一種負壓灌溉系統及其方法
【專利摘要】本發明涉及一種負壓灌溉系統及其方法，其包括負壓地下灌溉裝置和負壓調節裝置，負壓地下灌溉裝置在負壓作用下對作物進行灌溉，負壓調節裝置對所述灌溉系統的負壓進行自動調節；該系統利用土壤濕度傳感器實時監測土壤中含水量，在控制器內將實時土壤含水量與作物當前實際需水量的專家信息相結合，制定最佳灌溉策略。根據最佳灌溉策略驅動步進電機的轉向和轉速，控制升降臺的垂直位置，實現調整供水器位置，從而實現動態調整負壓地下灌溉系統的供水吸力，進而實現動態調整土壤含水量，以真正實現按作物所需供水。
【專利說明】一種負壓灌溉系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種負壓灌溉系統及其方法，尤其是涉及可自動調控負壓的地下灌溉系統及其方法。
【背景技術】
[0002]負壓地下灌溉技術是針對溫室盆栽作物而提出的一種新型節水主動灌溉技術。該技術將灌水器深埋于盆體底部，利用作物水分生理特性和土壤毛管吸力特性，使灌水器中水分自動滲入土壤，從而在輸水管內形成負壓。在大氣壓的作用下，水從供水器被壓入輸水管來補充灌水器中流入土壤的水分，從而保證整個系統不間斷地運行，實現作物對水分連續自動獲取，將被動灌溉變為主動灌溉。在負壓灌溉系統中，供水器與灌水器間的水平面高程差決定了負壓地下灌溉系統的供水吸力。
[0003]現有技術中，供水吸力基本固定不變，這導致了如下的問題:(1)作物在不同的生長階段對水分的需求不同，但現有的負壓灌溉系統對作物的供水不能按照作物的需求來供給，這樣既達不到最佳的灌溉效果，也導致了水利用率的低下，造成水資源的浪費；(2) —個負壓灌溉系統僅適用于一種或習性類似的幾種作物，不能廣泛的應用于各種作物，當其他作物采用該灌溉系統時，還需對其進行改進以適應不同作物的需求，工作繁瑣，效率低下，同時也導致了費用的上升。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提出利用土壤濕度傳感器實時監測土壤中含水量，在控制器內將實時土壤含水量與作物當前實際需水量的專家信息相結合，制定最佳灌水量決策。根據最佳灌水量決策驅動步進電機的轉向和轉速，控制升降臺的垂直位置，調整供水器位置，從而實現動態調整負壓地下灌溉系統的供水`吸力，進而實現動態調整土壤含水量，以真正實現按作物所需供水。
[0005]本發明提供一種負壓地下灌溉系統，其包括負壓地下灌溉裝置，負壓地下灌溉裝置在負壓作用下對作物進行灌溉。
[0006]進一步的，所述負壓地下灌溉裝置包括供水器、灌水器和連接二者的連接管件，供水器位于地上，灌水器處于地下，供水器中儲存有供灌溉的水，通過連接管件連接到灌水器，在負壓作用下，水由供水器經連接管件流到灌水器，實現對作物灌溉。
[0007]進一步的，所述負壓地下灌溉系統還包括負壓調節裝置，負壓調節裝置對所述負壓地下灌溉系統的負壓進行自動調節，所述負壓調節裝置包括土壤濕度傳感器、控制器、托臺和托臺高度調節器，土壤濕度傳感器探測土壤濕度，傳送濕度信號到控制器，控制器包括存儲器，存儲器中儲存有作物生長專家系統，控制器將其獲得的土壤濕度信息與專家系統中的作物所需濕度信息相比較，得出灌溉策略，控制器根據灌溉策略發出命令至托臺高度調節器，托臺高度調節器調節托臺高度，供水器安裝于托臺上，供水器高度隨托臺的高度變化而變化，從而導致負壓變化，從而調節供水吸力；所述托臺高度調節器包括下底座、上平臺、導軌、步進電機、滾珠絲杠、聯軸器、托臺和電機安裝塊，步進電機安裝于電機安裝塊上，電機安裝塊為門形，下部與上平臺相連，聯軸器位于上平臺和電機安裝塊之間，步進電機通過聯軸器驅動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠另一端可旋轉的安裝于底座上，在平行于滾珠絲杠且位于滾珠絲杠的兩側設置導軌，導軌一端安裝于底座上，另一端連接于上平臺，托臺被滾珠絲杠驅動沿導軌上下滑動，帶動置于托臺上的供水器上下移動，從而調節灌溉系統的負壓。
