作物非充分灌溉控制系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及作物非充分灌溉預報及控制技術領域，公開了一種作物非充分灌溉控制系統及方法。本發明專利技術通過建立包括不同地區不同作物不同生育階段作物需水量、蒸發皿系數及非充分灌溉允許的水分虧缺百分數等資料的數據庫，通過數據自動采集系統采集蒸發皿水面蒸發量和降雨量數據，利用公式計算灌水開始時間和灌水持續時間，并通過控制器系統實現非充分灌溉的預報和控制。本發明專利技術適用于干旱半干旱地區大田作物、園林及設施農業的非充分灌溉預報及控制，適應于噴灌、滴灌、淹灌等多種灌溉方式。本發明專利技術應用范圍廣，方法簡單，成本低，精度有保障，自動化程度高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及作物灌溉預報及控制
，特別是涉及一種。
技術介紹
隨著經濟社會的不斷發展，水資源供需矛盾越來越突出，為了緩解我國水資源供需矛盾，農業作為用水大戶，節水潛力巨大。我國的灌溉水利用率低，浪費現象普遍存在。目前，我國灌溉水利用系數平均為O. 50，遠低于O. 7~0· 8的世界先進水平。為了提高灌溉水利用效率，除了采用先進的節水灌溉工程外，還要提高灌溉的管理水平。因此有必要進行灌溉預報及控制的研究，解決“什么時候灌水”及“灌多少水”的問題，實現水資源的高效管理和 利用。目前，灌溉預報及控制主要是以土壤含水量、土壤水勢和水面蒸發量為依據。土壤含水量的測量方法有烘干法、TDR法、中子法等。土壤水勢主要是使用負壓計進行測量，根據負壓計的壓力計的差別，又分為真空壓力表負壓計、水銀壓力計負壓計、電子負壓計等。水面蒸發量的測量主要是使用蒸發皿，蒸發皿也有許多種規格，例如國外的A級蒸發皿，我國的E-601型蒸發器、20cm 口徑的小型蒸發皿等。用土壤含水量和土壤水勢進行灌溉預報及控制的不足之處主要在于，它只是測量某些點的土壤含水量或土壤水勢，并不能準確反映大面積上的土壤水分狀況，尤其對于土壤變異性大的地區，這兩種方法就更有它的局限性。而蒸發皿具有氣象要素“綜合器”的作用，它可以反映溫度、濕度、風速和太陽能輻射對蒸發力的綜合影響，并且可以反映大尺度的蒸發情況。另外，由于蒸發皿的水面蒸發量易于獲得并且比較穩定，用蒸發皿的水面蒸發量來估算作物需水量在我國有廣泛的應用。國內外很多研究者利用20cm小型蒸發皿水面蒸發量作為依據來控制灌溉。黃興法等以20cm小型蒸發皿水面蒸發量控制灌溉，研究了充分灌溉與調虧灌溉條件下蘋果樹微噴灌的耗水量；雷廷武等利用20cm小型蒸發皿水面蒸發量控制西瓜的灌水量。研究者還設計了以蒸發皿為基礎的灌溉預報裝置，例如張振華設計的《一種水量自動補給衡水位蒸發測量裝置》(公開號CN2788149Y);張寄陽等設計的《基于蒸發量的灌溉預警裝置及其操作方法》(公開號CN101236260A)。但是，用蒸發皿的水面蒸發量進行灌溉預報和控制還存在一些問題需要進一步研究和解決。例如( I)現有的方法或只是測量蒸發量，或只是進行灌溉預警，沒有實現智能式灌溉預報及控制；(2)現有的利用蒸發皿水面蒸發量進行灌溉預報的方法和系統沒有應用于非充分灌溉；(3)由于蒸發皿的水面蒸發量值比較小，現有測量水面蒸發量的裝置精度不夠高。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題本專利技術要解決的技術問題是如何提高非充分灌溉的預報及控制精度。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種作物非充分灌溉控制系統，包括馬氏瓶、集水桶、電磁閥、液位傳感器、稱重傳感器、單片機以及PC機，所述液位傳感器和稱重傳感器分別與單片機連接，所述單片機分別與電磁閥和PC機連接，所述液位傳感器安裝于馬氏瓶上，所述集水桶位于稱重傳感器上；所述液位傳感器用于測量馬氏瓶的液位變化量并發送給單片機；所述稱重傳感器用于測量集水桶的重量變化量并發送給單片機；所述單片機用于將所接收的所述液位變化量和重量變化量發送給PC機，并在接收來自所述PC機的指令后控制電磁閥的開閉，從而實現對作物的灌溉控制；所述PC機用于根據所接收的液位變化量和重量變化量判斷是否需要對作物進行灌水，并且在需要灌水時計算灌水量和灌水持續時間，并根據灌水量、灌水開始時間和灌水 持續時間發送指令給單片機。優選地，所述單片機通過放大驅動電路與電磁閥連接，所述單片機具體用于通過所述放大驅動電路控制電磁閥的開閉。優選地，所述馬氏瓶上設有進氣口，所述集水桶位于所述進氣口的下方。