一種節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉領(lǐng)域，具體而言是一種節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)性資源，我國(guó)一方面水資源十分緊缺。雖然水資源 的總量居世界第6位，但人均占有量只有2500m3,約為世界人均水量的1/4,屬于全球貧水 國(guó)家之一。另外一方面農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)又十分嚴(yán)重，就全國(guó)范圍而言，水資源的利用率僅為 45%,而水資源利用率高的國(guó)家已達(dá)70%?80%,由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率低下，因此,提 高節(jié)水灌溉的利用率，對(duì)于解決我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水，緩解水資源的緊缺非常重要。
[0003] 我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)，在經(jīng)過(guò)近幾十年的快速發(fā)展，在總結(jié)相關(guān)成果的基礎(chǔ)上，初 步形成了其技術(shù)體系，在某些方面已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。但由于受我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 水平及科研體制的限制，我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距。隨著我國(guó)水資 源供需矛盾日益尖銳，農(nóng)業(yè)用水分配額減少的問(wèn)題勢(shì)必日益突出，同時(shí)為了緩解我國(guó)水資 源短缺對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的壓力，如何快速發(fā)展我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)及其配套設(shè)備，從而緩 解我國(guó)農(nóng)業(yè)用水壓力已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的嚴(yán)峻問(wèn)題。
[0004] 在灌溉系統(tǒng)中，合理地推廣智能化控制，不僅可以提高水資源的利用率，緩解水資 源日趨緊張矛盾，還可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提 供技術(shù)保障是十分必要的。
[0005] -些西方先進(jìn)國(guó)家，如美國(guó)、以色列和加拿大等，運(yùn)用先進(jìn)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和 控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并日趨成熟。這些國(guó)家從最早的水力控制、機(jī)械 控制，到后來(lái)的機(jī)械電子混合協(xié)調(diào)模式控制，到當(dāng)前應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)控制、模糊控制和神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，控制精度和智能化程度越來(lái)越高，可靠性越來(lái)越好，操作也越來(lái)越簡(jiǎn)單。
[0006] 在美國(guó)，早在1984年，Benami和Offen公司就開(kāi)發(fā)了一套節(jié)水灌溉控制器，通過(guò) 監(jiān)測(cè)土壤水分來(lái)確定是否打開(kāi)灌水閥門(mén)。Phene和Howell分別在灌溉系統(tǒng)的控制中使用了 土壤濕度傳感器，通過(guò)土壤水分傳感器把濕度反饋給控制系統(tǒng)，根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)決 定是否灌溉，是作物根部總跟保持一定的濕度。
[0007] 加拿大、澳大利亞和韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)都有發(fā)開(kāi)成功并形成系列的灌溉控制器產(chǎn) 品，其中比較有代表性的如澳大利亞的HARDIEIR-RGATI0N公司的灌溉控制器，已形成了 MICRO-MASTER、RAINJET等多個(gè)系列，幾十種型號(hào)的產(chǎn)品。
[0008] 國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)70年代以來(lái)就非常重視灌溉設(shè)備的研制，但引進(jìn)較多，自主開(kāi)發(fā)且 有影響的成果較少。灌區(qū)灌水自動(dòng)控制技術(shù)在"九五"期間才真正開(kāi)始研制，進(jìn)行示范。目 前我國(guó)在灌溉控制系統(tǒng)方面還處于研制、試用階段，能實(shí)際投入應(yīng)用，且應(yīng)用廣泛的灌溉控 制器還不多見(jiàn)。
[0009] 節(jié)水農(nóng)業(yè)就是以節(jié)約用水、提高農(nóng)業(yè)用水效率為核心的農(nóng)業(yè)，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重 要內(nèi)涵。其核心是在有限的水資源條件下，通過(guò)采用先進(jìn)的工程技術(shù)、適宜的農(nóng)業(yè)技術(shù)和 用水管理等綜合技術(shù)措施，充分提高農(nóng)業(yè)用水利用率和水的生產(chǎn)效率及效益，保證農(nóng)業(yè)持 續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。節(jié)水農(nóng)業(yè)更應(yīng)該賦予其新的內(nèi)涵，其內(nèi)涵應(yīng)擴(kuò)展為節(jié)水、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的農(nóng) 業(yè)。
