專利名稱：精確灌溉監測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種精確灌溉監測裝置，特別是涉及一種能對作物灌溉信息進行綜合監測的裝置。本裝置屬于現代農業精確灌溉領域，能夠實時地對作物的灌溉量、余液回收量、蒸騰量、作物生長量、土壤濕度、葉片溫度進行連續監測，并且將數據傳送給上位機， 從而為精確灌溉提供參數依據。
背景技術：
水肥是植物最基本的需求，灌溉量是影響作物生長的重要因素。作物蒸騰作用是重要的植物生理機能，其蒸騰量是計算作物需水量的重要參數，同時是溫室自動化控制的關鍵信息。目前獲取作物蒸騰量的計算方法有水量平衡法、蒸滲儀法、渦度相關法、遙感法及空氣動力學法，也有采用對溫度、濕度、光照強度等環境因子的測量，通過蒸騰模型的計算得到作物蒸騰量的方法，這些方法存在一些如儀器昂貴、維護困難、所需參數過多、蒸騰模型不成熟等問題，所以在實際使用中受到很大影響。目前已有的植物蒸騰量測量儀器有很多種，如Li-6400光合作用測定系統、CB-110型光和作用測定系統、CAF樹木蒸騰流測量系統等。但是這些系統的不足和缺點也很明顯，如僅限于單葉測量、對測量環境要求高、結構復雜等。作物生長量是評價作物長勢的重要指標，對作物生長量的測量方法各異，有用機器視覺技術提取作物輪廓特征來計算作物生長量的，也有直接測量作物株高來計算的， 但是都不能直接反應作物生長量。土壤濕度、葉片溫度能反映作物的缺水情況，目前能實現土壤濕度、葉片溫度單獨測量的儀器很多，如FDR 土壤水分測試儀MST3000、ST-3610型植物葉片溫濕度監測儀。綜上所述，作物灌溉量、蒸騰量、生長量、土壤濕度、葉片溫度等是精確灌溉的重要參數依據，為此對這些參數進行監測具有重要意義。如專利申請號為 200610047352. 8中公開的農業灌溉節水計量方法及其計量儀能對水泵的功率消耗值和流量的關系進行標定，通過監測水泵的功率消耗值并經過換算即可得到流量，從而完成對灌溉量的監測和計量。如專利申請號201010518670. 4中公開的一種位移式蒸滲儀通過測量配重桿擺動產生的位移來計算蒸騰量，測量精度高，但是測量機構復雜，容易出現故障。如專利申請號201010200985. 4公布的基于反射光譜的大棚作物生長狀況自動監測系統采用光譜分析的方法測量作物葉面積等生長信息，但是成本較高。以上裝置或方法都是以對單個的作物信息監測為主，還沒有針對作物綜合信息監測的裝置或方法，即缺少一種能夠同時對這些信息進行綜合監測并且可為自動灌溉控制系統提供啟動信號的裝置。
發明內容
為克服上述問題，本發明提供一種精確灌溉監測裝置，可對物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量、土壤濕度、葉片溫度同時進行測定，特別是對多棵植株整體進行測定。本發明結構簡單、成本低、操作方便，測量精確可靠，可置于溫室內連續進行監測，對環境要求低，同時能連接上位機，可作為灌溉控制系統的啟動信號。
本發明解決其技術問題的技術方案如下 本發明實例提供的一種精確灌溉監測裝置，包括 作物監測架和控制箱。所述作物監測架由栽培槽載荷傳感器、作物載荷傳感器、余液重量傳感器、栽培槽、余液漏孔、作物懸掛桿、自由懸掛支架、栽培槽懸掛繩、土壤濕度傳感器、葉溫傳感器、電磁閥、余液測量支架組成。所述兩個栽培槽載荷傳感器的一端固定在自由懸掛支架上，另一端連接在自由懸掛支架的橫桿上；橫桿兩端分別連接兩根栽培槽懸掛繩；4根栽培槽懸掛繩分別與栽培槽的四個角相連；兩個作物載荷傳感器的一端與自由懸掛支架的橫桿相連，另一端與作物懸掛桿的兩端相連；栽培槽上設有余液漏孔，所述余液漏孔通過管道與余液重量傳感器相連；余液重量傳感器固定在余液測量支架上；土壤濕度傳感器置于栽培槽上，在栽培槽上自由調整位置；葉溫傳感器與作物懸掛桿相連，在作物懸掛桿自由調整位置；栽培槽設計成既能滿足基質培的要求，又能滿足水培的要求。