基于光輻射的智能灌溉系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種基于光輻射的智能灌溉系統，其特征在于，包括光照監測裝置和灌溉控制系統；所述光照監測裝置放置在設施內的環境監測節點處，用于采集設施內的光照強度數據；所述灌溉控制系統定時對所述光照監測裝置進行數據采集，并發送控制信號到灌溉控制柜，控制相應設施所對應輸水管路的電磁閥開啟或關閉。本實用新型專利技術可以廣泛應用于溫室或大棚等設施的農業灌溉中。

【技術實現步驟摘要】

本技術是關于一種基于光輻射的智能灌溉系統，屬于自動灌溉

技術介紹
我國是一個水資源嚴重短缺的國家，水資源供需矛盾突出仍然是可持續發展的主要瓶頸。農業是用水大戶，近年來農業用水量約占經濟社會用水總量的62％，部分地區高達90％以上，農業用水效率不高，節水潛力很大。同時我國還面臨著土地資源和農業勞動力緊缺的嚴峻形勢。大力發展以規?；⒐澕s化和園區化為特征的現代農業，轉變農業方式，實現資源節約，提高土地產出率、勞動生產率以及資源的利用率是必然要求。灌溉自動化是現代設施農業的重要技術環節，一般與微灌施肥技術結合應用，可最大限度的減少灌溉施肥用工，實現定量精確供水供肥，促進作物優質、高產，是今后發展的方向。目前，我國常用的智能灌溉系統主要有兩種，一種是依據墑情進行智能灌溉決策的灌溉系統，另一種是人工設定時序自動灌溉系統。依據墑情進行智能灌溉決策的灌溉系統應用較為廣泛，其最大的限制因素是設施內土壤墑情分布均勻性差，主要原因包括設施內棚膜上附著的露水通常在棚膜下凹處聚集并滴入土壤；自然降水會在通風口處進入設施土壤；傳統地面灌溉條件下地勢高低也是影響墑情分布的重要因素。由于土壤墑情傳感器價格較高，生產中每個設施一般只能布置1個墑情傳感器，在設施內的土壤墑情分布均勻性差的條件下，墑情傳感器的埋設位置就成為了決策是否成功的關鍵。人工設定時序自動灌溉系統需要根據農事生產經驗，綜合考慮作物、茬口及天氣的不斷變化，對管理者生產技術水平要求較高，且需要大量的手動調節，人工干擾因素大，比如，遇到連續陰天時，必須人工關閉時序自動灌溉系統或減少灌溉水量，否則會導致設施內濕度過高，甚至導致作物感染病害，難以真正實現精準化灌溉。
技術實現思路
針對上述問題，本技術的目的是提供一種能夠真正實現精確化灌溉的基于光輻射的智能灌溉系統。為實現上述目的，本技術采取以下技術方案：一種基于光輻射的智能灌溉系統，其特征在于，包括光照監測裝置和灌溉控制系統；所述光照監測裝置放置在設施內的環境監測節點處，用于采集設施內的光照強度數據；所述灌溉控制系統定時對所述光照監測裝置進行數據采集，并發送控制信號到灌溉控制柜，控制相應設施所對應輸水管路的電磁閥開啟或關閉。優選地，所述光照監測裝置采用光照傳感器，所述光照傳感器的個數根據所監測的設施個數進行確定。優選地，所述灌溉控制系統采用單片機。本技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點：本技術包括光照監測裝置和灌溉控制系統，光照監測裝置放置在設施內的環境監測節點處，用于采集設施內的光照強度數據；灌溉控制系統定時對所述光照監測裝置進行數據采集，并發送信號控制相應設施所對應輸水管路的電磁閥開啟，向設施進行定時灌溉，準確性大大提高，真正實現了精確化灌溉，與人工設定的時序自動灌溉相比更加精確，有效節省人工成本，減少人為干擾因素。本技術可以廣泛應用于溫室或大棚等設施的農業灌溉中。附圖說明圖1是本技術基于光輻射的智能灌溉系統結構示意圖；圖2是本技術基于光輻射的智能灌溉系統的灌溉策略流程圖；圖3是本技術實施例中本技術智能灌溉系統與對照系統分別對番茄生長指標的影響示意圖，其中，圖(a)是智能灌溉系統與對照系統分別對番茄株高的影響示意圖，圖(b)是智能灌溉系統與對照系統分別對番茄葉片數的影響示意圖；圖(c)是智能灌溉系統與對照系統分別對番茄株莖粗的影響示意圖；圖(d)是智能灌溉系統與對照系統分別對番茄頂部第四葉葉長的影響示意圖。具體實施方式以下結合附圖來對本技術進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本技術，它們不應該理解成對本技術的限制。1948年英國科學家彭曼根據能量平衡原理、水汽擴散原理和空氣的熱導定律首次提出了彭曼公式的基本型式：式中，E0為水面蒸發量，L為蒸發潛熱，Eα為水面附近的空氣干燥力，H0為為輻射平衡值，γ為濕度計常數，Δ為飽和水汽壓-溫度曲線斜率。