专利名称：精确灌溉监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种精确灌溉监测装置，特别是涉及一种能对作物灌溉信息进行综合监测的装置。本装置属于现代农业精确灌溉领域，能够实时地对作物的灌溉量、余液回收量、蒸腾量、作物生长量、土壤湿度、叶片温度进行连续监测，并且将数据传送给上位机， 从而为精确灌溉提供参数依据。
背景技术：
水肥是植物最基本的需求，灌溉量是影响作物生长的重要因素。作物蒸腾作用是重要的植物生理机能，其蒸腾量是计算作物需水量的重要参数，同时是温室自动化控制的关键信息。目前获取作物蒸腾量的计算方法有水量平衡法、蒸渗仪法、涡度相关法、遥感法及空气动力学法，也有采用对温度、湿度、光照强度等环境因子的测量，通过蒸腾模型的计算得到作物蒸腾量的方法，这些方法存在一些如仪器昂贵、维护困难、所需参数过多、蒸腾模型不成熟等问题，所以在实际使用中受到很大影响。目前已有的植物蒸腾量测量仪器有很多种，如Li-6400光合作用测定系统、CB-110型光和作用测定系统、CAF树木蒸腾流测量系统等。但是这些系统的不足和缺点也很明显，如仅限于单叶测量、对测量环境要求高、结构复杂等。作物生长量是评价作物长势的重要指标，对作物生长量的测量方法各异，有用机器视觉技术提取作物轮廓特征来计算作物生长量的，也有直接测量作物株高来计算的， 但是都不能直接反应作物生长量。土壤湿度、叶片温度能反映作物的缺水情况，目前能实现土壤湿度、叶片温度单独测量的仪器很多，如FDR 土壤水分测试仪MST3000、ST-3610型植物叶片温湿度监测仪。综上所述，作物灌溉量、蒸腾量、生长量、土壤湿度、叶片温度等是精确灌溉的重要参数依据，为此对这些参数进行监测具有重要意义。如专利申请号为 200610047352. 8中公开的农业灌溉节水计量方法及其计量仪能对水泵的功率消耗值和流量的关系进行标定，通过监测水泵的功率消耗值并经过换算即可得到流量，从而完成对灌溉量的监测和计量。如专利申请号201010518670. 4中公开的一种位移式蒸渗仪通过测量配重杆摆动产生的位移来计算蒸腾量，测量精度高，但是测量机构复杂，容易出现故障。如专利申请号201010200985. 4公布的基于反射光谱的大棚作物生长状况自动监测系统采用光谱分析的方法测量作物叶面积等生长信息，但是成本较高。以上装置或方法都是以对单个的作物信息监测为主，还没有针对作物综合信息监测的装置或方法，即缺少一种能够同时对这些信息进行综合监测并且可为自动灌溉控制系统提供启动信号的装置。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种精确灌溉监测装置，可对物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量、土壤湿度、叶片温度同时进行测定，特别是对多棵植株整体进行测定。本发明结构简单、成本低、操作方便，测量精确可靠，可置于温室内连续进行监测，对环境要求低，同时能连接上位机，可作为灌溉控制系统的启动信号。
本发明解决其技术问题的技术方案如下 本发明实例提供的一种精确灌溉监测装置，包括 作物监测架和控制箱。所述作物监测架由栽培槽载荷传感器、作物载荷传感器、余液重量传感器、栽培槽、余液漏孔、作物悬挂杆、自由悬挂支架、栽培槽悬挂绳、土壤湿度传感器、叶温传感器、电磁阀、余液测量支架组成。所述两个栽培槽载荷传感器的一端固定在自由悬挂支架上，另一端连接在自由悬挂支架的横杆上；横杆两端分别连接两根栽培槽悬挂绳；4根栽培槽悬挂绳分别与栽培槽的四个角相连；两个作物载荷传感器的一端与自由悬挂支架的横杆相连，另一端与作物悬挂杆的两端相连；栽培槽上设有余液漏孔，所述余液漏孔通过管道与余液重量传感器相连；余液重量传感器固定在余液测量支架上；土壤湿度传感器置于栽培槽上，在栽培槽上自由调整位置；叶温传感器与作物悬挂杆相连，在作物悬挂杆自由调整位置；栽培槽设计成既能满足基质培的要求，又能满足水培的要求。