優選地，所述系統還包括蒸發皿和補水桶，所述蒸發皿與所述馬氏瓶通過一軟管連接，所述軟管上設有一止水閥，馬氏瓶與補水桶通過另一軟管連接，所述另一軟管上設有另一止水閥。優選地，馬氏瓶的半徑比所述蒸發皿的半徑小整數倍。本專利技術還提供了一種利用所述系統對作物進行灌溉控制方法，其特征在于，包括以下步驟SI，PC機根據預設地區的預定作物在第i個生育階段的作物需水量和蒸發皿系數，計算作物允許的累積水面蒸發量；S2，PC機根據液位傳感器測得的馬氏瓶液位變化量計算實際累積水面蒸發量，并根據稱重傳感器測得的集水桶重量變化量確定降雨量；S3，PC機根據所述實際累積水面蒸發量、作物允許的累積水面蒸發量，判斷是否需要對作物進行灌水，如果是，則執行步驟S4，否則返回步驟S2 ；S4, PC機根據水泵的流量、灌溉面積及降雨量，計算灌水量和灌水持續時間；S5，PC機根據所述灌水量、灌水開始時間和灌水持續時間發送指令給單片機，單片機接收到所述指令后控制電磁閥的開閉對作物進行灌溉，當達到所述灌水持續時間時，灌水結束。優選地，在步驟SI中，作物允許的累積水面蒸發量的計算公式為ET0i 允=ETi/ a j其中，ETtliit為作物在第i個生育階段允許的累積水面蒸發量(HimXETi為作物在第i個生育階段的作物需水量(mm)，α ,為作物在第i個生育階段的蒸發皿系數。優選地，在步驟S2中，所述實際累積水面蒸發量的計算公式為ET0 實= (RVlOO) H其中，ETc^為作物的實際累積水面蒸發量(mm)，R為馬氏瓶的底面半徑(cm)，H為液位傳感器測得的馬氏瓶液位變化量(_)。優選地，在步驟S4中，灌水量的計算公式為ff = Dp(a ^T0 實 _βΡ)灌水持續時間的計算公式為T=Sff/(1000Q),即T=SDp / (1000Q) 其中，W為灌水量(mm)，Dp為水分虧缺百分數，β為降雨入滲系數，P為降雨量(mm), T為灌水持續時間(h)，S為灌溉面積(m2)，Q為水泵的流量(m3/h)，其它參數意義同上。優選地，在步驟S3中，當ETc^S ETtliit時，判斷為需要對作物進行灌水；當ETtl實< ETtli#時，判斷為不需要對作物進行灌水。(三)有益效果上述技術方案具有如下優點1、利用水面蒸發量進行灌溉預報及控制，可以綜合反映氣象因素對作物需水量的影響，并且可以進行大尺度的灌溉預報及控制；2、利用20cm口徑的標準小型蒸發皿測量水面蒸發量，既便捷，又可以利用已有的蒸發皿系數等試驗資料；3、通過減小馬氏瓶的底面半徑，增大蒸發皿水面蒸發量在馬氏瓶中的顯示值，并通過超聲波液位傳感器測量馬氏瓶液位的變化，可以提高監測蒸發皿累積水面蒸發量的精度；4、通過進氣口將降雨排出，而不是直接在蒸發皿上開口，可以減小由于風、溫度、氣壓等因素使蒸發皿中水面波動對蒸發皿蒸發量的影響；5、實現了非充分灌溉預報和控制的自動化，在水資源緊缺的干旱半干旱地區，可以根據非充分灌溉原理，進行非充分灌溉預報及控制，實現關鍵需水期灌關鍵水，使作物減產最小。總之，本專利技術可以提高農業水的利用率，達到省時省工，省水增效的目的。本專利技術適用于干旱半干旱地區大田作物噴灌、滴灌、淹灌的非充分灌溉及控制，也適用于干旱半干旱地區園林及設施農業的非充分灌溉預報及控制。本專利技術應用范圍廣，方法簡單，投資低，精度有保障，自動化程度高。附圖說明圖I是本專利技術智能式非充分灌溉預報及控制方法的流程圖；圖2是本專利技術智能式非充分灌溉預報及控制系統的功能模塊結構示意圖；圖3是本專利技術智能式非充分灌溉預報及控制系統的機械裝置結構示意圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種作物非充分灌溉控制系統，其特征在于，包括馬氏瓶、集水桶、電磁閥、液位傳感器、稱重傳感器、單片機以及PC機，所述液位傳感器和稱重傳感器分別與單片機連接，所述單片機分別與電磁閥和PC機連接，所述液位傳感器安裝于馬氏瓶上，所述集水桶位于稱重傳感器上；所述液位傳感器用于測量馬氏瓶的液位變化量并發送給單片機；所述稱重傳感器用于測量集水桶的重量變化量并發送給單片機；所述單片機用于將所接收的所述液位變化量和重量變化量發送給PC機，并在接收來自所述PC機的指令后控制電磁閥的開閉，從而實現對作物的灌溉控制；所述PC機用于根據所接收的液位變化量和重量變化量判斷是否需要對作物進行灌水，并且在需要灌水時計算灌水量和灌水持續時間，并根據灌水量、灌水開始時間和灌水持續時間發送指令給單片機。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王鳳新，張友良，林劍輝，康紹忠，郭林，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：