本实用新型涉及农业灌溉领域，特别是太阳能节水灌溉系统，具体地是一种智能、节能以及能够适应灵活多变环境的自动灌溉系统。
背景技术：
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随着降低功耗及利用太阳能理念的日益加深，农业灌溉将逐渐摆脱以往外接电源供电的方式，转而充分利用太阳能技术为灌溉系统供电。太阳能节水灌溉系统是涉及到太阳能采集与转换、电力电子、水泵和灌溉等多门学科专业综合配套的一种新兴节水灌溉系统，因其符合绿色新能源战略发展的需要而受到广泛关注和重视。
在20世纪80年代以前，世界上许多国家已经开始将太阳能引入农业节水灌溉之中，例如1977年墨西哥太阳能动力灌溉泵站系统开始运行，最高负荷达到18.5kW,提水深度达到34m，流量2.6m3/min。20世纪80年代初，中国太阳能提水灌溉系统也得到发展，其代表有深圳大明生产的DHB型和安徽日泉生产的NSP型等系列太阳能水泵用于提水灌溉。到了20世纪90年代，在用太阳能节水灌溉系统灌溉柑橘、茶园、蔬菜及草场修复等方面，经试验发现，太阳能节水灌溉也存在一些问题，如系统前期投入经费较大、太阳能供能系统转化效率低下、抽水扬程较低、大规模投入使用困难、系统稳定性差、灌水均匀性差等。20世纪90年代以后，随着科技的飞速发展，材料和设备费用的降低，使太阳能节能灌溉系统的平均投资成本大幅下降，系统使用寿命增加，使系统管理成本及劳动量减少。20世纪末，美国、日本和以色列等国已经成功使用太阳能节水灌溉系统10多年，而且系统性能良好，例如在试验地区安装的88个太阳能水泵系统，到现在依然有75个太阳能灌溉系统正常运转，大大减少了二氧化碳排放。
农业种植过程中，如果灌溉不及时或灌溉过度，都会造成作物减产，且过度灌溉还会造成水资源的浪费。应用滴灌技术和自动控制技术可以根据土壤湿度状况适时灌溉，滴灌技术是目前用来调节土壤湿度的一个有效手段，其可以节约用水、防止土壤板结、调高农作物的产量和品质和保障农业资源的持续利用。滴灌技术不仅适用于农田、草场、果木，还可以应用于园林、护坡。将滴灌技术应用于旱作节水农业，有利于调整农业产业结构，保证水资源安全，促进特色农业发展，推动农村经济协调稳定发展。将滴灌技术推广应用于我国缺水的地区，尤其是存在水资源供需矛盾的西部地区，意义重大。随着光伏产品生产技术提高，产品价格降低，在国内日照充足的地域，应用日益广泛，其利用方式有光热转换和光电转换两种。其中，光电转换方式，可以很方便地应用于电力辐射未到的地方，节省布线成本。通过滴灌技术、自动控制技术和太阳能电池薄膜技术的综合运用，可以高效地利用水资源和光能，满足了用户对系统环保、经济、节能的要求。
随着传感器技术、计算机技术和自动控制技术的不断发展，灌溉控制逐渐摆脱了传统的灌溉模式，即定期为大田灌溉逐步转向传感器采集和应用为主，减少人为主观因素，相应的集成技术在农业灌溉中运用，使太阳能节水灌溉系统向着自动化方向发展。采用控制器、控制阀、光伏电池、备份电池和传感器组成的太阳能节水灌溉系统能够预先确定灌溉时间、每周灌水量及灌水持续时间，当土壤含水量低于设定阀值时，进行自动灌溉，能够实时精准测量土壤湿度，实现自动化节水灌溉。
技术实现要素：
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本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中晶体硅太阳能电池作为能源供应存在价格昂贵以及太阳能转换效率不高、使用受限制等缺点，提供一种自动灌溉系统。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种自动灌溉系统，其特征在于：包括供电单元、控制单元和灌溉执行单元，所述供电单元包括设置有多片柔性太阳能电池薄膜的太阳能电池板和太阳能追光模块，所述太阳能电池板对太阳能进行转换，太阳能追光模块能够调整太阳能电池板与太阳的角度；所述控制单元包括单片机、阻抗式土壤湿度传感器和显示模块，所述单片机包括P0口、P1.0～P1.3口、P2口、P3口和八路A/D转换器，阻抗式土壤湿度传感器将土壤电阻的大小转变为电压信号输出，单片机内的A/D转换器将土壤湿度传感器输出的电压信号变成数字信号后再进行处理，所述P0口是单片机和显示模块的数据接口，P1.0～P1.3口是土壤湿度传感器与单片机内部A/D转换器的接口，P3口是显示模块的控制及按键接口；所述灌溉执行单元包括水泵、储水装置和电磁阀，单片机通过继电器控制电路控制电磁阀的阀门开关从而实现自动灌溉控制。
优选地，所述太阳能电池薄膜为苯并噻二唑聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
优选地，所述太阳能追光模块包括直流电机，直流电机的驱动电路包括光电隔离器和继电器。
优选地，所述供电单元还包括充电控制器和蓄电池，当灌溉执行单元不工作时，充电控制器将太阳能电池板转换的电能存储到蓄电池中。
优选地，所述灌溉执行单元还包括液位检测装置，液位检测装置安装在储水装置中，P2口是单片机和液位检测装置的接口。
优选地，所述自动灌溉系统还包括上位机，上位机通过串口通信模块与控制单元的单片机连接。
优选地，所述串口通信模块为RS485接口模块或RS232接口模块。