所述控制箱由电源模块、3通道LED显示器、智能传感器显示变送器、称重变送器、 通信模块、上位机组成。电源模块提供DC24V为3通道LED显示器、智能传感器显示变送器、称重变送器、通信模块供电；称重变送器将栽培槽载荷传感器、作物载荷传感器、余液重量传感器信号转换成标准信号；3通道LED显示器把称重变送器输出的标准信号AD转换后显示；智能传感器显示变送器采集土壤湿度传感器信号和叶温传感器信号，进行AD转换后显示；通信模块用来与上位机进行通信，将所获得的作物的灌溉量、余液回收量、蒸腾量、作物生长量、土壤湿度、叶片温度的数字量信息传输给上位机。由于传输距离较长，采用RS485 进行信号传输。本发明既对基质培的作物进行监测，也对水培的作物进行监测。由栽培槽载荷传感器进行灌溉量的监测；由余液重量传感器进行余液回收量的监测；由栽培槽载荷传感器和余液重量传感器进行蒸腾量的监测；由作物载荷传感器进行作物生长量的监测。最后由 3通道LED显示器将栽培槽载荷传感器、作物载荷传感器、余液重量传感器信号AD转换后显
7J\ ο灌溉量θ为灌溉过程中电磁阀关闭瞬间(即灌溉结束)栽培槽重量^减去电磁阀刚打开瞬间(即开始灌溉)栽培槽重量Wf即
θ = Wj2 - Wjl⑴
余液回收量Wy为某时刻计量结束时余液桶重量Wy2减去计量开始时余液桶重量Wyl，即 Wy=Wy2 - Wyl(2)
蒸腾量E的计算公式为
E= Wj3 - Wj4 + θ - Wy(3)
式中WyWy分别为蒸腾量监测时段开始计量时和结束计量时的栽培槽重量。作物生长量S的计算公式为
S=Wp2 -Wpl(4)
式中Wpl、Wp2分别为生长量监测某时段At开始计量时和结束计量时的作物重量。由所述作物生长量S可推得作物生长速率
S5=S / At。(5)
其中WyWpi、Wyi分别由栽培槽载荷传感器、作物载荷传感器、余液重量传感器测得。
除了对作物的灌溉量、余液回收量、蒸腾量、作物生长量进行监测外，还能由土壤湿度传感器和叶温传感器分别对土壤湿度、叶片温度进行监测。土壤湿度传感器信号和叶温传感器信号通过智能传感器显示变送器采集并且AD转换后显示。本发明提供的一种精确灌溉监测装置具有以下有益效果本发明结构简单且造价便宜，所述作物生长架为钢结构，原料便宜；本发明测量方便简单，只需测出栽培槽载荷传感器、作物载荷传感器、余液重量传感器信号再经简单计算即可得作物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量，且对测量环境要求低；本发明能同时且持续对作物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量、土壤湿度、叶片温度进行监测，特别是对多棵植株整体进行测定，自动记录数据，为精确灌溉提供参数依据；本发明所述装置与上位机相连，可作为自动灌溉的启动信号。
图1为本发明作物监测架主视图； 图2为本发明作物监测架左视图3为本发明作物监测架俯视图； 图4为本发明控制箱系统框图。图中1.栽培槽载荷传感器，2.作物载荷传感器，3.余液重量传感器，4.栽培槽，5.余液漏孔，6.作物悬挂杆，7.自由悬挂支架，8.栽培槽悬挂绳，9. 土壤湿度传感器， 10.叶温传感器，17.电磁阀，18.余液测量支架。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施过程作进一步说明。 实施例下面以基质培黄瓜为例，对实施过程进行说明。步骤一
通过作物悬挂杆6用细绳对黄瓜植株进行悬挂、固定。记录3通道LED显示器12上显示的栽培槽载荷传感器1、作物载荷传感器2、余液重量传感器3的值。步骤二
打开电磁阀17开始灌溉。当关闭电磁阀结束灌溉时记录栽培槽载荷传感器1的值，将两次记录的栽培槽载荷传感器1的值通过式(1)计算得到黄瓜灌溉量。步骤三