[0008]本發明還提供了一種供水吸力可自動調控的負壓地下灌溉方法，其采用了上述負壓地下灌溉系統，該方法包括如下步驟:
[0009]( I)探測步驟，通過土壤濕度傳感器獲取土壤的濕度；
[0010](2)比較步驟，利用控制器將獲取的土壤濕度與專家系統存儲的相應數據做比較；
[0011](3)計算步驟，控制器根據比較結果，得出灌溉策略，根據灌溉策略得出所需負壓，從所需負壓計算出托臺高度；
[0012](4)執行步驟，調整托臺高度以得出正確的負壓，從而調節供水吸力。
[0013]本發明可按照作物需要供水，實現智能灌溉，實現一個灌溉系統可對應多種作物，提高了用水效率和灌溉效率，節約了成本，具有經濟、智能、運行穩定、便于維護和推廣等有益效果。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0014]圖1是本發明供水吸力可自動調控的負壓地下灌溉系統的示意圖
[0015]圖2是托臺高度調節器和托臺示意圖
`[0016]I 土壤濕度傳感器，2栽培土箱，3灌水器，4控制器，5步進電機，6供水器，7托臺高度調節器，8電機安裝塊，9聯軸器，10螺母，11托臺，12滾珠絲杠，13導軌
【具體實施方式】
[0017]為使本發明實施目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0018]參考附圖1-2，介紹供水吸力自動調控的負壓地下灌溉系統的搭建。
[0019]首先將負壓地下灌溉系統的供水器6置于升降臺上。將土壤濕度傳感器I放置于栽培土箱2中，連接控制器4。控制器4的輸出連接步進電機5。步進電機5輸出軸連接托臺高度調節器7。托臺高度調節器主要采用滾珠絲杠結構，在滾珠絲杠12上安裝托臺11，可以通過旋轉滾珠絲杠12來調整托臺11在滾珠絲杠12上的位置。灌水器3安裝于栽培土箱底部，通過連接管件與供水器6連通。
[0020]供水吸力自動調控的負壓地下灌溉系統工作時，土壤濕度傳感器I探測土壤的濕度，將探測的數據傳送到控制器4，控制器4將獲取的土壤濕度數據與其存儲器中存儲的專家系統中相應的數據進行比較，得出灌溉策略，當二者一致時，對托臺高度不進行改變，當現有濕度與土壤應有濕度不一致時，根據二者的差值，結合作物需水的專家信息，得到灌溉負壓值，并由灌溉負壓值得出供水器6的高度，發出命令至托臺高度調節器7，托臺高度調節器7根據控制器4的命令調節托臺高度，使供水器6達到相應的高度以提供科學的負壓值，從而有效的對作物進行灌溉。
[0021]托臺高度調節器7包括下底座、上平臺、導軌13、步進電機5、滾珠絲杠12、聯軸器9、托臺11和電機安裝塊8組成，步進電機5安裝于電機安裝塊8上，電機安裝塊為門形，下部與上平臺相連，聯軸器9位于上平臺和電機安裝塊8之間，步進電機通過聯軸器驅動滾珠絲杠12轉動，滾珠絲杠12另一端可旋轉的安裝于底座上，在平行于滾珠絲杠12且位于滾珠絲杠的兩側設置導軌13，導軌13 —端安裝于底座上，另一端連接于上平臺，托臺11被滾珠絲杠12驅動沿導軌13上下滑動，帶動置于托臺11上的供水器6上下移動，從而調節灌溉系統的負壓。
[0022]控制器控制方案具體實施例:
[0023]本發明的實現依賴于控制器4的供水吸力控制算法。該控制算法以土壤濕度傳感器I的脈沖輸出為輸入、結合作物需水的專家信息，制定作物需水的灌溉策略。灌溉策略的控制命令具體表現為輸出控制步進電機5的脈沖信號的大小及方向。步進電機5正轉帶動滾珠絲杠12正轉，托臺11上升，增大供水吸力；步進電機5反轉帶動滾珠絲杠12反轉，托臺11下降，減少供水吸力，實現供水吸力自動調控。
[0024]采用上述系統，對作物進行灌溉的過程為以下步驟:
[0025]( I)探測步驟，通過土壤濕度傳感器獲取土壤的濕度；
[0026](2)比較步驟， 利用控制器將獲取的土壤濕度與專家系統存儲的相應數據做比較；
[0027](3)計算步驟，控制器根據比較結果，得出灌溉策略，根據灌溉策略得出所需負壓，從所需負壓計算出托臺高度；
[0028](4)執行步驟，調整托臺高度以得出正確的負壓，從而調節供水吸力。
[0029]利用本發明公開的裝置和方法能夠實現自動調控負壓地下灌溉系統的供水吸力，真正實現按植物實際需求灌水，為進一步提高土壤水分利用率奠定實踐基礎，也為灌溉系統的自動化提供新的思路。
[0030]基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種負壓地下灌溉系統，其包括負壓地下灌溉裝置，負壓地下灌溉裝置在負壓作用下對作物進行灌溉。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于: 所述負壓地下灌溉裝置包括供水器、灌水器和連接二者的連接管件，供水器位于地上，灌水器處于地下，供水器中儲存有提供灌溉的水，通過連接管件連接到灌水器，在負壓作用下，水由供水器經連接管件流到灌水器，實現對作物灌溉。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于: 所述負壓地下灌溉系統還包括負壓調節裝置，負壓調節裝置對所述負壓地下灌溉系統的負壓進行自動調節，所述負壓調節裝置包括土壤濕度傳感器、控制器、托臺和托臺高度調節器，土壤濕度傳感器探測土壤濕度，傳送濕度信號到控制器，控制器包括存儲器，存儲器中儲存有作物生長專家系統，控制器將其獲得的土壤濕度信息與專家系統中的作物所需濕度信息相比較，得出灌溉策略，控制器根據灌溉策略發出命令至托臺高度調節器，托臺高度調節器調節托臺高度，供水器安裝于托臺上，供水器高度隨托臺的高度變化而變化，從而導致負壓變化，從而調節供水吸力。 所述托臺高度調節器包括下底座、上平臺、導軌、步進電機、滾珠絲杠、聯軸器、托臺和電機安裝塊，步進電機安裝于電機安裝塊上，電機安裝塊為門形，下部與上平臺相連，聯軸器位于上平臺和電機安裝塊之間，步進電機通過聯軸器驅動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠另一端可旋轉的安裝于底座上，在平行于滾珠絲杠且位于滾珠絲杠的兩側設置導軌，導軌一端安裝于底座上，另一端連接于上平臺，托臺被滾珠絲杠驅動沿導軌上下滑動，帶動置于托臺上的供水器上下移動，從而調節灌溉系統的負壓。
4.一種供水吸 力可自動調控的負壓地下灌溉方法，其采用權利要求3所述的負壓地下灌溉系統，該方法包括如下步驟: (1)探測步驟，通過土壤濕度傳感器獲取土壤的濕度； (2)比較步驟，利用控制器將獲取的土壤濕度與專家系統存儲的相應數據做比較； (3)計算步驟，控制器根據比較結果，得出灌溉策略，根據灌溉策略得出所需負壓，從所需負壓計算出托臺高度； (4)執行步驟，調整托臺高度以得出正確的負壓，從而調節供水吸力。
【文檔編號】A01G27/00GK103875509SQ201410072079
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】冀榮華, 祁力鈞, 高萬林, 王婷婷, 李鑫 申請人:中國農業大學