一种地下智能节水渗灌及排水系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农田水利灌溉领域，具体涉及一种地下智能节水渗灌及排水系统。
【背景技术】
[0002]我国的农业用水浪费十分严重，随着我国水资源日益缺乏，如何在农田中高效利用水资源逐渐成为我国亟待解决的难题。目前，我国在农田灌溉中使用的灌溉技术较多，以喷灌为主，另外还有软管式人工浇灌、洒水车浇灌、漫灌、喷灌机喷灌等。目前，我国农田灌溉的特点主要体现为智能化程度较低，喷洒漂移、灌溉不均匀和灌溉量不当等问题较为突出，由此引发的地表积水、渗漏或干旱造成的水分损失多达20%-30%，最终导致土壤板结和大量的水资源浪费。此外，现有灌溉技术在沙漠、戈壁、盐碱土壤和荒山荒丘上并不适用，不仅不能够节能减排，而且很难控制盐碱对作物的损害以及化肥的利用率。近年来使用的滴灌技术提高了水的利用率，减少了杂草滋生，改善了土壤结构，但滴灌技术易于引起堵塞并可能限制根系的发展，而且滴灌技术未能充分考虑排涝问题。
[0003]随着科技的发展，将智能控制技术应用于农田水利建设中是一种必然的趋势，主要涉及无线通信技术、传感器技术、软件编程技术、电磁控制系统技术等。传统的农业灌溉基本依靠人工灌溉，浪费了大量的人力、物力，利用智能化控制系统实现自动化管理能够大幅节省成本。
【发明内容】
[0004]针对现有农田灌溉技术中存在的水资源利用率低、排涝困难和自动化程度低等缺陷，本发明提供了一种地下智能节水渗灌及排水系统。
[0005]为解决以上技术问题，本发明的技术方案为:
一种地下智能节水渗灌及排水系统，包括供水装置、渗灌网管、排水装置、控制模块和湿度传感模块。供水装置包括外接水源的供水泵、与供水泵相连的压力罐以及设置在连接压力罐和渗灌网管的管道上的第一电磁阀XI。排水装置包括真空泵以及设置在连接渗灌网管和真空泵的管道上的第二电磁阀X2。控制模块包括控制芯片Ul和控制芯片外围电路，控制芯片Ul的两个输出端分别接第一电磁阀Xl和第二电磁阀X2。湿度传感模块包括湿度传感器U2、湿度传感器外围电路以及两个测试电极J1~J2，两个测试电极J1~J2分别接湿度传感器U2的两个输入端，湿度传感器U2的输出端接控制芯片Ul的输入端。
[0006]具体的，渗灌网管包括塑料软管和设置在塑料软管上用于渗水的通透材料层，塑料软管上设置有等间距排布的渗灌孔。
[0007]具体的，控制模块还包括无线路由器。
[0008]具体的，湿度传感模块还包括无线发射芯片U3，无线发射芯片U3的输入端接湿度传感器U2的输出端，无线发射芯片U3利用无线路由器生成的wifi信号将湿度传感器U2测定的土壤湿度信息发送至控制芯片Ul0
[0009]具体的，控制芯片Ul为AT89S52型单片机，湿度传感器U2为WTH-215型湿度传感器，无线发射芯片U3为XC4388型芯片。
[0010]本发明的有益效果:利用本发明的智能地下渗灌及排涝系统能够实现农田灌溉，节水效果明显，一次渗灌用水量约为25m3，约为普通大水漫灌用水量的1/4，约为喷灌用水量的1/3，约为滴灌用水量的1/2。当农田灌水量过大或出现洪涝时，通过本系统中第二电磁阀X2和真空泵能够实现农田排涝。本系统中控制模块和湿度传感模块能够实时监控农田的湿度信息，根据湿度信息实时调整第一电磁阀Xl和第二电磁阀X2的开启或关闭，实现渗灌或排涝的自动化管理。本系统的成本较低，每亩农田的建设成本约为2000元，使用年限约为40至50年，一次投资长期受益，年均亩投入仅为50元，相对于喷灌和滴灌技术，本系统的建设成本更低。本发明的智能地下渗灌及排涝系统适用于各类农田及农作物，实现农田灌溉的全自动化，并且节水效果显著，具有较大的推广应用前景。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图。