所述控制箱由電源模塊、3通道LED顯示器、智能傳感器顯示變送器、稱重變送器、 通信模塊、上位機組成。電源模塊提供DC24V為3通道LED顯示器、智能傳感器顯示變送器、稱重變送器、通信模塊供電；稱重變送器將栽培槽載荷傳感器、作物載荷傳感器、余液重量傳感器信號轉換成標準信號；3通道LED顯示器把稱重變送器輸出的標準信號AD轉換后顯示；智能傳感器顯示變送器采集土壤濕度傳感器信號和葉溫傳感器信號，進行AD轉換后顯示；通信模塊用來與上位機進行通信，將所獲得的作物的灌溉量、余液回收量、蒸騰量、作物生長量、土壤濕度、葉片溫度的數字量信息傳輸給上位機。由于傳輸距離較長，采用RS485 進行信號傳輸。本發明既對基質培的作物進行監測，也對水培的作物進行監測。由栽培槽載荷傳感器進行灌溉量的監測；由余液重量傳感器進行余液回收量的監測；由栽培槽載荷傳感器和余液重量傳感器進行蒸騰量的監測；由作物載荷傳感器進行作物生長量的監測。最后由 3通道LED顯示器將栽培槽載荷傳感器、作物載荷傳感器、余液重量傳感器信號AD轉換后顯
7J\ ο灌溉量θ為灌溉過程中電磁閥關閉瞬間(即灌溉結束)栽培槽重量^減去電磁閥剛打開瞬間(即開始灌溉)栽培槽重量Wf即
θ = Wj2 - Wjl⑴
余液回收量Wy為某時刻計量結束時余液桶重量Wy2減去計量開始時余液桶重量Wyl，即 Wy=Wy2 - Wyl(2)
蒸騰量E的計算公式為
E= Wj3 - Wj4 + θ - Wy(3)
式中WyWy分別為蒸騰量監測時段開始計量時和結束計量時的栽培槽重量。作物生長量S的計算公式為
S=Wp2 -Wpl(4)
式中Wpl、Wp2分別為生長量監測某時段At開始計量時和結束計量時的作物重量。由所述作物生長量S可推得作物生長速率
S5=S / At。(5)
其中WyWpi、Wyi分別由栽培槽載荷傳感器、作物載荷傳感器、余液重量傳感器測得。
除了對作物的灌溉量、余液回收量、蒸騰量、作物生長量進行監測外，還能由土壤濕度傳感器和葉溫傳感器分別對土壤濕度、葉片溫度進行監測。土壤濕度傳感器信號和葉溫傳感器信號通過智能傳感器顯示變送器采集并且AD轉換后顯示。本發明提供的一種精確灌溉監測裝置具有以下有益效果本發明結構簡單且造價便宜，所述作物生長架為鋼結構，原料便宜；本發明測量方便簡單，只需測出栽培槽載荷傳感器、作物載荷傳感器、余液重量傳感器信號再經簡單計算即可得作物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量，且對測量環境要求低；本發明能同時且持續對作物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量、土壤濕度、葉片溫度進行監測，特別是對多棵植株整體進行測定，自動記錄數據，為精確灌溉提供參數依據；本發明所述裝置與上位機相連，可作為自動灌溉的啟動信號。
圖1為本發明作物監測架主視圖； 圖2為本發明作物監測架左視圖3為本發明作物監測架俯視圖； 圖4為本發明控制箱系統框圖。圖中1.栽培槽載荷傳感器，2.作物載荷傳感器，3.余液重量傳感器，4.栽培槽，5.余液漏孔，6.作物懸掛桿，7.自由懸掛支架，8.栽培槽懸掛繩，9. 土壤濕度傳感器， 10.葉溫傳感器，17.電磁閥，18.余液測量支架。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的具體實施過程作進一步說明。 實施例下面以基質培黃瓜為例，對實施過程進行說明。步驟一
通過作物懸掛桿6用細繩對黃瓜植株進行懸掛、固定。記錄3通道LED顯示器12上顯示的栽培槽載荷傳感器1、作物載荷傳感器2、余液重量傳感器3的值。步驟二
打開電磁閥17開始灌溉。當關閉電磁閥結束灌溉時記錄栽培槽載荷傳感器1的值，將兩次記錄的栽培槽載荷傳感器1的值通過式(1)計算得到黃瓜灌溉量。步驟三
