[發明專利]基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制系統及其方法

無效

• 申請號: 201010602193.X
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102160520A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 汪小旵;張祎
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;A01G25/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

技術領域

本發明涉及一種作物灌溉系統其灌溉方法，尤其涉及一種由作物蒸散量模型計算作物灌溉量的智能化滴灌控制系統及其方法，屬于農業科技領域。

背景技術

現有的滴灌控制系統中，用于灌溉決策的定量指標有主要3種：①根據農田土壤水分狀況確定灌溉時間和水量，考慮的因素包括不同作物適宜水分上下限、土壤水量平衡方程及參數選擇等。此法較為準確，但這種方法受到設備和勞動力以及經費的限制；②根據作物對水分虧缺的生理反應信息確定是否需要灌溉，指標包括作物冠層溫度相對環境溫度的變化、莖葉水勢等，這種方法只能從作物表面進行一個定性的判斷；③根據作物生長的小環境氣象因素的變化確定灌溉的時間和作物的需水量，通過氣象因素確定作物的蒸騰蒸發量來進行灌溉決策。此法根據各地區實際的氣象觀測資料和作物生長情況，計算農作物的蒸散量，進行農田灌溉管理具有現實意義。

作物需水量(Crop?water?requirement)系指作物在適宜的土壤水分和肥力水平下，經過正常生長發育，獲得高產時的植株蒸騰、棵間蒸發以及構成植株體的水量之和。實際計算中認為作物需水量在數量上就等于高產水平條件下的植株蒸騰量(Transpiration)與棵間蒸發量(Evaporation)之和。植株蒸騰量與棵間蒸發量之和稱為蒸發蒸騰量(Evapotranspiration)，也稱為蒸散量。蒸散量的測定可分為直接測定與間接測定方法，通常包括渦度相關方法和大型蒸滲儀等。渦度相關方法是一種直接測定技術，所以不能解釋蒸發蒸騰量的物理過程和影響機制，而且儀器制造復雜、成本昂貴、維護困難、技術復雜。另外，還會因超聲脈動儀探頭及其支架對氣流的擾動引起嚴重的觀測誤差，大大限制了其應用。因此渦度相關法還不能作為蒸發蒸騰量的常規計算方法。蒸滲儀是指裝有土壤和植被的容器，通過將蒸滲儀埋設在自然的土壤中，并對其土壤水分進行調控，可以有效地模擬實際的蒸發蒸騰過程，再通過對蒸滲儀的稱量，就可以得到蒸發蒸騰量。它是根據水量平衡原理設計的一種用來測量農田水文循環各主要成分的專門儀器。但其成本高，裝土困難，需定期仔細維護。

總體上來說在我國，雖然有多種灌溉控制器，但多數規模較小，局限于實驗和理論的探討，而且開發出來的產品價格昂貴，農民盡管知道能節能、節水、增產，但由于一次性投資太大，多數農民承受不起，根本無法普及應用。所以開發出一套有較強實用性的灌溉裝置是非常必要的。

發明內容

本發明的目的是針對現有的灌溉控制器所存在的規模小、局限于實驗和理論的探討，而且開發出來的產品價格昂貴，一次性投資太大，多數農民承受不起的問題，提出一種基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制系統及其方法，以減少水資源的浪費。為替代價格昂貴的土壤水分傳感器，該滴灌系統由溫度、濕度及光輻射傳感器結合灌溉量控制模型計算出作物的灌溉量。

本發明的技術方案是：

一種基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制系統，該滴灌系統位于溫室內，它包括數據采集模塊、與數據采集模塊相連的多個A/D轉換模塊、控制器、D/A轉換模塊、驅動電路和執行機構，所述的數據采集模塊用于采集相應的輸入信號，數據采集模塊的信號輸出端與對應的A/D轉換模塊的信號輸入端相連，A/D轉換模塊的信號輸出端與控制器的信號輸入端相連，控制器控制與其相連的輸出驅動電路，通過驅動電路操作執行機構進行灌溉。

本發明的執行機構包括抽水機、電磁閥、水泵和多個滴頭，所述的抽水機通過水泵抽水，水泵的出水口通過多個滴灌管道流入相應的滴管帶，各滴管管道上均裝有與作物相應個數的多個滴頭，電磁閥安裝在水泵的出水口，電磁閥的開閉由控制器控制。

本發明的抽水機和水泵之間設有Y型過濾器，水泵與電磁閥連通的管道中設有流量計，各滴管帶的滴管管道上均設有一田間控制閥。

本發明的數據采集模塊包括用于采集作物的冠層和溫室頂層溫度信號的兩溫度傳感器、用于采集作物的冠層和溫室頂層濕度信號的兩濕度傳感器和用于采集滴灌系統光信號光輻射傳感器；各傳感器分別將被測對象的溫度、濕度和光輻射信號轉換成電壓信號，各電壓信號通過各自對應的A/D轉換模塊轉換為數字信號后送入控制器中。

本發明智能化滴灌控制系統的各模塊均由太陽能電池板供電，該系統還包括與控制器相連的LCD顯示器，所述的控制器通過串行總線與上位機進行通信，將采集到的數據進行保存分析處理。

一種基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制方法，它包括以下步驟：