本實(shí)用新型涉及農(nóng)藝學(xué)和土壤學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情的土壤墑情傳感器及自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，隨著蔬菜生產(chǎn)種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，復(fù)種指數(shù)增高，周年栽培生產(chǎn)用水量也隨之增加；加之蔬菜產(chǎn)區(qū)大部分集中在水資源供需矛盾突出的較發(fā)達(dá)地區(qū)，因此實(shí)施蔬菜節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)緩解水資源短缺有重大意義，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也越來(lái)越受重視。近年來(lái)，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)通過(guò)多學(xué)科的交叉、融合和集成，開(kāi)發(fā)出一批先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)及設(shè)施裝備，在生產(chǎn)應(yīng)用中節(jié)水效果顯著。但由于各種土壤墑情監(jiān)測(cè)技術(shù)存在各種局限性，使測(cè)墑自動(dòng)灌溉技術(shù)及其使用方法與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用之間存在一定距離。

現(xiàn)有的土壤水分傳感器有在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)有中都存在一些存在問(wèn)題：張力計(jì)法的土壤墑情傳感器存在反應(yīng)慢，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出土壤水分含量；中子水分儀法存在使用和保養(yǎng)方法繁瑣，中子源輻射防護(hù)操作難度大的技術(shù)問(wèn)題，不適用于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中使用；頻域反射儀（FDR）法與TDR法原理、方法、作用和效果基本相似，能夠快速、便捷和連續(xù)觀測(cè)土壤含水量，成為土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的主流，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分的目標(biāo)，也是目前測(cè)量土壤含水量中較常用的土壤傳感器。但其探頭價(jià)格較高，用置入法定點(diǎn)實(shí)時(shí)觀測(cè)土壤水分含量時(shí)投資較大，且對(duì)探針的插入位置距開(kāi)挖剖面都有嚴(yán)格要求，必須防止地表和土壤中各層間的水分沿導(dǎo)管與土壤間的縫隙流動(dòng)，在不同土壤性質(zhì)測(cè)定時(shí)參數(shù)變化較大，受到土壤質(zhì)地、環(huán)境因素等變化的很大干擾。存在監(jiān)測(cè)點(diǎn)狹小，監(jiān)測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，不具備代表性等問(wèn)題，在生產(chǎn)應(yīng)用中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還需要用繁瑣的實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行修正，并采取用若干個(gè)土壤墑情傳感器多點(diǎn)檢測(cè)，加權(quán)平均計(jì)算等策略提高傳感器精度，監(jiān)測(cè)的手段和方法較復(fù)雜，難于在生產(chǎn)上大范圍推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情的土壤墑情傳感器及自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情的土壤墑情傳感器，包括上端設(shè)有開(kāi)口的外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)有底座，所述底座上設(shè)有質(zhì)量傳感器，所述質(zhì)量傳感器上面設(shè)有用于托舉檢測(cè)土壤的擋土板，所述擋土板設(shè)置在外殼的開(kāi)口處，所述擋土板與外殼的開(kāi)口邊緣通過(guò)柔性軟膠密封。

進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述質(zhì)量傳感器設(shè)有用于傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)線，所述外殼的外側(cè)還設(shè)有用于保護(hù)數(shù)據(jù)線的硬質(zhì)管體，所述數(shù)據(jù)線出口設(shè)置在外殼的側(cè)面并穿過(guò)硬質(zhì)管體。

還提供一種測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，所述土壤墑情傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線將捕獲的土壤墑情信號(hào)輸入測(cè)墑灌溉控制器，所述測(cè)墑灌溉控制器將土壤墑情信號(hào)轉(zhuǎn)變成澆灌命令并輸出控制灌溉系統(tǒng)。

進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述測(cè)墑灌溉控制器包括單片機(jī)、顯示器、控制按鍵和數(shù)據(jù)線接口，所述測(cè)墑自動(dòng)灌溉控制器設(shè)有設(shè)定的灌溉指標(biāo)和灌溉制度，根據(jù)土壤墑情狀況測(cè)墑自動(dòng)灌溉，并將墑情傳感器的監(jiān)測(cè)值轉(zhuǎn)化成控制灌溉系統(tǒng)的命令，所述控制按鍵用于設(shè)置具體的灌溉指標(biāo)和灌溉制度。

進(jìn)一步作為本實(shí)用新型技術(shù)方案的改進(jìn)，所述測(cè)墑灌溉控制器還設(shè)有用于連接 PC機(jī)或IC卡的數(shù)據(jù)線接口，所述灌溉系統(tǒng)設(shè)有水泵及電磁閥，所述測(cè)墑灌溉控制器控制水泵及電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。

