一种灌溉自动控制方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及作物灌溉控制和管理【技术领域】，尤其涉及一种依据土壤基质势进行作物灌溉的自动控制方法及其装置。该方法包括设定灌水下限以及灌水上限；测量当前的土壤基质势；当所述土壤基质势达到所述灌水下限，发出灌水控制信号，并记录灌水开始时间ti1和水量Wi1；当所述土壤基质势达到所述灌水上限，发出停止灌水控制信号，并记录灌水结束时间ti2和水量Wi2；其中，所述灌水下限为灌水开始时的土壤基质势，所述灌水上限为灌水结束时的土壤基质势。本发明提供的灌溉自动控制方法及其装置可以有效提高灌溉的自动化，以及农业水管理的科学化水平，提高灌溉水的利用效率。
【专利说明】一种灌溉自动控制方法及其装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及作物灌溉控制和管理【技术领域】，尤其涉及一种依据土壤基质势进行作 物灌溉的自动控制方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 水是生命之源、生产之要、生态之基。但是随着人口膨胀、经济社会迅猛发展及水 资源的不合理开发利用，水的供需矛盾越来越突出。我国作为一个人口大国、农业大国、发 展中大国，面临的水资源供需矛盾也更为尖锐。农业作为用水大户，节水潜力巨大。我国农 业中的灌溉水利用率低，浪费现象普遍存在。目前，我国灌溉水利用系数平均为0. 50,远低 于0. 7?0. 8的世界先进水平。发展现代节水农业是保障我国人口高峰期粮食安全、水安 全、生态安全及整个国家安全的重大战略。现代节水农业除了采用科学的灌水方法、先进的 灌水技术、完善的灌水工程外，自动化的灌溉控制和管理也非常重要。实现自动预报"什么 时候开始灌水"及"什么时候停止灌水"并实现自动控制，不但可以减少人工劳动力，还可以 提高灌溉的科学化水平，防止由于盲目灌水而造成水资源浪费。农业用水管理中，作物灌溉 制度的制订至关重要，关系到作物产量以及水资源利用效率等。
[0003] 目前，进行灌溉控制有三类方法：依据土壤水分状况进行灌溉控制；依据水面蒸 发量进行灌溉控制；以及依据植物生理反应进行灌溉控制。其中，依据土壤水分状况进行 灌溉控制又分为两种，一种是依据土壤含水量，一种是依据土壤基质势。然而依据土壤含 水量进行灌溉控制在实际应用当中有一定局限性，例如利用土壤含水量来确定灌水时间， 一般是以计划湿润层土壤含水量达到田间持水量的某百分率下限时开始灌水。但是不同 质地的土壤田间持水量差异很大，每个地区每个地块甚至地块中每个点的田间持水量都不 同。当田间持水量未知，或者地块土壤质地空间变异性很大时，用土壤含水量来确定灌溉时 间就有其局限性。土壤基质势从能量角度出发来反映土壤的干旱程度，受土壤质地的影响 较小，因此更具代表性和普遍性。而且可以更直观地反映作物吸水的难易程度，便于实际应 用。国内外对于依据土壤基质势进行灌溉拟定灌溉制度有许多研宄，已经获得了不同作物、 不同灌溉方式灌水开始时适宜的土壤基质势。
[0004] 通过田间试验获得了作物适宜土壤基质势，研宄者开始探索依据土壤基质势的变 化通过自动灌溉控制装置进行灌溉控制和管理。目前这些装置的结构一般比较复杂，成本 相对较高。对于经济效益低的作物不太适应，因此不适宜做推广应用。
【发明内容】
[0005] (一）要解决的技术问题
[0006] 本发明要解决的技术问题是简化传统的灌溉控制方法及其装置，进而降低成本的 问题。
[0007] (二）技术方案
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种灌溉自动控制方法。该自动控制方法 具体包括以下步骤：
[0009] Sl:设定灌水下限以及灌水上限；
[0010] S2 :测量当前的土壤基质势；
[0011] S3:当所述土壤基质势达到所述灌水下限，发出灌水控制信号，并记录灌水开始时 间tn和水量Wn;当所述土壤基质势达到所述灌水上限，发出停止灌水控制信号，并记录灌 水结束时间ti2和水量Wi2;
[0012] 其中，所述灌水下限为灌水开始时的土壤基质势，所述灌水上限为灌水结束时的 土壤基质势。
[0013] 优选地，所述方法还包括：