经过一段时间Δ t后，再次记录3通道LED显示器12上显示的栽培槽载荷传感器1、作物载荷传感器2、余液重量传感器3的值。步骤四
将步骤一、步骤三记录的值和步骤二计算得到的黄瓜灌溉量通过式(2)、式(3)、式 (4)、式(5)分别计算得到余液回收量、蒸腾量、生长量、生长速率。基质培的土壤湿度和黄瓜的叶片温度由智能传感器显示变送器13实时显示。同时本装置持续对作物进行自动监测。上位机通过通信模块15定时对栽培槽载荷传感器1、作物载荷传感器2、余液重量传感器3、土壤湿度传感器9、叶温传感器10信号进行采集，这些数据经过软件处理后传输给自动灌溉设备作为自动灌溉的启动信号。
本发明提供的一种精确灌溉监测装置属于现代农业精确灌溉领域，能为精确灌溉提供参数依据。本发明结构简单且造价便宜，所述作物生长架为钢结构，原料便宜；本发明测量方便简单，只需测出栽培槽载荷传感器1、作物载荷传感器2、余液重量传感器3的信号再经简单计算即可得作物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量，且对测量环境要求低；本发明能同时且持续对作物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量、土壤湿度、叶片温度进行监测，特别是对多棵植株整体进行测定，自动记录数据；本发明所述装置与上位机16相连，可作为自动灌溉的启动信号。
权利要求
1.一种精确灌溉监测装置，其组成包括作物监测架和控制箱，其特征在于，所述作物监测架由栽培槽载荷传感器(1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)、 栽培槽(4)、余液漏孔(5)、自由悬挂支架(7)、栽培槽悬挂绳(8)、土壤湿度传感器(9)、叶温传感器(10)、电磁阀(17)、余液测量支架(18)组成；所述控制箱由电源模块(11)、3通道LED显示器(12)、智能传感器显示变送器(13)、称重变送器(14)、通信模块(15)、上位机 (16 )组成；所述两个栽培槽载荷传感器(1)的一端固定在自由悬挂支架(7 )上，另一端连接在自由悬挂支架(7)的横杆上；横杆两端分别连接两根栽培槽悬挂绳(8) ；4根栽培槽悬挂绳(8)分别与栽培槽(4)的四个角相连；两个作物载荷传感器(2)的一端与自由悬挂支架 (7)的横杆相连，另一端与作物悬挂杆(6)的两端相连；栽培槽(4)上设有余液漏孔(5)，所述余液漏孔(5 )通过管道与余液重量传感器(3 )相连；余液重量传感器(3 )固定在余液测量支架(18)上；土壤湿度传感器(9)置于栽培槽(4)上，在栽培槽(4)上自由调整位置；叶温传感器(10)与作物悬挂杆(6)相连，在作物悬挂杆(6)自由调整位置；栽培槽(4)既能基质培又能满足水培；电源模块(11)提供DC24V为3通道LED显示器(12 )、智能传感器显示变送器(13)、称重变送器(14)、通信模块(15)供电；称重变送器(14)将栽培槽载荷传感器(1)、 作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)信号转换成标准信号；3通道LED显示器(12)把称重变送器(14)输出的标准信号AD转换后显示；智能传感器显示变送器(13)采集土壤湿度传感器(9)信号和叶温传感器(10)信号，进行AD转换后显示；通信模块(15)采用RS485 与上位机(16)进行通信。
2.一种精确灌溉监测装置的监测方法，其特征在于，由土壤湿度传感器(9)和叶温传感器(10)分别对土壤湿度、叶片温度进行监测，对作物的灌溉量、余液回收量、蒸腾量、作物生长量进行监测，由栽培槽载荷传感器(1)进行灌溉量的监测，由余液重量传感器(3)进行余液回收量的监测，由栽培槽载荷传感器(1)和余液重量传感器(3)进行蒸腾量的监测，由作物载荷传感器(2)进行作物生长量的监测；本发明能与上位机(16)进行通信，将所获得的作物的灌溉量θ、余液回收量Wy、蒸腾量Ε、作物生长量S、土壤湿度、叶片温度的数字量信息传输给上位机(16)，数据的自动采集，为灌溉控制系统提供启动信号。