本實(shí)用新型的有益效果：此土壤墑情傳感器克服了現(xiàn)有的土壤墑情傳感器的監(jiān)測(cè)點(diǎn)小，監(jiān)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性不高、代表性不強(qiáng)，監(jiān)測(cè)參數(shù)難于修正等問(wèn)題，具有監(jiān)測(cè)精確度高、反應(yīng)靈敏、穩(wěn)定性好、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上建立起測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，針對(duì)蔬菜根層分布較淺的特點(diǎn)，應(yīng)用質(zhì)量傳感器開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)，再結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)藝措施，保證了監(jiān)測(cè)結(jié)果能代表性，還能夠根據(jù)需要擴(kuò)大監(jiān)測(cè)土壤的體積和范圍，提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，達(dá)到實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和調(diào)控土壤墑情的目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例土壤墑情傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整地描述，以充分地理解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。顯然，所描述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

參照?qǐng)D1至圖2，本實(shí)用新型為提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情的土壤墑情傳感器，包括上端設(shè)有開(kāi)口的外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)有底座4，所述底座4上設(shè)有質(zhì)量傳感器2，所述質(zhì)量傳感器2上面設(shè)有用于托舉檢測(cè)土壤的擋土板1，所述擋土板1設(shè)置在外殼的開(kāi)口處，所述擋土板1與外殼的開(kāi)口邊緣通過(guò)柔性軟膠密封。

作為本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方式，所述質(zhì)量傳感器2設(shè)有用于傳輸信號(hào)的數(shù)據(jù)線3，所述外殼的外側(cè)還設(shè)有用于保護(hù)數(shù)據(jù)線3的硬質(zhì)管體5，所述數(shù)據(jù)線出口設(shè)置在外殼的側(cè)面并穿過(guò)硬質(zhì)管體5。

還提供一種測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，所述土壤墑情傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線3將捕獲的土壤墑情信號(hào)輸入測(cè)墑灌溉控制器，所述測(cè)墑灌溉控制器將土壤墑情信號(hào)轉(zhuǎn)變成澆灌命令并輸出控制灌溉系統(tǒng)。

作為本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方式，所述測(cè)墑灌溉控制器包括單片機(jī)、顯示器、控制按鍵和數(shù)據(jù)線接口，所述測(cè)墑自動(dòng)灌溉控制器設(shè)有設(shè)定的灌溉指標(biāo)和灌溉制度，根據(jù)土壤墑情狀況測(cè)墑自動(dòng)灌溉，并將墑情傳感器的監(jiān)測(cè)值轉(zhuǎn)化成控制灌溉系統(tǒng)的命令，所述控制按鍵用于設(shè)置具體的灌溉指標(biāo)和灌溉制度。

作為本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方式，所述測(cè)墑灌溉控制器還設(shè)有用于連接 PC機(jī)或IC卡的數(shù)據(jù)線接口，所述灌溉系統(tǒng)設(shè)有水泵及電磁閥，所述測(cè)墑灌溉控制器控制水泵及電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。

針對(duì)蔬菜的根層分布特點(diǎn)及其生長(zhǎng)特性，制定具體的精準(zhǔn)灌溉指標(biāo)和灌溉制度，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出土壤墑情狀況，在生產(chǎn)應(yīng)用中能起到節(jié)約水資源、增加產(chǎn)量、提高效益的重要作用，具有精確度高、反應(yīng)靈敏、穩(wěn)定性好、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

1）、精確度高。質(zhì)量傳感器法測(cè)定土壤水分，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出土壤水分含量，且能夠定向精準(zhǔn)測(cè)量所需要測(cè)定大小土塊的土壤墑情狀況，也不存在監(jiān)測(cè)結(jié)果需要修正等其他監(jiān)測(cè)方法所需要的一系列繁鎖問(wèn)題。

2）、反應(yīng)靈敏。用質(zhì)量傳感器法測(cè)定土壤水分，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)出土壤水分變化狀況，精準(zhǔn)把握灌溉上限指標(biāo)，避免過(guò)量灌溉。克服了張力計(jì)法反應(yīng)慢，不能隨時(shí)監(jiān)測(cè)出土壤水分含量的問(wèn)題。

3）、穩(wěn)定性好。質(zhì)量傳感器法測(cè)量土塊可根據(jù)需要設(shè)計(jì)相應(yīng)大小的檔土板，可適當(dāng)擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)土壤的范圍，定向監(jiān)測(cè)目標(biāo)土塊的土壤墑情，保證監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)穩(wěn)定?？朔薋DR法與TDR法監(jiān)測(cè)范圍小，代表性差，對(duì)探針的插入位置距開(kāi)挖剖面都有嚴(yán)格要求等問(wèn)題，也不需要用繁瑣的實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行修正。