[0014]S4:根据所述步骤S3中的数据，获得作物全生育期第i次的灌水时间ti=ti2-tn， 灌水量Wi=Wi2-wn，并计录、显示。
[0015] 本发明还提供了一种灌溉自动控制装置，用于上述灌溉自动控制方法，包括：
[0016] 感应模块，探入土壤中，用于感知土壤中的含水量；
[0017]测量模块，与所述感应模块相连，用于测量土壤基质势的大小；以及设定灌水下限 和灌水上限；
[0018] 电源控制模块，与所述测量模块相连，用于控制灌水的开始与结束；
[0019] 记录及显示模块，与所述电源控制模块相连，用于记录及显示灌水开始时间、灌水 结束时间、灌水开始水量以及灌水结束水量。
[0020] 优选地，所述感应模块包括：
[0021] 陶土头，下端与所述陶土头相连的连接管，与所述连接管上端相连的集气管，以及 密封所述集气管的橡皮塞。
[0022] 优选地，所述测量模块包括：
[0023] 与所述集气管相连的电接点压力表，所述电接点压力表上设置有旋钮，用于设定 所述灌水下限和所述灌水上限。
[0024] 优选地，所述电接点压力表测量范围为-0.1?OMpa，精度等级为2. 5级，仪表连接 M14X1. 5,最高工作电压为AC380V或DC220V，最大电流为1A，触点功率为30VA。
[0025] 优选地，所述记录及显示模块包括：
[0026] 远传水表，用于测量显示所述灌水开始水量以及所述灌水结束水量；
[0027] 单片机，一端与所述远传水表相连，另一端与所述电源控制模块相连，用于记录所 述灌水开始时间、所述灌水结束时间、所述灌水开始水量以及所述灌水结束水量；
[0028] 液晶显示屏，用于显示所述单片机上的数据。
[0029] 优选地，所述单片机为MSP430单片机。
[0030] 优选地，所述远传水表为远传发讯水表，公称压力I.OMpa，信号为脉冲信号，每流 过10升水，由干簧管发送一个信号，常用工作电流为5mA。
[0031](三）有益效果
[0032] 本发明的上述技术方案具有如下优点：通过检测土壤基质势来反应作物的缺水程 度，受土壤质地影响较小且更加直观；对于非充分灌溉技术，可以通过电接点压力表上的旋 钮，简单快捷地设定作物不同生育期的土壤基质势，实现非充分灌溉的预报和控制；装置结 构简单、设计灵活、成本低廉，使用及维护方便，可以满足多种用户的不同需求。因此，本发 明提供的灌溉自动控制方法及其装置可以有效提高灌溉的自动化，以及农业水管理的科学 化水平，提高灌溉水的利用效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是本发明实施例提供的灌溉自动控制方法的步骤流程图；
[0034] 图2是本发明实施例提供的灌溉自动控制方法的具体步骤流程图；
[0035] 图3是本发明实施例提供的灌溉自动控制装置的结构示意图；
[0036] 图4是本发明实施例提供的灌溉自动控制装置中的电接点压力表示意图；
[0037] 图5是本发明实施例提供的灌溉自动控制装置中的电源控制电路示意图。
[0038] 图中：1 :陶土头；2 :连接管；3 :集气管；4 :橡皮塞；5 :电接点压力表；6 :电源控制 电路；7 :单片机；8 :液晶显不屏；9 :远传水表；10 :不数指针；11 :下限指针；12 :上限指针； 13 :上下限调节按钮；14 :水泵。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例 用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0040] 如图1所示，为本发明实施例提供的灌溉自动控制方法的步骤流程图。
[0041] 该自动控制方法具体包括以下步骤：
[0042] Sl:设定灌水下限以及灌水上限；
[0043]S2 :测量当前的土壤基质势；
[0044] S3:当所述土壤基质势达到所述灌水下限，发出灌水控制信号，并记录灌水开始时 间tn和水量Wn;当所述土壤基质势达到所述灌水上限，发出停止灌水控制信号，并记录灌 水结束时间ti2和水量Wi2;
[0045] 其中，所述灌水下限为灌水开始时的土壤基质势，所述灌水上限为灌水结束时的 土壤基质势。
[0046] 该方法还包括：S4 :根据所述步骤S3中的数据，获得作物全生育期第i次的灌水 时间ti=ti2-tn，灌水量Wi=Wi2-Wil，并计录、显示。
