一種農作物澆灌系統的制作方法

本實用新型涉及農業澆灌設備技術領域，特別是涉及一種農作物澆灌系統。

背景技術：

新疆地處歐亞大陸腹地，是典型的大陸干旱性氣候，平均年降水量只有200毫米左右，而蒸發量卻達到2000毫米以上，新疆又是澆灌綠洲農業，農業用水占總用水量的95％以上，因此，水危機對新疆的農業發展影響很大。

新疆滴灌用水主要靠人工經驗判斷和人為強制按次序滴灌，對水的浪費十分嚴重。現有的自動化澆灌系統多數都是僅僅基于土壤的含水量的相應閾值來控制的，沒有針對性，不能完全符合農作物生長的需水量。因而，需設計一種能夠根據農作物的實時長勢來確定澆灌給農作物實際需水量和需肥量的農作物澆灌系統。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本實用新型的目的是提供一種農作物澆灌系統，以解決現有技術中的灌溉系統無法根據農作物的實時長勢來確定出農作物的實際需水量和實際需肥量，從而造成水分利用率低、肥料浪費嚴重的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種農作物澆灌系統，包括：能夠將太陽能轉化為電能的太陽能供電總成；設置在所述太陽能供電總成上的主控箱；設置在所述太陽能供電總成上且能實時監測農作物長勢的長勢監測總成，所述長勢監測總成能夠將監測到的農作物的實時長勢信息有線傳輸給所述主控箱；能夠與所述主控箱無線連接的土壤參數監測單元；以及供水施肥總成，其中，所述主控箱分別與所述供水施肥總成中的供水電磁閥和施肥電磁閥電連接，并能根據土壤參數監測單元監測到的農作物的實際含水量和實際含肥量來控制所述供水電磁閥以及所述施肥電磁閥的打開和關閉。

其中，所述太陽能供電總成包括豎直支撐桿和固定設置在所述豎直支撐桿上的太陽能板，所述太陽能板分別與所述主控箱、所述供水電磁閥以及所述施肥電磁閥電連接。

其中，所述太陽能供電總成還包括分別垂直于所述豎直支撐桿設置的第一固定板和第二固定板，其中，所述第一固定板與所述第二固定板上下相對設置并且間隔開，所述第一固定板的長度小于所述第二固定板的長度。

其中，所述太陽能板的一端與所述第一固定板的自由端固定連接，所述太陽能板的另一端與所述第二固定板的自由端固定連接，其中，所述太陽能板所在的平面與所述第一固定板所在的平面或所述第二固定板所在的平面之間構造有第一夾角。

其中，所述第一夾角的大小范圍為大于等于30度且小于等于60度。

其中，所述太陽能供電總成還包括水平伸縮桿組，所述水平伸縮桿組包括與所述豎直支撐桿呈垂直式設置的桿筒和部分設置在所述桿筒內且能相對所述桿筒進行伸出或縮回的伸縮桿。

其中，所述長勢監測總成包括能夠實時監測農作物的株高的超聲波傳感器以及能夠獲取當前的農作物的葉片圖像的攝像頭，其中，所述超聲波傳感器與所述攝像頭呈相鄰式設置，并均設置在所述伸縮桿的遠離所述豎直支撐桿的端部。

其中，所述土壤參數監測單元包括多參數傳感器和數采儀，其中，所述數采儀與所述多參數傳感器有線連接，所述數采儀與所述主控箱無線連接。

其中，所述供水施肥總成包括供水管和施肥罐，所述施肥罐中的施肥管與所述供水管通過所述施肥電磁閥相連通，在所述供水管上還安裝有與所述施肥電磁閥呈間隔式設置的所述供水電磁閥。

其中，在所述供水管沿水平軸向垂直設有分隔板，以將所述供水管內的水流通道分隔為第一水流通道和第二水流通道，其中，在所述第一水流通道內對應所述施肥電磁閥的弧形內側壁相連接的引流水管，所述引流水管的入口端與所述第一水流通道的入口端通過截面口徑逐漸減小的弧形引流板相連通。