[0010] 節(jié)水灌溉技術(shù)是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)性工作，選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)有助于節(jié)水農(nóng)業(yè)的 發(fā)展；研究開(kāi)發(fā)節(jié)水灌溉技術(shù)，有助于提高節(jié)水農(nóng)業(yè)的效益。因此，我們非常有必要對(duì)現(xiàn)狀 節(jié)水灌溉技術(shù)，節(jié)水的水平以及技術(shù)的適應(yīng)性，發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題做認(rèn)真分析，為真正實(shí) 現(xiàn)提高農(nóng)業(yè)用水效率和水的生產(chǎn)效率打好基礎(chǔ)。
[0011] 結(jié)合我國(guó)各地區(qū)特點(diǎn)，認(rèn)為適宜各地區(qū)推廣應(yīng)用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)主要有，渠道防 滲技術(shù)、低壓管道輸水技術(shù)、地面灌水技術(shù)、雨水利用技術(shù)、農(nóng)業(yè)節(jié)水配套技術(shù)、劣質(zhì)水利用 技術(shù)及農(nóng)業(yè)節(jié)水管理等技術(shù)。
[0012] 當(dāng)前我國(guó)包括灌溉水和降水在內(nèi)的農(nóng)田利用效率也很低，單方水生產(chǎn)糧食的能力 約為0.84kg。而以色列已達(dá)2. 32kg，一些發(fā)達(dá)國(guó)家大體都在2kg以上，差距很大。為了提 高灌溉水的利用率，使單方水生產(chǎn)糧食的能力得到提高，為保證21世紀(jì)中國(guó)16億人口的糧 食安全，靠傳統(tǒng)的灌水方式是難以達(dá)到期望的，必須從高新技術(shù)入手，在管理上下功夫，從 過(guò)去那種"澆地"轉(zhuǎn)變?yōu)?澆植物"的思想觀念。做到作物需要多少水，灌溉系統(tǒng)就能及時(shí) 而準(zhǔn)確地提供多少水。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，只有發(fā)展先進(jìn)的灌溉系統(tǒng)，是灌溉過(guò)程達(dá)到自動(dòng)控 制才有可能。因此實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的智能控制，對(duì)節(jié)水、提高灌溉水的利用率以及對(duì)我國(guó)的糧 食安全將起到極為重要的作用，具有重要的實(shí)現(xiàn)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，開(kāi)發(fā)一種節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)土壤的濕度；判 別土壤是否缺水；自動(dòng)啟動(dòng)灌溉系統(tǒng)的功能和達(dá)到節(jié)水的目標(biāo)。
[0014] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：
[0015] 該系統(tǒng)主要包括土壤濕度傳感器、單片機(jī)和噴霧系統(tǒng)。
[0016] 進(jìn)一步的，所述土壤濕度傳感器采用FDR(FrequencyDomainReflectometry)頻 域反射儀；是一種用于測(cè)量土壤水分的儀器，它利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳 播頻率來(lái)測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù)（e)，從而得到土壤容積含水量（0V)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述單片機(jī)采用AT89C51型單片機(jī)；是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦 除只讀存儲(chǔ)器（FPER0M-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電 壓、高性能CM0S8位微處理器。
[0018] 進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括太陽(yáng)能電池板，該系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板提供電能。
[0019] 進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括軟件系統(tǒng)；該軟件系統(tǒng)主要包括：主程序軟件、采樣子 程序軟件、數(shù)據(jù)處理程序軟件、顯示子程序軟件和串口通信程序軟件。
[0020] 本發(fā)明的主要工作原理是：現(xiàn)實(shí)生活中很多農(nóng)作物溫度、濕度和光照需要保持在 一個(gè)既定的值上，超出或者低于這個(gè)預(yù)定值將對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。該系統(tǒng)要求用單 片機(jī)測(cè)控來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境因子信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理，而后輸出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 以實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度的測(cè)控，達(dá)到節(jié)水節(jié)能，省時(shí)省工的效果。具體功能如下：