4）、成本低廉。質(zhì)量傳感器法測(cè)定土壤水分，材料易得，成本低，使用方便，解決了采中子水分儀法等成本高昂，使用和保養(yǎng)方法繁瑣，中子源輻射防護(hù)操作難度大等技術(shù)問(wèn)題。

本實(shí)用新型提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分含量的土壤墑情傳感器，主要由質(zhì)量傳感器2、擋土板1、數(shù)據(jù)線3、底座4和外殼幾個(gè)元件構(gòu)成。如圖1所示，在底座4上嵌入質(zhì)量傳感器2，擋土板1安裝在質(zhì)量傳感器2上面，測(cè)試土塊6位于擋土板1的正上方，質(zhì)量傳感器2直接捕獲擋土板1上面的土壤墑情指標(biāo)，監(jiān)測(cè)到相應(yīng)大小土塊的土壤墑情狀況，將其信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線3輸出，用數(shù)據(jù)線3將捕獲的土壤墑情信號(hào)輸入測(cè)墑灌溉控制器，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情狀況的目標(biāo)。土壤墑情傳感器定向捕獲擋土板1上方整個(gè)土塊的土壤墑情信號(hào)，可根據(jù)具體需要設(shè)計(jì)大小不同的規(guī)格擋土板1，定向測(cè)定出目標(biāo)土塊的土壤墑情狀況，使監(jiān)測(cè)土塊的土壤墑情具備代表性。

本實(shí)用新型還提供了一種測(cè)墑自動(dòng)灌溉裝置，由土壤墑情傳感器、測(cè)墑灌溉控制器和控制電箱組成。測(cè)墑灌溉控制器是土壤墑情信號(hào)轉(zhuǎn)變成澆灌命令的集成電路，由單片機(jī)、顯示器、控制按鍵和數(shù)據(jù)線接口等構(gòu)成。用單片機(jī)設(shè)計(jì)制造出測(cè)墑灌溉控制器，單片機(jī)具有操縱和調(diào)控測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的功能，能將土壤墑情傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成澆灌的命令。顯示器可以實(shí)時(shí)顯示土壤墑情等各項(xiàng)參數(shù)；控制按鍵用設(shè)置和調(diào)控各項(xiàng)參數(shù)的具體指標(biāo)，設(shè)置出具體的灌溉指標(biāo)和灌溉制度；測(cè)墑灌溉控制器二條數(shù)據(jù)線3分別為輸入土壤傳感器的信號(hào)，以及輸出控制水泵、電磁閥等系統(tǒng)運(yùn)行的命令，還有一個(gè)數(shù)據(jù)線3的接口可連接PC機(jī)或IC卡，用于輸出土壤墑情監(jiān)測(cè)結(jié)果，復(fù)制出貯存于系統(tǒng)中的土壤墑情歷史記錄。控制電箱將土壤墑情傳感器和測(cè)墑灌溉控制器集成測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，輸出調(diào)控水泵、電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉的命令，保證精準(zhǔn)灌溉。

如圖2所示，測(cè)墑灌溉控制器有顯示器、控制按鍵、數(shù)據(jù)線接口和二條連線，分別執(zhí)行土壤墑情數(shù)據(jù)的讀取、調(diào)控、導(dǎo)出的功能，顯示器能實(shí)時(shí)讀取土壤墑情傳感器的監(jiān)測(cè)值；控制按鍵能設(shè)置出具體的澆灌指標(biāo)和澆灌周期，將墑情傳感器的監(jiān)測(cè)值轉(zhuǎn)化成控制灌溉系統(tǒng)的命令。測(cè)墑灌溉控制器有二條連線分別與土壤墑情傳感器和灌溉設(shè)施連接，分別輸入土壤墑情傳感器信號(hào)和輸出控制灌溉系統(tǒng)的命令。測(cè)墑自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能按照所設(shè)定的灌溉指標(biāo)和灌溉制度，根據(jù)土壤墑情狀況測(cè)墑自動(dòng)灌溉，保證蔬菜需水和灌溉供水的平衡，適時(shí)適量滿足蔬菜生長(zhǎng)對(duì)水分的需求，實(shí)現(xiàn)灌溉的數(shù)字化的精準(zhǔn)管理，避免了人工操作的盲目性。測(cè)墑自動(dòng)灌溉裝置能夠根據(jù)蔬菜對(duì)水分的具體需求適時(shí)適量灌溉，在蔬菜節(jié)水灌溉，提高水分利用效率，增加產(chǎn)量中能起重要作用。