(三)有益效果

本實用新型提供的澆灌系統，與現有技術相比，具有如下優點：

在本申請的澆灌系統中，通過利用長勢監測總成來獲取能夠代表農作物的長勢信息，并將獲取到的農作物的長勢信息有線傳輸給主控箱，主控箱將接收到的農作物的長勢信息分別與理論設定的初始灌水模型和初始施肥模型進行對比，并根據對比后的結果分別對初始灌水模型和初始施肥模型進行校正，從而得出基于農作物實時長勢的需水量和需肥量的灌水模型和施肥模型，主控箱接收到土壤參數監測單元監測到的農作物根系周圍的土壤水分信息以及電導率信息后，通過將其分別與校正后的根系周圍基于農作物實時長勢的灌水模型和施肥模型進行比對后，可以準確地判斷出當前的農作物是否需要供水和施肥。進一步地，來控制供水電磁閥以及施肥電磁閥的打開和關閉，進一步地，能夠根據農作物的實際需水量和實際需肥量進行澆灌，避免了不必要的水資源和肥料的浪費。

附圖說明

圖1為本申請的實施例的農作物澆灌系統的整體結構示意圖；

圖2為本申請的實施例的農作物澆灌系統的太陽能供電總成的整體結構示意圖；

圖3為本申請的實施例的農作物澆灌系統的供水施肥總成的整體結構示意圖；

圖4為本申請的實施例的農作物澆灌系統的土壤參數監測單元的整體結構示意圖；

圖5為圖3中的供水管的內部結構示意圖。

圖中，100：澆灌系統；1：太陽能供電總成；11：豎直支撐桿；12：太陽能板；13：第一固定板；14：第二固定板；15：水平伸縮桿組；151：桿筒；152：伸縮桿；2：主控箱；3：長勢監測總成；31：超聲波傳感器；32：攝像頭；4：土壤參數監測單元；41：多參數傳感器；42：數采儀；5：供水施肥總成；52：施肥罐；53：供水管；54：施肥管；5a：水流通道；5a1：第一水流通道；5a2：第二水流通道；6：供水電磁閥；7：施肥電磁閥；8：分隔板；9：引流水管；10：弧形引流板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

如圖1所示，圖1示意性地顯示了該澆灌系統100包括太陽能供電總成1、主控箱2、長勢監測總成3、土壤參數監測單元4以及供水施肥總成5。

在本申請的實施例中，該太陽能供電總成1能夠將接收到的太陽能轉化為電能，用以作為供電的來源，具體地，該太陽能供電總成1可以為主控箱2、供水電磁閥6和施肥電磁閥7進行供電，由此可見，本申請中的澆灌系統100無需配備特定的供電裝置來對上述部件進行供電，僅需利用太陽能并將其轉化為相應的電能便可實現供電的功能，從而大大地節約了能源并具有環保的優點。

該長勢監測總成3設置在太陽能供電總成1上且能實時監測農作物長勢，該長勢監測總成3能夠將實時監測到的農作物長勢信息有線傳輸給主控箱2。其中，該主控箱2的內部安裝有PLC處理單元，外部安裝有無線天線。

土壤參數監測單元4能夠與主控箱2無線連接。

供水施肥總成5，其中，主控箱2分別與供水施肥總成5中的供水電磁閥6和施肥電磁閥7電連接，并能根據土壤參數監測單元4監測到的農作物根系周圍的實際含水量和實際含肥量來控制供水電磁閥6以及施肥電磁閥7的打開和關閉。也就是說，在本申請的澆灌系統100中，通過利用長勢監測總成3來獲取能夠代表農作物的長勢信息，并將獲取到的農作物的長勢信息有線傳輸給主控箱2，主控箱2將接收到的農作物的長勢信息分別與理論設定的初始灌水模型和初始施肥模型進行對比，并根據對比后的結果分別對初始灌水模型和初始施肥模型進行校正，從而得出基于農作物實時長勢的灌水模型和施肥模型，進一步地，能夠根據農作物的實際含水量和實際含肥量進行澆灌，避免了不必要的水資源和肥料的浪費。

主控箱2接收到土壤參數監測單元4監測到的農作物根系周圍的土壤水分信息以及電導率信息后，通過將其分別與校正后的根系周圍基于農作物實時長勢的灌水模型和施肥模型進行比對后，從而可以準確地判斷出當前的農作物根系周圍是否需要供水和施肥。進一步地，來控制供水電磁閥6以及施肥電磁閥7的打開和關閉，避免因不能根據當前的農作物根系周圍實時長勢來進行相應的供水和施肥從而造成水資源和肥料浪費的情況。

如圖1至圖5所示，在一個實施例中，該太陽能供電總成1包括豎直支撐桿11和固定設置在豎直支撐桿11上的太陽能板12，該太陽能板12與主控箱2、主控箱2與供水電磁閥6以及施肥電磁閥7電連接。該太陽能板12能夠將接收到的太陽能轉化為電能，從而為主控箱2、供水電磁閥6以及施肥電磁7進行供電，以保證其可以正常持續地工作。

