一種適用于溫室單株作物的灌溉控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于農(nóng)業(yè)設(shè)施栽培技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于溫室單株作物的灌 溉控制裝置。與農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域相關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國設(shè)施無土栽培面積逐年增加且仍處于蓬勃發(fā)展的強進勢頭，尤其是設(shè)施 有機基質(zhì)栽培蔬菜面積占全國無土栽培總面積的85%以上，以生產(chǎn)需求量大、不耐貯藏的 蔬菜為主。蔬菜需水量大，而栽培基質(zhì)又有著與土壤不同的保水特性和水分運移特性，因 此，如何實現(xiàn)設(shè)施基質(zhì)栽培蔬菜灌溉自動化，又如何根據(jù)基質(zhì)的水分特性優(yōu)化灌溉量，以節(jié) 約農(nóng)業(yè)灌溉用水，提高水分利用效率，發(fā)揮作物高產(chǎn)潛力，已成為設(shè)施園藝發(fā)展中一個迫切 需要解決的問題。
[0003] 國內(nèi)外已開始研究基質(zhì)栽培的節(jié)水灌溉和研制設(shè)施基質(zhì)栽培的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，但 到目前為止，盡管相應(yīng)的研究已取得一定的研究進展，但仍處于試驗研究階段，難以實現(xiàn)真 正基質(zhì)栽培的節(jié)水灌溉，離實用化仍有相當(dāng)距離。因此，研究設(shè)施基質(zhì)栽培的灌溉控制方法 及裝置對實現(xiàn)基質(zhì)栽培的智能化、精準化灌溉具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有農(nóng)業(yè)設(shè)施栽培技術(shù)存在的缺點和不足，提供一種 適用于溫室單株作物的灌溉控制裝置，該裝置能夠用于溫室基質(zhì)栽培單株作物的精確節(jié)水 灌溉。
[0005] 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0006] 運用計算機技術(shù)和Zigbee無線傳輸技術(shù)相配合，通過一系列動態(tài)數(shù)據(jù)處理建立 作物根系模型和栽培基質(zhì)水分運移模型，并判定模型的重疊度，以實現(xiàn)溫室基質(zhì)栽培單株 作物的精確節(jié)水灌溉，即根據(jù)基質(zhì)水分傳感器當(dāng)前檢測基質(zhì)含水率和設(shè)定的含水率下限值 比較來判斷當(dāng)前是否需要灌溉，根據(jù)溫度傳感器數(shù)據(jù)建立基于積溫的作物根系分布模型， 根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù)建立栽培基質(zhì)水分運移模型，根據(jù)溫度和濕度傳感器數(shù)據(jù)計算理論灌溉 量，根據(jù)滴箭流量和滴管歷時計算每次實際灌溉量，以作物根區(qū)和濕潤體的體積重疊度、計 算的理論灌溉量和實際灌溉量來判斷當(dāng)前是否停止灌溉。
[0007] 具體地，本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0008] -種適用于溫室單株作物的灌溉控制裝置，如下所述：
[0009]包括控制中心（100)、Zigbee組網(wǎng)模塊（200)、檢測模塊（300)和灌溉模塊（400);
[0010]控制中心（100)、Zigbee組網(wǎng)模塊（200)、檢測模塊（300)依次連接；
[0011]控制中心（100)、Zigbee組網(wǎng)模塊（200)、灌溉模塊（400)依次連接；
[0012] 所述的控制中心（100)包括上位機（110)和供電電源（120);
[0013] 上位機（110)與供電電源（120)電連接。
[0014] 供電電源（120)分別為基質(zhì)水分傳感器（310)、空氣溫度傳感器（320)、光照傳感 器（330)、空氣濕度傳感器（340)和電磁閥（410)提供電源，上位機（110)和網(wǎng)關(guān)（210)可 直接連接220V交流電。上位機（110)接收檢測模塊（300)信息，并進行數(shù)據(jù)分析和存儲， 根據(jù)預(yù)設(shè)的灌溉方法決定是否打開電磁閥（410)進行灌溉。
[0015]所述的Zigbee組網(wǎng)模塊（200)包括網(wǎng)關(guān)（210)、ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊（220)、 ZigBee控制模塊（230);
[0016]網(wǎng)關(guān)（210)分別與ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊（220)、ZigBee控制模塊（230)連接。