[0021] 1、實(shí)現(xiàn)按需灌溉功能。按照農(nóng)作物的需求開(kāi)啟和關(guān)閉灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一般的控制。 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作方便。
[0022] 2、通過(guò)土壤濕度傳感器檢測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境濕度，依據(jù)設(shè)定的植物要求的濕度 的上下限值，由單片機(jī)來(lái)控制灌溉開(kāi)關(guān)，從而調(diào)節(jié)濕度。當(dāng)土壤濕度高于上限值時(shí)，自動(dòng)關(guān) 閉灌溉開(kāi)關(guān)。
[0023] 該設(shè)計(jì)利用濕度傳感器檢測(cè)土壤濕度，再將濕度數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào)，傳入單片機(jī)，然后由控制核心單片機(jī)控制，經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后，自動(dòng)啟動(dòng)灌溉系 統(tǒng)。
[0024] 由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，其具有以下優(yōu)勢(shì)和有 益的效果：
[0025] 1、不僅可以提高水資源的利用率，緩解水資源日趨緊張矛盾；
[0026] 2、還可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；
[0027] 3、采用太陽(yáng)能電池提供該系統(tǒng)的運(yùn)行電能，節(jié)能環(huán)保；
[0028] 4、該系統(tǒng)是一種高效率、低成本的灌溉優(yōu)化控制系統(tǒng)；系統(tǒng)布線(xiàn)簡(jiǎn)單易行，而且系 統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，將會(huì)有更廣闊的開(kāi)發(fā)前景。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)實(shí)施例系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明；如圖1示，本發(fā)明的系統(tǒng)由土壤 濕度傳感器、單片機(jī)和噴霧系統(tǒng)組成。
[0031] 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求具體見(jiàn)下表所示，其控制范圍亦可據(jù)具體作物的需要來(lái)設(shè)定， 土壤濕度％冊(cè)(Relative Humidity)為相對(duì)百分?jǐn)?shù)，其中硬件成本由于單個(gè)制作跟批量生產(chǎn) 有一定的差值；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)主要包括土壤濕度傳感器、單片機(jī) 和噴霧系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤濕度傳感器 采用FDR(FrequencyDomainReflectometry)頻域反射儀；是一種用于測(cè)量土壤水分的儀 器，它利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來(lái)測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù)（e)， 從而得到土壤容積含水量（0V)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)采用 AT89C51型單片機(jī)；是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Falsh ProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓、高性能CM0S8 位微處理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括太陽(yáng) 能電池板，該系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板提供電能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括軟件 系統(tǒng)；該軟件系統(tǒng)主要包括：主程序軟件、采樣子程序軟件、數(shù)據(jù)處理程序軟件、顯示子程 序軟件和串口通信程序軟件。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出的一種節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)，主要包括土壤濕度傳感器、單片機(jī)和噴霧系統(tǒng)；該發(fā)明其具有以下優(yōu)勢(shì)和有益的效果：不僅可以提高水資源的利用率，緩解水資源日趨緊張矛盾，還可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；采用太陽(yáng)能電池提供該系統(tǒng)的運(yùn)行電能，節(jié)能環(huán)保；該系統(tǒng)是一種高效率、低成本的灌溉優(yōu)化控制系統(tǒng)；系統(tǒng)布線(xiàn)簡(jiǎn)單易行，而且系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，將會(huì)有更廣闊的開(kāi)發(fā)前景。
【IPC分類(lèi)】A01G25-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104542193
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310500395
【發(fā)明人】杜菁
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江石鼓文智能化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月22日