在同一時(shí)期以青花菜、菜心、大白菜3種不同蔬菜為試驗(yàn)材料，在墑情調(diào)控水平一致的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)墑自動(dòng)灌溉對(duì)蔬菜產(chǎn)量、用水量和水分利用效率的差異比較試驗(yàn)。結(jié)果表明，測(cè)墑自動(dòng)灌溉大幅增加了需水量較大的大白菜產(chǎn)量，其次為菜心，青花菜、菜心、大白菜的產(chǎn)量分別比傳統(tǒng)灌溉增產(chǎn)12.1%、72.4%和96.2%。但測(cè)墑自動(dòng)灌溉能大幅節(jié)約了需水量較小的青花菜用水量，其次為菜心，需水量大的大白菜用水量反而有所增加，青花菜、菜心、大白菜的用水量分別比傳統(tǒng)灌溉節(jié)約了34.1%、5.2%和13.3%。而這3種蔬菜的水分利用效率均有較大幅度的提高，提高幅度卻基本處于同一個(gè)水平，三種蔬菜分別比傳統(tǒng)灌溉提高了70.2%、81.8%和73.2%?？梢?jiàn)測(cè)墑自動(dòng)灌溉確實(shí)能根據(jù)蔬菜生產(chǎn)發(fā)育需求進(jìn)行灌溉，緩解水分供需矛盾的作用，保證蔬菜需水與灌溉供水的平衡，營(yíng)造出良好的根際土壤條件，避免了人工灌溉操作的盲目性。

本實(shí)用新型使用方法的優(yōu)選實(shí)施例：該測(cè)墑灌溉控制器運(yùn)行時(shí)，設(shè)定了以25%的土壤絕對(duì)含水量為灌溉上限，每天上午9時(shí)灌溉1次為灌溉周期，可以看到單片機(jī)自動(dòng)貯存記錄的土壤墑情調(diào)控狀況：在12月23日和12月26日，分別下了2場(chǎng)雨，使土壤絕對(duì)含水量一直高于25%，灌溉系統(tǒng)也一直沒(méi)有啟動(dòng)；12月29日以后，每天早上土壤絕對(duì)含水量低于25%的情況下，灌溉系統(tǒng)就自動(dòng)啟動(dòng)，將土壤絕對(duì)含水量調(diào)節(jié)到25%?？梢?jiàn)測(cè)墑灌溉控制器能夠根據(jù)土壤墑情狀況適時(shí)合理灌溉，精準(zhǔn)調(diào)控土壤墑情，滿足植株生長(zhǎng)對(duì)水分的需求，同時(shí)防止過(guò)量灌溉引起的水肥流失浪費(fèi)及其造成的污染，改善田間生態(tài)環(huán)境。

將土壤墑情傳感器在大田中建立起實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)土壤墑情狀況的系統(tǒng)。能夠增大土壤墑情的監(jiān)測(cè)范圍和體積，定向監(jiān)測(cè)目標(biāo)土壤的土壤墑情狀況，提高土壤墑情監(jiān)測(cè)的精確性和代表性。根據(jù)土壤特點(diǎn)、蔬菜生長(zhǎng)需求及蔬菜的根系構(gòu)型設(shè)置土壤墑情傳感器的監(jiān)測(cè)范圍，制定出合理的灌溉指標(biāo)和灌溉制度，能?chē)?yán)密監(jiān)控土壤墑情，嚴(yán)格控制灌溉上限，做到蔬菜灌溉的數(shù)字化精準(zhǔn)管理，適時(shí)適量滿足蔬菜生長(zhǎng)需求。配套標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)藝技術(shù)，使實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果能代表大田整體情況。在大田生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，一方面使監(jiān)測(cè)區(qū)域的墑情狀況與大田整體的墑情狀況保持一致，另一方面使監(jiān)測(cè)區(qū)域的灌溉措施和大田整體灌溉措施保持一致，保證監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠代表性大田整體狀況，即通過(guò)監(jiān)測(cè)土塊能同步調(diào)控大田整體的土壤墑情狀況，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)調(diào)控土壤墑情的目標(biāo)。配套測(cè)墑自動(dòng)灌溉系統(tǒng)能適時(shí)適量灌溉，合理調(diào)控土壤墑情，實(shí)現(xiàn)蔬菜灌溉的精準(zhǔn)管理和自動(dòng)化。

當(dāng)然，本實(shí)用新型創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可做出等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。