如圖1和圖2所示，在一個實施例中，太陽能供電總成1還包括分別垂直于豎直支撐桿11設置的第一固定板13和第二固定板14，其中，第一固定板13和第二固定板14上下相對設置并且間隔開，該第一固定板13的長度小于第二固定板14的長度。容易理解，該第一固定板13和第二固定板14的設置，主要用于固定太陽能板12。

為進一步優化上述技術方案中的太陽能板12的安裝方式，在上述技術方案的基礎上，該太陽能板12的一端與第一固定板13的自由端固定連接，該太陽能板12的另一端與第二固定板14的自由端固定連接。這樣，便實現了該太陽能板12的固定安裝。

該太陽能板12所在的平面與第一固定板13所在的平面或第二固定板14所在的平面之間構造有第一夾角θ。該第一夾角θ的大小范圍為大于等于30度且小于等于60度。這樣，便可以使該太陽能板12處于傾斜的狀態，使其盡可能多地接收到太陽能，從而轉化成盡可能多地電能。

在一個優選的實施例中，第一夾角θ的大小為45度。從而可以接收最多的太陽能，并將該太陽能轉化為足夠的電能。

如圖2所示，在一個實施例中，該太陽能總成1還包括水平伸縮桿組15，該水平伸縮桿組15包括與豎直支撐桿11呈垂直式設置的桿筒151和部分設置在該桿筒151內且能相對桿筒151進行伸出或回縮的伸縮桿152。這樣，由于伸縮桿152能夠相對桿筒151進行伸出或回縮運動，通過調節伸縮桿152相對桿筒151的水平位置，便可以實現對該超聲波傳感器31和攝像頭32的水平位置的調節，以方便對農作的株高進行準確地監測，同時，還能夠獲取較為完整的農作物冠層圖像。

需要說明的是，為了方便對農作物實時長勢的準確監測，該超聲波傳感器31和攝像頭32的監測窗口均是豎直向下朝向農作物的方向。其中，該攝像頭32為可進行可編程攝像頭。

在一個實施例中，該太陽能供電總成1還包括底座，上述豎直支撐桿11呈垂直式設置在底座13上，這樣，該底座便可以起到固定豎直支撐桿11的作用，增加與地面的接觸面積，保證其定位的穩定性。

在另一個實施例中，在該豎直支撐桿11的上端沿圓周呈間隔式設有多個拉環，通過將固定繩索依次穿過上述拉環，并分別將該繩索的兩端進行固定，便可以進一步地確保該太陽能總成1的定位的穩定性、避免發生傾斜或晃動的情況，從而確保上述超聲波傳感器31以及攝像頭32監測農作物的實時長勢信息的準確性。

如圖1和圖2所示，在一個實施例中，該長勢監測總成3包括能夠實時監測農作物的株高的超聲波傳感器31以及能夠獲取當前的農作物的冠層圖像的攝像頭32，其中，超聲波傳感器31與攝像頭32呈相鄰式設置，并且均設置在伸縮桿152的遠離豎直支撐桿11的端部。這樣，便可以保證監測和拍攝的范圍能夠覆蓋到所有的待測的農作物。

如圖4所示，在一個實施例中，該土壤參數監測單元4包括多參數傳感器41和數采儀42，其中，數采儀42與多參數傳感器41有線連接，該數采儀42與主控箱2無線連接。需要說明的是，在該土壤參數監測單元4進行工作時，需將多參數傳感器41埋藏在土壤中的對應農作物根系的集中部位，其埋藏的地下深度為20厘米左右。容易理解，該土壤參數監測單元4布置的數量可根據田塊的具體面積來進行確定。另外需要說明的是，由于農作物的根系，特別是棉花的根系集中分布在地下20厘米左右的深度，因此，為了監測的準確性，將該傳感器4埋藏在地下20厘米左右的深度。

多參數傳感器41可同時采集土壤中的濕度、溫度以及電導率。其中，采集到的土壤中的濕度將作為判斷農作物根系周圍的實際含水量的主要依據，電導率將作為判斷農作物根系周圍的實際含肥量的主要依據。數采儀42將多參數傳感器41監測到的農作物根系周圍的濕度和電導率均無線傳輸給主控箱2，主控箱2在接收到上述信息后，會對該信息進行相應的處理。