1979年，聯合國糧食與農業組織FAO給出了參考作物騰發量的推薦公式：幾經修正，1992年，聯合國糧食與農業組織FAO給出了最新的彭曼-蒙蒂斯公式：式中，ET0為參考作物騰發量，單位mm/d；Rn為作物冠層頂的凈輻射，單位MJ/(m2·day)；G為土壤熱流強度，單位MJ/(m2·day)；T為2m高度處的日平均氣溫，單位℃；μ2為2m高度處的風速，單位m/s；es為飽和水汽壓，單位Kpa；ea為實際水汽壓，單位Kpa；為標準大氣壓與實際大氣壓之間的比值：該值僅與海拔高度LH和氣溫Ta有關；Δ為飽和水汽壓-溫度曲線斜率，該值僅與氣溫Ta有關；γ為濕度計常數，γ＝0.6455+0.00064Ta，該值與氣溫Ta有關，單位kPa/℃；Eα為水面附近的空氣干燥力，該值與飽和水汽壓、實際水汽壓、風速及其修正系數有關。由于在設施內，2m處風速μ2近似為0，土壤熱流G較凈太陽輻射Rn較小，所以彭曼-蒙蒂斯公式(3)可以近似簡化為：由公式(4)可以看出，參考作物騰發量ET0與凈輻射Rn呈正相關關系。而作物蒸發蒸騰量可用公式ET＝ET0·Kc(Kc為作物系數)表示，所以作物蒸發蒸騰量與太陽凈輻射呈正相關關系，即可近似的建立公式ET＝K·Rn，K＝0.408·Kc。也就是說，可以根據凈輻射量得出作物的蒸騰蒸發量，從而給出作物灌溉策略?；谏鲜鲈?，本技術的基于光輻射的智能灌溉系統，包括一光照監測裝置1和一灌溉控制系統2；光照監測裝置1放置在溫室或大棚等設施3的環境監測節點，用于采集設施內的光照強度數據，灌溉控制系統2定時對光照監測裝置1進行數據采集，并將采集的光照強度數據累計計算獲得光輻射累計能量，將設定時間段內的光輻射累計能量與預先設定的臨界能量進行比較，當光輻射累計能量大于預先設定的臨界能量時，灌溉控制系統執行預設灌溉策略，并發送信號到灌溉控制柜4，控制相應設施所對應輸水管路的電磁閥5開啟，向該設施3進行灌溉，達到灌溉策略設定的灌溉要求，電磁閥5關閉，此次灌溉過程結束，等待進入下一次灌溉過程。上述實施例中，光照監測裝置1可以采用光照傳感器，光照傳感器的個數根據所監測的溫室或大棚個數進行確定，通常一個溫室或大棚內放置一個光照傳感器。上述各實施例中，灌溉控制系統2可以采用單片機。上述各實施例中，如圖2所示，光照強度數據是一個瞬時值，而光輻射累計能量是經過一定時間光輻射累計后的總輻射能量，光輻射累計能量的計算過程為：①假定光照傳感器采集數據的時間間隔T，單位min，本實施例中取T＝10min，以此為例，不限于此；②各采集時刻光照強度值為r1、r2、r3…ri；③各時段間隔內平均光照強度(單位W/cm2)：r1,2＝(r1+r2)/2，r2,3＝(r2+r3)/2…ri，i+1＝(ri+ri+1)/2；④各時段間隔內平均輻射能量(單位J/cm2)：R1,2＝60T(r1+r2)/2，R2,3＝60T(r2+r3)/2…Ri,i+1＝60T(ri+rj)/2；⑤各時間段內的光輻射累計能量：R1＝R1,2，R2＝R1+R2,3，R3＝R2+R3,4…Ri+1＝Ri+Ri,i+1。上述各實施例中，本技術的灌溉控制系統2制定的灌溉策略為：a)上午日出后智能灌溉系統啟動，光輻射能量開始本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于光輻射的智能灌溉系統，其特征在于，包括光照監測裝置和灌溉控制系統；所述光照監測裝置放置在設施內的環境監測節點處，用于采集設施內的光照強度數據；所述灌溉控制系統定時對所述光照監測裝置進行數據采集，并發送控制信號到灌溉控制柜，控制相應設施所對應輸水管路的電磁閥開啟或關閉。

【技術特征摘要】
1.一種基于光輻射的智能灌溉系統，其特征在于，包括光照監測裝置和灌溉控制系統；所述光照監測裝置放置在設施內的環境監測節點處，用于采集設施內的光照強度數據；所述灌溉控制系統定時對所述光照監測裝置進行數據采集，并發送控制信號到灌溉控制柜，控制相應設施所對應輸水...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程明，徐厚成，安順偉，王克武，王俊英，岳煥芳，孟范玉，王志平，
申請(專利權)人：北京市農業技術推廣站，
類型：新型
國別省市：北京;11