[0012]图2为渗灌网管的结构示意图。
[0013]图3为湿度传感模块的电路原理图。
[0014]图4为控制模块的电路原理图。
[0015]其中，I供水泵，2压力罐，3第一电磁阀Xl，4 +12V直流电压源，5分压电阻，6控制芯片Ul，7渗灌网管，7-1塑料软管，7-2通透材料层，7-3渗灌孔，8湿度传感器U2，9无线路由器，10真空泵，11第二电磁阀X2。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0017]参照图1，实施例包括供水泵1、与供水泵I相连的压力罐2、渗灌网管7、设置在连接压力罐2和渗灌网管7的管道上的第一电磁阀X1、真空泵10、设置在连接渗灌网管7和真空泵10的管道上的第二电磁阀X2、控制芯片Ul及其外围电路、无线路由器9、湿度传感器U2及其外围电路、与湿度传感器U2的输出端相连的无线发射芯片U3以及分别接在湿度传感器U2的输入端的两个测试电极J1~J2。其中，控制芯片Ul的两个输出端分别经两个分压电阻5接第一电磁阀Xl和第二电磁阀X2，+12V直流电压源4为第一电磁阀Xl和第二电磁阀X2供电，湿度传感器U2的输出端接控制芯片Ul的输入端。
[0018]参照图2，渗灌网管7包括塑料软管7-1和设置在塑料软管7-1上用于渗水的通透材料层7-2，塑料软管7-1上设置有等间距排布的渗灌孔7-3。本实施例中，通透材料层为厚度25g/m2的阻沙渗水布。
[0019]本实施例中，控制芯片Ul为具有wifi无线接收信号功能的AT89S52型单片机，湿度传感器U2为WTH-215型湿度传感器，无线发射芯片U3为XC4388型芯片。
[0020]由湿度传感器U2及其外围电路、无线发射芯片U3和两个测试电极J1~J2组成的湿度传感模块的电路原理图，如图3所示。由于土壤中含有矿物质离子，这些矿物质离子都溶解在土壤中的水中。将两个测试电极J1~J2插入土壤中，测试电极J1~J2之间就可以通过这些离子导电，两个测试电极J1~J2之间的电阻值可表征土壤湿度的大小。由于两级间的电阻与电压成正比，所以通过计算两级间的电压可表征土壤湿度，湿度传感器U2将插入土壤中的两个测试电极J1~J2间的电压数据，即土壤湿度信息，通过无线发射芯片U3发送到控制芯片Ul0无线发射芯片U3利用无线路由器9生成的wifi信号将湿度传感器U2测定的土壤湿度信息发送至控制芯片Ul。
[0021]控制芯片Ul接收土壤湿度信息并据此控制第一电磁阀Xl和第二电磁阀X2的开启或关闭，控制芯片Ul对第一电磁阀Xl和第二电磁阀X2的控制电路结构相同，如图4所示。以控制芯片Ul对第一电磁阀Xl的控制为例，控制芯片Ul的输出端通过分压电阻5接三极管Tl的基极，三极管Tl的发射极接地，三极管Tl的集电极接第一电磁阀Xl的一个电源控制端，第一电磁阀Xl的另一个电源控制端接+12V直流电压源4。本实施例中，三极管Tl为2N222A型三极管。当与三极管Tl基极相连的控制芯片Ul输出端输出高电平时，三极管Tl导通，第一电磁阀Xl开启，系统执行渗灌操作；当与三极管Tl基极相连的控制芯片Ul输出端输出低电平时，三极管Tl截止，第一电磁阀Xl关闭，系统停止执行渗灌操作。本实施例中，第二电磁阀X2开启则系统通过真空泵10向外排涝，第二电磁阀X2关闭则系统停止向外排涝。
[0022]本实施例的工作过程如下:
1.铺设渗灌网管
2014年10月10日，申请人在河北省沧州市东光县大单镇辛店村选取一面积为225m2的长方形地块作为试验田，试验田土质为沙性加少许红土。在平整土地后，使用机械在试验田上开沟，东西开沟17条，南北开沟2条，沟深45cm，行距90cm，全长200m。开沟完成后在沟底铺设渗灌网管7，渗灌网管7全长210m。铺设渗灌网管7时应当尽量使渗灌网管7平