一种地下滴灌反馈控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地下滴灌反馈控制系统，属于地下滴灌领域，包括上位机和终端，终端包括传感模块、信号处理模块、执行模块、控制模块、电源模块，通过多层土壤湿度监测，建立灌溉触发与计算模型，根据作物类型以及土壤含水量状况确定灌水量，并自动控制灌溉，可用于灌区或农田地下滴灌土壤湿度监测和自动灌溉控制管理。本发明专利技术所提出的技术可对地下滴灌灌溉效果实时监测，并根据土壤湿度进行自动灌溉控制，操作简单，不仅能提高作物灌溉效果，而且能降低农业耗水，提高水资源的利用率。

A feedback control system of underground drip irrigation

The invention discloses a feedback control system of underground drip irrigation, which belongs to the field of underground drip irrigation, including a host computer and a terminal, the terminal includes a sensor module, a signal processing module, an execution module, a control module and a power module. Through multi-layer soil moisture monitoring, an irrigation trigger and a calculation model are established, and the irrigation amount is determined according to the crop type and the soil moisture content, and controlled automatically It can be used for soil moisture monitoring and automatic irrigation control management of irrigation area or farmland underground drip irrigation. The technology of the invention can monitor the effect of underground drip irrigation in real time, and carry out automatic irrigation control according to the soil humidity. The operation is simple, which can not only improve the effect of crop irrigation, but also reduce the agricultural water consumption and improve the utilization rate of water resources.