[0017] 連接上位機（110)和網(wǎng)關(guān)（210)后，打開IE瀏覽器，輸入網(wǎng)關(guān)IP，登陸網(wǎng)關(guān)（210) 界面，校正網(wǎng)關(guān)（210)系統(tǒng)時間，然后ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊（220)和ZigBee控制模塊（230) 上電，在網(wǎng)關(guān)（210)界面的網(wǎng)絡(luò)配置中點擊入網(wǎng)，進入節(jié)點映射表，進行設(shè)定ZigBee數(shù)據(jù)采 集模塊（220)和ZigBee控制模塊（230)的設(shè)備地址、設(shè)備名稱和掉線時間。網(wǎng)關(guān)（210)需 要檢測網(wǎng)絡(luò)中檢測模塊（300)的狀態(tài)，包括是否在線，數(shù)據(jù)上傳間隔等。
[0018]所述的檢測模塊（300)包括基質(zhì)水分傳感器（310)、空氣溫度傳感器（320)、光照 傳感器（330)、空氣濕度傳感器（340);
[0019]基質(zhì)水分傳感器（310)、空氣溫度傳感器（320)、光照傳感器（330)、空氣濕度傳感 器（340)分別與ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊（220)連接，ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊（220)以設(shè)定的 采集間隔采集信息，通過局域網(wǎng)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)（210)并上傳至上位機（110)。
[0020] 所述的灌溉模塊（400)包括電磁閥（410)、滴箭（420)、管道（430)和水栗（440);
[0021]電磁閥（410)、水栗（440)與ZigBee控制模塊（230)連接；電磁閥（410)安裝在 管道（430)上與水栗（440)連通。
[0022] 上位機（110)通過網(wǎng)關(guān)（210)下傳開始灌溉命令至ZigBee控制模塊（230)時， 先打開電磁閥（410)，后打開水栗（440)，通過滴箭（420)進行灌溉；下傳停止灌溉命令至 ZigBee控制模塊（230)時，先關(guān)閉水栗（440)，后關(guān)閉電磁閥（410)。
[0023] 所述裝置中的系統(tǒng)上電后具有自動組網(wǎng)功能，與控制中心（100)連接的外部網(wǎng)絡(luò) 為無線局域網(wǎng)。即，控制中心（100)通過網(wǎng)關(guān)組成無線局域網(wǎng)。
[0024] 本實用新型裝置的應(yīng)用方法包括下列步驟：
[0025] ①選定栽培基質(zhì)種類，確定各種基質(zhì)的體積比；
[0026] ②采用無量綱分析法，利用不同滴灌流量、不同供水時間和滴箭不同埋深情況下 濕潤體表層水平入滲距離和垂直入滲距離建立濕潤體特征模型，并在此基礎(chǔ)上建立濕潤體 剖面模型和濕潤體體積模型；
[0027] ③采用數(shù)值模擬法，利用在最佳生長條件下，作物不同生長期的根深及對應(yīng)的根 系半徑建立作物根區(qū)剖面模型和作物根區(qū)體積模型；
[0028] ④根據(jù)基質(zhì)水分傳感器當(dāng)前檢測基質(zhì)含水率與設(shè)定含水率下限值比較，判斷是否 需要灌溉，根據(jù)作物根區(qū)和濕潤體的體積重疊度和計算出的理論灌溉量、實際灌溉量，系統(tǒng) 判斷是否停止灌溉；
[0029] 系統(tǒng)停止灌溉控制方法如下：
[0030] 控制中心（100)根據(jù)檢測模塊（300)檢測數(shù)據(jù)計算作物根區(qū)體積模型，發(fā)送灌溉 指令到灌溉模塊（400)并計時，當(dāng)達到灌溉時傳感器檢測間隔整數(shù)倍時，計算基質(zhì)濕潤體 體積模型，并進行作物根區(qū)和濕潤體的體積和體積重疊度計算；
[0031] 根據(jù)檢測模塊（300)檢測數(shù)據(jù)，利用彭曼公式計算作物蒸散量ET。，根據(jù)作物系數(shù) κ。、水分修正系數(shù)K^^PET。計算實際蒸散量（即理論灌溉量）ET，根據(jù)設(shè)定的灌溉流量和 灌溉歷時計算實際灌溉量，若理論灌溉量和實際灌溉相等，但作物根系與濕潤體的體積重 疊度不滿足要求，說明盡管理論上灌溉量滿足要求，但灌溉水未在整個根區(qū)分布，需要繼續(xù) 灌溉，直至重疊度滿足要求時停止灌溉，記錄剩余灌溉量（即：理論灌溉量-實際灌溉量）； 若實際灌溉量<理論灌溉量，但作物根系與濕潤體的體積重疊度滿足要求，說明灌溉水在 作物根區(qū)分布較好，停止灌溉并記錄剩余灌溉量（即：理論灌溉量-實際灌溉量）；計算一 天的累計剩余灌溉量（即：一天發(fā)生灌溉次數(shù)的剩余灌溉量之和），若累計剩余灌溉量為負 數(shù)，則系統(tǒng)正常運行；若累計剩余灌溉量為正數(shù)，則將累計剩余灌溉量在第二天日出前1小 時進行灌溉，充分利用日出前的最佳灌溉時間；
[0032] 本實用新型的系統(tǒng)軟件控制總流程（見圖3)如下所述：
[0033] ①開始；
[0034] ②系統(tǒng)初始化；
[0035] ③建立局域網(wǎng)；
[0036] ④允許Zigbee組網(wǎng)模塊、檢測模塊和灌溉模塊加入網(wǎng)絡(luò)；
[0037] ⑤檢測模塊采集信息；
[0038] ⑥采集信息上傳控制中心；
[0039] ⑦控制中心分析、處理上傳的信息；
[0040] ⑧控制中心判斷是否進行灌溉；
[0041] ⑨控制中心下傳控制命令至灌溉模塊；
[0042] ⑩灌溉模塊執(zhí)行控制命令；
[0043] 本實用新型的主要優(yōu)點如下：
[0044] (1)綜合考慮作物蒸散量、作物根系生長和栽培基質(zhì)（體積比，醋糟：蛭石：珍珠巖 =2:1: