一種用于作物盆栽試驗(yàn)的自動(dòng)灌溉與水分監(jiān)控裝置的制造方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于作物盆栽試驗(yàn)的自動(dòng)灌溉與水分監(jiān)控裝置，具體涉及到自動(dòng)監(jiān)測(cè)盆栽土水重量變化、自動(dòng)控制灌溉量以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊徽籽b置。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]盆栽試驗(yàn)是農(nóng)業(yè)科研人員慣用的農(nóng)藝研宄手段。盆栽土壤的含水含量的變化會(huì)影響作物生長(zhǎng)和土壤養(yǎng)分的有效性。相關(guān)研宄中，科研人員往往通過人工澆水來保證作物所需水分，即通過人工向盆栽中添加相同水量調(diào)控各處理的土壤含水量一致。作物在缺少水分初期難以人工觀測(cè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否澆水并不科學(xué)，實(shí)際操作中作物常因缺水而枯死，或因過量澆水造成養(yǎng)分淋失，影響試驗(yàn)結(jié)果。部分科研工作者通過每天定時(shí)稱量盆栽作物重量來計(jì)算應(yīng)加水量來保證土壤含水量。人工灌溉工作量大，做不到即時(shí)補(bǔ)充作物所需水分，也無法實(shí)時(shí)記錄和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
[0003]目前已有的自動(dòng)灌溉專利往往針對(duì)農(nóng)業(yè)大田生產(chǎn)、溫室生產(chǎn)或家庭花丼/盆景種植，如授權(quán)公告號(hào)為CN103210817B的發(fā)明專利“農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)”、授權(quán)公告號(hào)為CN102487760B的發(fā)明專利“溫室爬蔓作物有芯微管灌溉系統(tǒng)”和授權(quán)公告號(hào)為CN202179013U的實(shí)用新型專利“盆栽花丼自動(dòng)澆水器”。具有土壤含水量監(jiān)控的功能的相關(guān)專利(如授權(quán)公告號(hào)為CN103210817B的發(fā)明專利“農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)”)均使用土壤濕度傳感器作為土壤濕度的監(jiān)測(cè)方法。此類傳感器多基于頻域反射法(TDR，Time DomainReflectometry)或時(shí)域傳輸(TDT，Time domain transmiss 1n)原理，其監(jiān)控方式均源于其他領(lǐng)域，適用于觀測(cè)均勻介質(zhì)的含水量變化。土壤具有理化性狀空間差異大的特點(diǎn)，用此類傳感器監(jiān)測(cè)其含水量存在較大誤差，不適用于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)試驗(yàn)。土壤肥料學(xué)中的盆栽試驗(yàn)需要設(shè)置不同的土壤含水量，且需要準(zhǔn)確的土壤含水量與加水量的數(shù)據(jù)記錄；盆栽試驗(yàn)過程中需要采集數(shù)次土壤樣品，目前已有專利的灌溉方式，容易沖擊擾動(dòng)表層土壤，造成盆中的土壤的空間變異，影響試驗(yàn)結(jié)果。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述問題，本專利提供了一種用于作物盆栽試驗(yàn)的自動(dòng)灌溉與水分監(jiān)控裝置，它可以通過監(jiān)控盆栽作物土壤水分的蒸發(fā)量(因水分蒸發(fā)造成的重量損失)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的盆栽重量閾值(重量上限與重量下限)定量地為盆栽試驗(yàn)中的作物進(jìn)行自動(dòng)緩慢勻速定量澆水以保證試驗(yàn)中相同處理的土壤含水量保持一致，且加水過程對(duì)表層土壤無擾動(dòng)現(xiàn)象，并對(duì)盆栽作物的土水重量數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄儲(chǔ)存并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，保證了盆栽試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。現(xiàn)有的相關(guān)專利均無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的復(fù)雜功能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種用于作物盆栽試驗(yàn)的自動(dòng)灌溉與水分監(jiān)控裝置，包括自動(dòng)灌溉系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。
[0007]所述的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)包括水管、普通盆、重量監(jiān)控盆、防水常閉電磁閥、電子流量計(jì)、數(shù)字顯示控制儀、盆栽作物、托盤、底托、稱重傳感器、支架和倒U型插銷；普通盆和重量監(jiān)控盆里種植有盆栽作物；水管按照試驗(yàn)需求組建成由水管總支和分支組成的灌溉網(wǎng)絡(luò)并流經(jīng)普通盆和重量監(jiān)控盆側(cè)上方；每個(gè)水管分支上設(shè)置一個(gè)重量監(jiān)控盆和多個(gè)普通盆；每個(gè)重量監(jiān)控盆連接有一個(gè)防水常閉電磁閥，防水常閉電磁閥與數(shù)字顯示控制儀連接；重量監(jiān)控盆放置于由底托、托盤和重量傳感器組成的稱重裝置上；水管總支上設(shè)有電子流量計(jì)；水管使用倒U型插銷與普通盆固定連接；重量監(jiān)控盆和每個(gè)普通盆側(cè)上方的水管上設(shè)有灌溉用穩(wěn)流器；灌溉用穩(wěn)流器連接有引線，引線另一端放置在重量監(jiān)控盆和普通盆內(nèi)土壤上；水管內(nèi)的水通過引線實(shí)現(xiàn)水流導(dǎo)流，給土壤澆水，減少表層土壤擾動(dòng)。
[0008]所述的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)包括數(shù)字顯示控制儀、數(shù)據(jù)采集器、不間斷電源、3G/GPRS無線發(fā)射器、3G/GPRS無線接收器、服務(wù)器和顯示器。所述的數(shù)字顯示控制儀、3G/GPRS無線發(fā)射器和數(shù)據(jù)采集器均由不間斷電源供電。電子流量計(jì)和重量傳感器通過232線連接數(shù)據(jù)采集器，實(shí)時(shí)采集并儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器通過RS485總線連接到3G/GPRS無線發(fā)射器，3G/GPRS無線發(fā)射器通過3G或GPRS網(wǎng)絡(luò)連接廣域網(wǎng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給3G/GPRS無線接收器，3G/GPRS無線接收器通過232線與服務(wù)器連接，通過顯示器顯示采集到的數(shù)據(jù)。
