)作物進(jìn)行灌溉的過(guò)程為以下步驟:
[0025]( I)探測(cè)步驟，通過(guò)土壤濕度傳感器獲取土壤的濕度；
[0026](2)比較步驟， 利用控制器將獲取的土壤濕度與專家系統(tǒng)存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)做比較；
[0027](3)計(jì)算步驟，控制器根據(jù)比較結(jié)果，得出灌溉策略，根據(jù)灌溉策略得出所需負(fù)壓，從所需負(fù)壓計(jì)算出托臺(tái)高度；
[0028](4)執(zhí)行步驟，調(diào)整托臺(tái)高度以得出正確的負(fù)壓，從而調(diào)節(jié)供水吸力。
[0029]利用本發(fā)明公開(kāi)的裝置和方法能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)控負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的供水吸力，真正實(shí)現(xiàn)按植物實(shí)際需求灌水，為進(jìn)一步提高土壤水分利用率奠定實(shí)踐基礎(chǔ)，也為灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化提供新的思路。
[0030]基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)，其包括負(fù)壓地下灌溉裝置，負(fù)壓地下灌溉裝置在負(fù)壓作用下對(duì)作物進(jìn)行灌溉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述負(fù)壓地下灌溉裝置包括供水器、灌水器和連接二者的連接管件，供水器位于地上，灌水器處于地下，供水器中儲(chǔ)存有提供灌溉的水，通過(guò)連接管件連接到灌水器，在負(fù)壓作用下，水由供水器經(jīng)連接管件流到灌水器，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物灌溉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)還包括負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置，負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置對(duì)所述負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)的負(fù)壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，所述負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置包括土壤濕度傳感器、控制器、托臺(tái)和托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器，土壤濕度傳感器探測(cè)土壤濕度，傳送濕度信號(hào)到控制器，控制器包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有作物生長(zhǎng)專家系統(tǒng)，控制器將其獲得的土壤濕度信息與專家系統(tǒng)中的作物所需濕度信息相比較，得出灌溉策略，控制器根據(jù)灌溉策略發(fā)出命令至托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器，托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)托臺(tái)高度，供水器安裝于托臺(tái)上，供水器高度隨托臺(tái)的高度變化而變化，從而導(dǎo)致負(fù)壓變化，從而調(diào)節(jié)供水吸力。 所述托臺(tái)高度調(diào)節(jié)器包括下底座、上平臺(tái)、導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、聯(lián)軸器、托臺(tái)和電機(jī)安裝塊，步進(jìn)電機(jī)安裝于電機(jī)安裝塊上，電機(jī)安裝塊為門形，下部與上平臺(tái)相連，聯(lián)軸器位于上平臺(tái)和電機(jī)安裝塊之間，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠另一端可旋轉(zhuǎn)的安裝于底座上，在平行于滾珠絲杠且位于滾珠絲杠的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)軌，導(dǎo)軌一端安裝于底座上，另一端連接于上平臺(tái)，托臺(tái)被滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)沿導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，帶動(dòng)置于托臺(tái)上的供水器上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng)的負(fù)壓。
4.一種供水吸 力可自動(dòng)調(diào)控的負(fù)壓地下灌溉方法，其采用權(quán)利要求3所述的負(fù)壓地下灌溉系統(tǒng)，該方法包括如下步驟: (1)探測(cè)步驟，通過(guò)土壤濕度傳感器獲取土壤的濕度； (2)比較步驟，利用控制器將獲取的土壤濕度與專家系統(tǒng)存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)做比較； (3)計(jì)算步驟，控制器根據(jù)比較結(jié)果，得出灌溉策略，根據(jù)灌溉策略得出所需負(fù)壓，從所需負(fù)壓計(jì)算出托臺(tái)高度； (4)執(zhí)行步驟，調(diào)整托臺(tái)高度以得出正確的負(fù)壓，從而調(diào)節(jié)供水吸力。
【文檔編號(hào)】A01G27/00GK103875509SQ201410072079
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】冀榮華, 祁力鈞, 高萬(wàn)林, 王婷婷, 李鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)