3.根据权利要求2所述的一种精确灌溉监测装置的监测方法，其特征在于，所述灌溉量θ为灌溉过程中电磁阀(17)关闭瞬间(即灌溉结束)栽培槽重量W”减去电磁阀(17)刚打开瞬间(即开始灌溉)栽培槽重量Wf即θ = Wj2 - Wjl(a)所述余液回收量Wy为某时刻计量结束时余液桶重量Wy2减去计量开始时余液桶重量 Wyl，即Wy=Wy2 - Wyl(b)所述蒸腾量E的计算公式为E= Wj3 - Wj4 + θ - Wy(c)式中WyWy分别为蒸腾量监测时段开始计量时和结束计量时的栽培槽重量，所述作物生长量S的计算公式为S=Wp2 - Wpl(d)式中Wpl、Wp2分别为生长量监测某时段At开始计量时和结束计量时的作物重量，由所述作物生长量S可推得作物生长速率 S5=S / At(e)其中Wy Wpi、Wyi分别由栽培槽载荷传感器(1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器 (3)测得。
4.根据权利要求3所述的一种精确灌溉监测装置的监测方法，其特征在于，具体步骤为A)通过作物悬挂杆(6)用细绳对植株进行悬挂、固定；记录3通道LED显示器(12)上显示的栽培槽载荷传感器(1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)的值；B)打开电磁阀(17)开始灌溉；当关闭电磁阀结束灌溉时记录栽培槽载荷传感器(1)的值，将两次记录的栽培槽载荷传感器(1)的值通过式(a)计算得到灌溉量；C)经过一段时间At后，再次记录3通道LED显示器(12)上显示的栽培槽载荷传感器 (1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)的值；D)将步骤A、步骤C记录的值和步骤B计算得到的灌溉量通过式化)、式(()、式((1)、式 (e)分别计算得到余液回收量、蒸腾量、生长量、生长速率；E)基质培的土壤湿度和黄瓜的叶片温度由智能传感器显示变送器(13)实时显示；同时持续对作物进行自动监测；上位机通过通信模块(15)定时对栽培槽载荷传感器(1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)、土壤湿度传感器(9)、叶温传感器(10)信号进行采集，所述栽培槽载荷传感器(1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)、土壤湿度传感器(9)、叶温传感器(10)信号数据经过软件处理后传输给自动灌溉设备作为自动灌溉的启动信号。
全文摘要
本发明公开一种精确灌溉监测装置，属于现代农业精确灌溉领域，能够实时地对作物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量、土壤湿度、叶片温度进行连续监测，为精确灌溉提供参数依据。本发明采用差重式测量方法实现对作物灌溉量、蒸腾量、生长量、余液回收量的监测，测量结构由栽培槽载荷传感器(1)、作物载荷传感器(2)、余液重量传感器(3)、栽培槽(4)、余液漏孔(5)、作物悬挂杆(6)、自由悬挂支架(7)、栽培槽悬挂绳(8)、土壤湿度传感器(9)、叶温传感器(10)、电磁阀(17)、余液测量支架(18)组成。本监测装置不仅结构简单、价格低廉、操作方便，并且测量效果良好，可连接上位机进行通信，作为灌溉控制系统的启动信号。
文档编号A01G25/16GK102499030SQ20111036713
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者姚舟华, 左志宇, 张晓东, 朱文静, 邹升 申请人:江苏大学