【技术实现步骤摘要】
一种地下滴灌反馈控制系统
本专利技术涉及地下滴灌领域，尤其涉及一种地下滴灌反馈控制系统。
技术介绍
地下滴灌属全管道输水和局部微量灌溉，它是指水通过地埋毛管上的灌水器缓慢出流，渗入附近土壤，再借助毛细管作用或重力作用将水分扩散到整个根层供作物吸收利用，使水分的渗漏和损失降低到最低限度，可有效抑制无效蒸发，提高水分利用效率，具有显著节水效果，同时省工省力。但目前的地下滴灌系统大多是由人为控制的，灌溉水量多以种植经验进行推定，灌溉时间也根据历史经验设定，较难获得准确的灌水量，致使尚无法精准调节作物的灌水量，并且不能根据作物的生育周期实现自动灌溉，以最大限度地减少农业用水量。此外，地下滴灌由于毛管置于地下，较难对土壤湿润情况以及灌溉效果变化进行实时监测。因此，本领域的技术人员致力于开发一种地下滴灌反馈控制系统，针对农作物不同生育期的土壤水分需求进行收集和分析，做到科学用水，同时对灌区用水以及灌溉状况进行监测预报，实现灌溉的自动化动态管理和控制。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是监测并精准调节地下滴灌系统的灌水量。为实现上述目的，本专利技术提供了一种地下滴灌反馈控制系统，包括上位机和终端，终端包括：传感模块，传感模块采集土壤信息，传感模块包含土壤湿度传感器；信号处理模块，信号处理模块将传感模块采集的信息转换成数字信号；执行模块，执行模块执行滴灌动作；控制模块，控制模块控制执行模块的动作；电源模块，电源模块给传感模块、信号处理模块、执行模块、控制模块供电。进一步地，传感模块包括两个土壤湿度传感器，埋深分别为30-40cm和65-75cm。进一步地，终端上集成算法，根据作物类型以及土壤含水量状况控制浇水量。进一步地，终端与上位机的通信方式为有线或无线。进一步地，终端与上位机上安装LabVIEW软件进行通信。进一步地，执行模块包括压电致动器和对应的驱动电路，压电致动器被设置为接收控制模块发出的打开或关闭灌溉阀门的指令。进一步地，土壤湿度传感器被设置为通过多路开关连接到信号处理模块。进一步地，终端上可连接多个测量点的土壤湿度传感器。进一步地，上位机可向终端发送指令，变更终端上集成的算法。进一步地，上位机可向终端发送指令，变更终端上记录的灌区信息。本专利技术针对通过多层土壤湿度监测，建立灌溉触发与计算模型，根据作物类型以及土壤含水量状况确定灌水量，并自动控制灌溉，可操作性强。本专利技术所提出的系统不仅能提高作物灌溉效果，促进作物生长，而且能降低农业用水，提高水资源的利用率。此外，本专利技术提出的系统不仅可用于农田地下滴灌，更可以通过上位机对灌区内多农田多作物的土壤水分监测进行大数据汇总对比，为灌区内多农田多作物的灌溉用水进行科学规划，减少灌区农业耗水量，提高灌区地下滴灌系统用水效率。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的地下滴灌反馈控制系统框架图；图2是本专利技术的地下滴灌带以及采集装置位置示意图；图3是本专利技术的终端灌溉判断流程图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示，地下滴灌反馈控制系统包括通过网络连接的上位机和终端，终端分布在各个灌区，终端包括传感模块、信号处理模块、信号处理模块、执行模块、控制模块、电源模块。在本实施例中，终端中配置了一台计算机，该计算机也可以采用嵌入式设备，和其它模块集成在一起。上位机和终端中的计算机均安装LabVIEW软件，并通过有线网络或无线网络实现联网。终端中的计算机与上位机均安装有FTP软件，以实现通过LabVIEW的FTP工具包实现远程数据传输。传感模块具体为插入到土壤中的湿度传感器YL69，埋深分别为30-40cm和65-75cm左右，具体如图2所示。图中1为地下滴灌毛管位置，2和3为两个湿度传感器安放位置。该传感器通过发射高频电磁波测量介电常数，进而计算出土壤中的水分含量和电导率，具有性能高、适应性强、抗腐蚀和防水防潮等特点，其优良的设计和精湛的制造工艺使其能够适应长期的野外测量工作而无需特别的维护。同时，为精确获得土壤中的含水量数据，本实施例采用土壤湿度传感器YL69(电源：3.3V-5V)的A0引脚的输出值，该引脚的输出信号为模拟量，因而更加精确，并且土壤的湿度越大，A0引脚输出的模拟量值越大。传感模块通过多路开关连接到信号处理模块，以实现一定区域内多个传感器的数据传输。执行模块包括致动器和对应的驱动电路，本实施例中所使用的致动器为压电致动器，具体为压电双晶片，可以在控制信号的作用下精准实现打开或关闭灌溉阀的目的，进而精准调节灌水量。控制模块包括控制器，与执行模块相连，并且控制模块通过串口与安装有应用软件LabVIEW的计算机相连。电源模块则用于给传感模块、信号处理模块、控制模块和执行模块供电。终端计算机上安装有LabVIEW软件，可输入农田基础信息(长度、宽度、坡度)、地下滴灌管网铺设信息(铺设间距、滴头间距)、作物信息(作物种类、种植方式)和土壤信息(土壤类型、土壤水扩散度、水力传导率)等。终端中的计算机可根据接收到的采集数据和初始的输入值，计算出土壤的含水量，进而根据作物类型以及土壤含水量状况确定灌水量，并将是否灌溉和所需的灌水量等信息传递给控制模块中的控制器。具体地，终端计算机根据初始量及实时监测信息进行数据计算，得到相应土层的土壤湿度，并根据灌溉触发阈值(作物所需的最小土壤含水量Θ)判断是否进行灌溉。式为FAW为土壤中可以被植被利用的水量与最大可利用水量的比值作为控制参数，该参数因作物类型而已。根据不同作物对水分需求的不同，比如棉花和小麦为0.25，牧草/草场为0.50。根据不同的土壤物理特性和作物类型反算最小土壤含水量Θ。为便于计算，将土壤分为四层，如图2所示，第1层d1深度为10cm，第2层和第3层土壤分别为40cm和60cm，第4层土壤深度d4为100cm。第2层土壤和第3层土壤是作物根区主要根部范围，也是地下滴灌土壤湿润体的主要分布范围。对需要灌溉的第2层土壤和第3层土壤的最小可利用含水量Θ进行反推，计算出第2、3层土壤临界含水量Θ2,3。通过求解理查德方程(式)推求灌水量。式中为土水势引起的扩散分量，Kzi为重力流引起的分量，P，R，Edir，Et本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下滴灌反馈控制系统，其特征在于，包括上位机和终端，所述终端包括：/n传感模块，所述传感模块采集土壤信息，所述传感模块包含土壤湿度传感器；/n信号处理模块，所述信号处理模块将所述传感模块采集的信息转换成数字信号；/n执行模块，所述执行模块执行滴灌动作；/n控制模块，所述控制模块控制所述执行模块的动作；/n电源模块，所述电源模块给所述传感模块、信号处理模块、执行模块、控制模块供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种地下滴灌反馈控制系统，其特征在于，包括上位机和终端，所述终端包括：
传感模块，所述传感模块采集土壤信息，所述传感模块包含土壤湿度传感器；
信号处理模块，所述信号处理模块将所述传感模块采集的信息转换成数字信号；
执行模块，所述执行模块执行滴灌动作；
控制模块，所述控制模块控制所述执行模块的动作；
电源模块，所述电源模块给所述传感模块、信号处理模块、执行模块、控制模块供电。


2.如权利要求1所述的地下滴灌反馈控制系统，其特征在于，所述传感模块包括两个土壤湿度传感器，埋深分别为30-40cm和65-75cm。


3.如权利要求1所述的地下滴灌反馈控制系统，其特征在于，所述终端上集成算法，根据作物类型以及土壤含水量状况控制浇水量。


4.如权利要求1所述的地下滴灌反馈控制系统，其特征在于，所述终端与所述上位机的通信方式为有线或无线。

【专利技术属性】
技术研发人员：宁理科，占车生，罗勇，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11