本实用新型由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本实用新型所述的自动灌溉系统，能够最大限度地接受和利用太阳能，其太阳能转化效率较高，便于实现大面积制造而且成本较低，具有人工智能化、节能化、网络化和能够适应灵活多变的环境等优点；还能够根据不同种类的作物，设置不同灌溉方式，最大限度为作物创造极佳的生长环境，达到增产增收的目的。
附图说明：
图1为本实用新型所述的自动灌溉系统的整体结构示意图；
图2为本实用新型所述的供电单元的结构示意图；
图3为本实用新型所述的控制单元的结构示意图；
图4为本实用新型所述的灌溉执行单元的结构示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本实用新型的内容作进一步说明。
如图1所示，本实用新型所述的自动灌溉系统包括供电单元1、控制单元2和灌溉执行单元3，供电单元1用于向控制单元2和灌溉执行单元3供电，控制单元2用于控制供电单元1和灌溉执行单元3，灌溉执行单元3用于执行灌溉动作。
如图2所示，所述供电单元1包括设置有多片柔性太阳能电池薄膜的太阳能电池板11和太阳能追光模块12；所述太阳能电池板11对太阳能进行转换，太阳能追光模块12能够调整太阳能电池板11与太阳的角度，使其最大限度地接受和利用太阳能。
其中，所述柔性太阳能电池薄膜对太阳能进行光伏转换，且转换效率较高，该电池采用了UV固化聚合物，质量小、柔韧性好，保证了很高的耐用性；单片薄膜可输出2V电压、370～400MA电流，通过串并联组合可输出20V电压、400MA左右的电流。考虑到太阳能电池需要制备简单、转化效率较高、便于实现大面积制造而且成本较低等因素，优选苯并噻二唑聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
其中，所述太阳能追光模块12包括直流电机13，直流电机13的驱动电路包括光电隔离器和继电器，所述太阳能追光模块12主要利用控制单元2驱动控制直流电机13的启停动作和间隔时间，从而调整太阳能电池板11与太阳的角度，使所述柔性太阳能电池薄膜最大限度地吸收太阳能并转化为电能，能够比普通固定的太阳能发电效率更高。
当然，太阳能电池板11的工作会受限于天气和日照时间等因素的影响，为了保证对所述自动灌溉系统的供电，所述供电单元1还包括充电控制器14和蓄电池15，当灌溉执行单元3不工作时，充电控制器14将太阳能电池板11转换的电能存储到蓄电池15中，在遇到阴天或光照不足的情况下，蓄电池15所述自动灌溉系统的供电，从而保证了该自动灌溉系统的持续正常工作。
如图3所示，所述控制单元2包括单片机21、阻抗式土壤湿度传感器22和显示模块23，所述单片机21包括八路A/D转换器，土壤电阻的大小随土壤含水量的不同而不同，根据这一原理，本实用新型采用阻抗式土壤湿度传感器22，其通过探针检测土壤电阻，将土壤电阻的大小转变为电压信号输出，此信号是模拟信号，先由单片机21内的A/D转换器变成数字信号后再进行处理。单片机21具体可以为STC12C5A60S2单片机，应用C51编程，其内部集成有8路10位A/D转换器(250K/s，即25万次/s)，具有性价比高、耗能低等优点。
其中，单片机21有32个I/O口，包括P0口、P1.0～P1.3口、P2口和P3口，所述P0口是单片机21和显示模块23的数据接口，P1.0～P1.3口是阻抗式土壤湿度传感器22与单片机21内部A/D转换器的接口，P3口是显示模块23的控制及按键接口。显示模块23采用1602液晶显示片。单片机21的P0口和P3口的部分引脚构成了1602液晶显示片的数据和控制引脚。所述控制单元2将阻抗式土壤湿度传感器22采集到的微弱电压信号，经过调理电路提供给单片机21，实现土壤湿度的显示，并为灌溉执行单元3提供动作信息，实现自动滴灌。
如图4所示，所述灌溉执行单元3包括水泵31、储水装置32和电磁阀33，电磁阀33用于灌溉控制，单片机21通过继电器控制电路控制电磁阀33的阀门开关；电磁阀33实现灌溉控制，需要把单片机21输出的5V电压转换为驱动电磁阀开关12V电压。根据不同农作物的蓄水规律，预先在所述控制单元2中设定土壤湿度的上、下限值，与实时采集到的土壤湿度信号进行比较，然后输出信使继电器控制电路控制电磁阀33的阀门开关，从而决定是否对作物灌溉。本实用新型所述的自动灌溉系统实施灌溉的指令决定于土壤湿度，根据不同作物的需水规律，设定工作的上下限指标。结合考虑土壤水分下渗，一般田间持水率80％的土壤湿度作为上限。当用于一个小的种植区时，可以设定土壤湿度85％和10％为上、下限值。
为了保证灌溉管道中水压或水流的稳定，灌溉均匀性尤其重要，其中灌溉系统入口水压的稳定性影响着灌溉均匀性与自动混肥装置的混肥精度，所述灌溉执行单元3还包括液位检测装置34，液位检测装置34安装在储水装置32中，用于探测储水装置32的液位，P2口是单片机21和液位检测装置34的接口，通过所述液位检测装置34自动探测储水装置32的液位，对储水装置32的水位进行控制，所述液位检测装置34可以为液位传感器，通过在线监测储水装置32的液位，利用水泵31将水提到储水装置32中，保证灌溉过程中水位维持在某一固定高度，实现恒压供水。
在图1中，本实用新型所述的自动灌溉系统还包括上位机4，上位机4通过串口通信模块与控制单元2的单片机21连接，上位机4接收单片机21上传的采集数据并将控制指令传输给单片机21；为实现远程监控，所述串口通信模块可以为RS485接口模块，如果上位机4距离本实用新型所述的自动灌溉系统较近，则采用RS232接口模块。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。