在一個具體的實施例中，該多參數傳感器41為5te傳感器。

如圖3所示，在一個實施例中，該供水施肥總成5包括供水管53和施肥罐52，施肥罐52中的施肥管54與供水管53通過施肥電磁閥7相連通，在供水管53上還安裝有與施肥電磁閥7呈間隔式設置的供水電磁閥6。容易理解，通過打開或關閉供水電磁閥6，從而實現對農作物根系周圍的供水或停止供水。同理，通過打開或關閉施肥電磁閥7，從而實現對農作物根系周圍的施肥或停止施肥。在供水的過程中，需要給農作物進行施肥時，可在打開供水電磁閥6后，再旋開施肥電磁閥7，把施肥罐52中的肥料通過上述施肥管54吸入到供水管53中，并將該吸入的肥料與水進行混合以送入到農田中。

如圖5所示，在一個實施例中，在該供水管53的對應安裝有施肥電磁閥7的部位沿水平軸向設有分隔板8，將供水管53內的水流通道5a分隔為第一水流通道5a1和第二水流通道5a2。容易理解，該第一水流通道5a1和第二水流通道5a2是相對獨立的通道。

在該第一水流通道5a1內設有與第一水流通道5a1的弧形內側壁相連接的引流水管9，該引流水管9的入口端與第一水流通道5a1的入口端通過截面口徑逐漸減小的弧形引流板10相連通。由此可見，通過利用弧形引流板10將引流水管9的入口端與第一水流通道5a1的入口端相連通，從而便可以將從蓄水器51中流出的水經該供水管53并在弧形引流板10的引流作用下，輸送到引流水管9內。容易理解，引流水管9的過流面積遠遠地小于第一水流通道5a1的過流面積，因而，大大地提高了液體的流速，從而會在供水管53的對應安裝有施肥電磁閥7的入口產生負壓，進一步地，在該負壓的作用下，能夠保證肥料的順利吸入。

需要說明的是，該弧形引流板10構造為截面積逐漸遞減的錐形槽，這樣，可以起到將從蓄水器51中流出的水順利地引入到引流水管9中，同時，通過減小水的過流面積，來到達提高水的流速的目的。容易理解，在弧形引流板10的引流作用下，在該第一水流通道5a1中的對應引流水管9的外部沒有水流過，從蓄水器51中流出的水一部分是經引流水管9流入到農田中，另一部分經第二水流通道5a2流入到農田中。

根據本申請，該澆灌系統100灌溉農作物的過程，包括：

首先，利用主控箱2中的處理單元分別建立農作物的初始灌水模型和初始施肥模型。

其次，通過超聲波傳感器31和攝像頭32以分別獲取能夠代表農作物的長勢信息，并將獲取到的農作物的長勢信息有線傳輸給處理單元。

然后，通過處理單元將接收到的農作物的長勢信息分別與初始灌水模型和初始施肥模型中對應的長勢信息進行對比，并根據對比后的結果分別對初始灌水模型和初始施肥模型進行校正，從而得出校正后的灌水模型和校正后的施肥模型。

最后，處理單元接收到多參數傳感器41監測到的農作物根系周圍的土壤水分信息以及電導率信息后，通過將土壤水分信息與校正后的灌水模型計算得出的閾值進行對比，以判斷當前的農作物是否需要供水，從而來控制供水電磁閥6的打開和關閉，以及通過將電導率信息與校正后的施肥模型計算得出的閾值進行對比，以判斷當前的農作物是否需要施肥，從而來控制施肥電磁閥7的打開和關閉。

在一個實施例中，農作物長勢信息包括通過超聲波傳感器31實時監測到的農作物株高以及通過攝像頭32獲取到的農作物的冠層圖像。

綜上所述，在本申請的澆灌系統100中，通過利用長勢監測總成3來獲取能夠代表農作物的長勢信息，并將獲取到的農作物的長勢信息有線傳輸給主控箱2，主控箱2將接收到的農作物的長勢信息分別與理論設定的初始灌水模型和初始施肥模型進行對比，并根據對比后的結果分別對初始灌水模型和初始施肥模型進行校正，從而得出基于農作物實時長勢的灌水模型和施肥模型，進一步地，主控箱2接收到土壤參數監測單元4監測到的農作物根系周圍的土壤水分信息以及電導率信息后，通過將其分別與校正后的符合農作物實時長勢的灌水模型和施肥模型進行比對，從而可以準確地判斷出當前的農作物是否需要供水和施肥。進一步地，來控制供水電磁閥6以及施肥電磁閥7的打開和關閉，能夠根據農作物的實時長勢進行澆灌，避免了不必要的水資源和肥料的浪費。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。