經過一段時間Δ t后，再次記錄3通道LED顯示器12上顯示的栽培槽載荷傳感器1、作物載荷傳感器2、余液重量傳感器3的值。步驟四
將步驟一、步驟三記錄的值和步驟二計算得到的黃瓜灌溉量通過式(2)、式(3)、式 (4)、式(5)分別計算得到余液回收量、蒸騰量、生長量、生長速率。基質培的土壤濕度和黃瓜的葉片溫度由智能傳感器顯示變送器13實時顯示。同時本裝置持續對作物進行自動監測。上位機通過通信模塊15定時對栽培槽載荷傳感器1、作物載荷傳感器2、余液重量傳感器3、土壤濕度傳感器9、葉溫傳感器10信號進行采集，這些數據經過軟件處理后傳輸給自動灌溉設備作為自動灌溉的啟動信號。
本發明提供的一種精確灌溉監測裝置屬于現代農業精確灌溉領域，能為精確灌溉提供參數依據。本發明結構簡單且造價便宜，所述作物生長架為鋼結構，原料便宜；本發明測量方便簡單，只需測出栽培槽載荷傳感器1、作物載荷傳感器2、余液重量傳感器3的信號再經簡單計算即可得作物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量，且對測量環境要求低；本發明能同時且持續對作物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量、土壤濕度、葉片溫度進行監測，特別是對多棵植株整體進行測定，自動記錄數據；本發明所述裝置與上位機16相連，可作為自動灌溉的啟動信號。
權利要求
1.一種精確灌溉監測裝置，其組成包括作物監測架和控制箱，其特征在于，所述作物監測架由栽培槽載荷傳感器(1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)、 栽培槽(4)、余液漏孔(5)、自由懸掛支架(7)、栽培槽懸掛繩(8)、土壤濕度傳感器(9)、葉溫傳感器(10)、電磁閥(17)、余液測量支架(18)組成；所述控制箱由電源模塊(11)、3通道LED顯示器(12)、智能傳感器顯示變送器(13)、稱重變送器(14)、通信模塊(15)、上位機 (16 )組成；所述兩個栽培槽載荷傳感器(1)的一端固定在自由懸掛支架(7 )上，另一端連接在自由懸掛支架(7)的橫桿上；橫桿兩端分別連接兩根栽培槽懸掛繩(8) ；4根栽培槽懸掛繩(8)分別與栽培槽(4)的四個角相連；兩個作物載荷傳感器(2)的一端與自由懸掛支架 (7)的橫桿相連，另一端與作物懸掛桿(6)的兩端相連；栽培槽(4)上設有余液漏孔(5)，所述余液漏孔(5 )通過管道與余液重量傳感器(3 )相連；余液重量傳感器(3 )固定在余液測量支架(18)上；土壤濕度傳感器(9)置于栽培槽(4)上，在栽培槽(4)上自由調整位置；葉溫傳感器(10)與作物懸掛桿(6)相連，在作物懸掛桿(6)自由調整位置；栽培槽(4)既能基質培又能滿足水培；電源模塊(11)提供DC24V為3通道LED顯示器(12 )、智能傳感器顯示變送器(13)、稱重變送器(14)、通信模塊(15)供電；稱重變送器(14)將栽培槽載荷傳感器(1)、 作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)信號轉換成標準信號；3通道LED顯示器(12)把稱重變送器(14)輸出的標準信號AD轉換后顯示；智能傳感器顯示變送器(13)采集土壤濕度傳感器(9)信號和葉溫傳感器(10)信號，進行AD轉換后顯示；通信模塊(15)采用RS485 與上位機(16)進行通信。
2.一種精確灌溉監測裝置的監測方法，其特征在于，由土壤濕度傳感器(9)和葉溫傳感器(10)分別對土壤濕度、葉片溫度進行監測，對作物的灌溉量、余液回收量、蒸騰量、作物生長量進行監測，由栽培槽載荷傳感器(1)進行灌溉量的監測，由余液重量傳感器(3)進行余液回收量的監測，由栽培槽載荷傳感器(1)和余液重量傳感器(3)進行蒸騰量的監測，由作物載荷傳感器(2)進行作物生長量的監測；本發明能與上位機(16)進行通信，將所獲得的作物的灌溉量θ、余液回收量Wy、蒸騰量Ε、作物生長量S、土壤濕度、葉片溫度的數字量信息傳輸給上位機(16)，數據的自動采集，為灌溉控制系統提供啟動信號。