[0047] 进一步地，在步骤S3及S4中，通过单片机7记录灌水开始时间tn和远传水表9 的读数水量Wil，以及灌水结束时间ti2和远传水表9的水量Wi2，进而通过液晶显示屏8进行 显不O
[0048] 进一步地，在步骤S2中，灌水下限以及灌水上限是根据作物的种类、土壤质地、灌 溉方式和感应模块埋设深度不同而进行设定的。灌水下限和灌水上限的值，可根据田间实 验数据或相关参考资料得出，并将其变成纸质表格或存储于单片机7中供使用者使用。
[0049]进一步地，如图2所示，为本发明实施例提供的灌溉自动控制方法的具体步骤流 程图。根据作物种类、土壤质地和灌溉方式，设定灌水开始时的土壤基质势即灌水下限和灌 水结束时的土壤基质势即灌水上限；然后测量土壤基质势大小；田间蒸发蒸腾使土壤基质 势减小，当土壤基质势达到灌水下限，通过自动控制电路进行操作控制，控制灌溉系统开始 灌水，随着灌水进行土壤基质势增大，当土壤基质势达到灌水上限时，通过自动控制电路进 行控制操作，控制灌溉系统停止灌水；随着开始灌水（或停止灌水）的操作，土壤基质势实 时变化（增大或减小），进而本发明提供的自动控制装置重复以上的操作；同时，外部设备 同时可以记录并显示灌水开始时间、结束时间、每次灌水量和总灌水量等，为以后的作物灌 溉提供相关数据。
[0050]
【权利要求】
1. 一种灌溉自动控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 51 :设定灌水下限以及灌水上限； 52 :测量当前的土壤基质势； S3:当所述土壤基质势达到所述灌水下限，发出灌水控制信号，并记录灌水开始时间 tn和水量W n;当所述土壤基质势达到所述灌水上限，发出停止灌水控制信号，并记录灌水 结束时间ti2和水量Wi2; 其中，所述灌水下限为灌水开始时的土壤基质势，所述灌水上限为灌水结束时的土壤 基质势。
2. 根据权利要求1所述的灌溉自动控制方法，其特征在于，所述方法还包括： S4 :根据所述步骤S3中的数据，获得作物全生育期第i次的灌水时间t i2-tn，灌 水量Wi= w i2-wn，并计录、显示。
3. -种灌溉自动控制装置，用于上述灌溉自动控制方法，其特征在于，包括： 感应模块，探入土壤中，用于感知土壤中的含水量； 测量模块，与所述感应模块相连，用于测量土壤基质势的大小；以及设定灌水下限和灌 水上限； 电源控制模块，与所述测量模块相连，用于控制灌水的开始与结束； 记录及显示模块，与所述电源控制模块相连，用于记录及显示灌水开始时间、灌水结束 时间、灌水开始水量以及灌水结束水量。
4. 根据权利要求3所述的灌溉自动控制装置，其特征在于，所述感应模块包括： 陶土头，下端与所述陶土头相连的连接管，与所述连接管上端相连的集气管，以及密封 所述集气管的橡皮塞。
5. 根据权利要求3所述的灌溉自动控制装置，其特征在于，所述测量模块包括： 与所述集气管相连的电接点压力表，所述电接点压力表上设置有旋钮，用于设定所述 灌水下限和所述灌水上限。
6. 根据权利要求5所述的灌溉自动控制装置，其特征在于，所述电接点压力表测量 范围为-0. 1?OMpa，精度等级为2. 5级，仪表连接M14X 1. 5,最高工作电压为AC380V或 DC220V，最大电流为1A，触点功率为30VA。
7. 根据权利要求3所述的灌溉自动控制装置，其特征在于，所述记录及显示模块包括： 远传水表，用于测量显示所述灌水开始水量以及所述灌水结束水量； 单片机，一端与所述远传水表相连，另一端与所述电源控制模块相连，用于记录所述灌 水开始时间、所述灌水结束时间、所述灌水开始水量以及所述灌水结束水量； 液晶显示屏，用于显示所述单片机上的数据。
8. 根据权利要求7所述的灌溉自动控制装置，其特征在于，所述单片机为MSP430单片 机。
9. 根据权利要求7所述的灌溉自动控制装置，其特征在于，所述远传水表为远传发讯 水表，公称压力1. OMpa，信号为脉冲信号，每流过10升水，由干簧管发送一个信号，常用工 作电流为5mA。
【文档编号】A01G25/16GK104472321SQ201410646169
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】王凤新, 张友良, 康绍忠, 郭林 申请人:中国农业大学