[0009]所述的數(shù)字顯示控制儀具有編程功能，支持USB數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和2組變送輸出，可實(shí)現(xiàn)防水常閉電磁閥的自動(dòng)開關(guān)控制與重量數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄。
[0010]所述的數(shù)字顯示控制儀支持?jǐn)?shù)據(jù)RS485/RS232/USB通訊，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和傳輸功能。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有系統(tǒng)性和多功能性，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉、數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)墓δ堋１景l(fā)明可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盆栽試驗(yàn)各處理的土水重量變化，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的重量閾值，無表土擾動(dòng)的自動(dòng)灌溉，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸和接收。通過本發(fā)明可以及時(shí)方便的監(jiān)控盆栽作物的土壤含水量變化，將其維持在預(yù)先設(shè)計(jì)的區(qū)間內(nèi)，而且相同處理加水量一致，為盆栽試驗(yàn)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃使芾硖峁┘夹g(shù)和設(shè)備支撐。本發(fā)明通過監(jiān)控盆栽作物與土壤的重量變化，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的重量閾值(重量上限與重量下限)，定量對(duì)作物盆栽自動(dòng)灌溉，且加水過程對(duì)表層土壤無擾動(dòng)。裝置可根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)不同的含水量或干濕交替處理；監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存、傳送和接收。
[0012]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了作物盆栽試驗(yàn)的自動(dòng)化灌溉控制，使得盆栽試驗(yàn)中不同處理間各重復(fù)盆栽能緩慢、定量、均勻的灌溉且無表土擾動(dòng)，降低了盆栽試驗(yàn)的系統(tǒng)誤差；通過數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了盆栽土水重量變化數(shù)據(jù)原位儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ?，保證了盆栽試驗(yàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了科研人員的試驗(yàn)管理效率。
(四)
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)使用新型進(jìn)一步說明。
[0014]圖1是自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的主視圖，
[0015]圖2是自動(dòng)灌溉系統(tǒng)左視圖，
[0016]圖3為裝置的部分細(xì)節(jié)圖，
[0017]圖4是數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)示意圖，
[0018]圖中，I為管堵，2為普通盆，3為PE材質(zhì)水管，4為重量監(jiān)控盆，5為防水常閉電磁閥，6為水表，7為直角彎管，8為三通，9為四通，10為電子流量計(jì)，11為濾水器，12為入水閥門，13為數(shù)字顯示控制儀，14為不間斷電源，15為盆栽作物，16為托盤，17為稱重傳感器，18為底托，19為3G/GPRS無線發(fā)射器，20為數(shù)據(jù)采集器，21為顯示器，22為服務(wù)器，23為3G/GPRS無線接收器，24為支架，25為滴灌用穩(wěn)流器，26為引線，27為倒U型插銷。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明所使用的數(shù)字顯示控制儀型號(hào)為MIC-1AB-AL2Z(上海天賀自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn))；所述的水表、電子流量計(jì)、防水常閉電磁閥、無線發(fā)射器、無線接收器、不間斷電源、服務(wù)器、顯示器、數(shù)據(jù)采集器、過濾器、滴定用穩(wěn)流器和水管等均可在市場(chǎng)上購買。水管采用PE材質(zhì)。
[0020]結(jié)合附圖【具體實(shí)施方式】如下:
[0021]選定試驗(yàn)小區(qū)，平整地面，自來水水管總支接入水閥門(12)，通過PE材質(zhì)水管(3)接濾水器(11)，再接電子流量計(jì)(10)，后接四通(9)，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)通過直角彎管(7)、三通
(8)、PE材質(zhì)水管(3)和管堵(I)設(shè)置若干水管分支擴(kuò)展灌溉處理網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)水管分支的連接方式為四通(9)，三通(8)或者直角彎管(7)，再通過PE材質(zhì)水管(3)連接水表(6)，然后連接防水常閉電磁閥(5)，通過直角彎管(7)折出倒U型管路并通過支架(24)支撐和固定PE材質(zhì)水管(3)，其下放置重量監(jiān)控盆(4)，重量監(jiān)控盆(4)放置于由底托(18)、托盤
(16)和重量傳感器(17)組成的稱重裝置上，其后根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)每個(gè)水管分支一側(cè)安放有多個(gè)普通盆(2)，普通盆內(nèi)種植盆栽作物(15)，水管位置位于重量監(jiān)控盆(4)與普通盆(2)的邊側(cè)，普通盆(2)上放置的水管通過倒U形插銷(27)固定位置，重量監(jiān)控盆(4)與每個(gè)普通盆(2)側(cè)上方的PE材質(zhì)水管(3)上安裝有滴灌用穩(wěn)流器(25)，滴灌用穩(wěn)流器下面設(shè)有引線，水流可通過引線(26)緩慢進(jìn)入重量監(jiān)控盆(4)與普通盆(2)中。重量傳感器(17)通過232線與數(shù)字顯示控制儀(13)相連，數(shù)字顯示控