3.根據權利要求2所述的一種精確灌溉監測裝置的監測方法，其特征在于，所述灌溉量θ為灌溉過程中電磁閥(17)關閉瞬間(即灌溉結束)栽培槽重量W”減去電磁閥(17)剛打開瞬間(即開始灌溉)栽培槽重量Wf即θ = Wj2 - Wjl(a)所述余液回收量Wy為某時刻計量結束時余液桶重量Wy2減去計量開始時余液桶重量 Wyl，即Wy=Wy2 - Wyl(b)所述蒸騰量E的計算公式為E= Wj3 - Wj4 + θ - Wy(c)式中WyWy分別為蒸騰量監測時段開始計量時和結束計量時的栽培槽重量，所述作物生長量S的計算公式為S=Wp2 - Wpl(d)式中Wpl、Wp2分別為生長量監測某時段At開始計量時和結束計量時的作物重量，由所述作物生長量S可推得作物生長速率 S5=S / At(e)其中Wy Wpi、Wyi分別由栽培槽載荷傳感器(1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器 (3)測得。
4.根據權利要求3所述的一種精確灌溉監測裝置的監測方法，其特征在于，具體步驟為A)通過作物懸掛桿(6)用細繩對植株進行懸掛、固定；記錄3通道LED顯示器(12)上顯示的栽培槽載荷傳感器(1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)的值；B)打開電磁閥(17)開始灌溉；當關閉電磁閥結束灌溉時記錄栽培槽載荷傳感器(1)的值，將兩次記錄的栽培槽載荷傳感器(1)的值通過式(a)計算得到灌溉量；C)經過一段時間At后，再次記錄3通道LED顯示器(12)上顯示的栽培槽載荷傳感器 (1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)的值；D)將步驟A、步驟C記錄的值和步驟B計算得到的灌溉量通過式化)、式(()、式((1)、式 (e)分別計算得到余液回收量、蒸騰量、生長量、生長速率；E)基質培的土壤濕度和黃瓜的葉片溫度由智能傳感器顯示變送器(13)實時顯示；同時持續對作物進行自動監測；上位機通過通信模塊(15)定時對栽培槽載荷傳感器(1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)、土壤濕度傳感器(9)、葉溫傳感器(10)信號進行采集，所述栽培槽載荷傳感器(1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)、土壤濕度傳感器(9)、葉溫傳感器(10)信號數據經過軟件處理后傳輸給自動灌溉設備作為自動灌溉的啟動信號。
全文摘要
本發明公開一種精確灌溉監測裝置，屬于現代農業精確灌溉領域，能夠實時地對作物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量、土壤濕度、葉片溫度進行連續監測，為精確灌溉提供參數依據。本發明采用差重式測量方法實現對作物灌溉量、蒸騰量、生長量、余液回收量的監測，測量結構由栽培槽載荷傳感器(1)、作物載荷傳感器(2)、余液重量傳感器(3)、栽培槽(4)、余液漏孔(5)、作物懸掛桿(6)、自由懸掛支架(7)、栽培槽懸掛繩(8)、土壤濕度傳感器(9)、葉溫傳感器(10)、電磁閥(17)、余液測量支架(18)組成。本監測裝置不僅結構簡單、價格低廉、操作方便，并且測量效果良好，可連接上位機進行通信，作為灌溉控制系統的啟動信號。
文檔編號A01G25/16GK102499030SQ20111036713
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者姚舟華, 左志宇, 張曉東, 朱文靜, 鄒升 申請人:江蘇大學