农田自动灌溉系统及灌溉方法与流程

本发明属于农业领域，具体涉及一种农田自动灌溉系统及灌溉方法。

背景技术：

我国自古以来都是是农业大国，过去的灌溉方式都很单一，基本上都是靠人工灌溉，到了近代农业设施才发展的起来的。但是效果并不太明显，能为人们提供方便的农作物灌溉方式只有那么几种。例如灌溉，滴灌，洪水灌溉，滴灌等，但水利用率不高，如滴管，水利用率仅为40％。水利用率低是所有灌溉方法最大的难题，虽然也有应用一些技术的使得水资源的利用率有所提高，但是没有从根源上解决问题。比如地下滴灌过程中用水范围多大，用水量多少，用水时长多少等等，这些问题人为是很难控制的。

节水灌溉自古以来都是我国农田灌溉的基本概念，但是现如今我国大多数地方农田的灌溉方式还停留在传统的灌溉模式上，传统的灌溉模式自动化程度较低，基本上都是人工作业，不仅效率低，而且还不能很好的控制灌水量，浪费水资源，对人力物力造成了极大地浪费。开发农田自动灌溉系统的概念是一个重要的节约用水，控制和有效利用水资源是该系统的核心。为了提高灌溉效率，减少劳动成本和节约水资源，发展自动灌溉技术已成为必然的趋势。发展农田自动灌溉系统概念是对水资源的控制和有效利用的重要手段，它可提高农田灌溉准确性和有效性，有利于对灌溉作业过程的科学有效的管理，农民可以根据自身多年来的经验来进行判断是否合适的灌溉，不仅能很好的减少劳动量，而且更重要的是能够精准的、定时的、定量的、有效的给农作物及时的自动补充水量，可以提高农作物的产量、质量并且可以节水、节能、减少劳动成本。

我国虽然现在已经有了一套自己的自动灌溉体系，但是还是处于初级的发展阶段，系统的各个方面还不太完善，绝大部分的灌溉系统还是处于人工操作阶段，即使个别地方采用一些自动灌溉控制系统，但是，它只从国外进口或是小规模的本地控制系统。中国自主研发的自主灌溉控制系统还远未成熟，缺乏关键技术。江苏省泰兴市发现当地的条件非常适合节水灌溉的远程自动控制系统，并首次开始应用，效果非常不错。中国灌溉自动控制系统相对于发达国家而言还是存在很大的差距，技术落后并且应用不广泛。

总的来说，国内相关产品的技术推广和实验还是处于较低的水平，大部分产品还是要靠引进国外一流的产品。但是从国外引进灌溉自动控制设备都是根据自己国家的具体情况而设计的，并没有考虑到我国的天气和土壤条件。而且我国的农作物类型与其他国家的也不是都相同的，不能有效的发挥出它的优势。由于引进一套完整的设备费用昂贵，所以现在急需研发出价格实惠并符合我国情况的自动灌溉控制系统。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种农田自动灌溉系统，包括水源、水泵、载流闸阀、施肥器、过滤器、电磁阀、压力调节器、喷头、控制器、传感器和pc机；

所述的水泵抽水口伸入水源中，其出水口通过管路与过滤器一端连接；该管路上依次设置载流闸阀和连接施肥器的出料口；所述的过滤器另一端与主管路一端连接；

所述的主管路另一端连接电磁阀的一端，所述的电磁阀另一端连接支管；所述的支管上依次设置压力调节器和喷头；

所述的传感器包括温度传感器和湿度传感器，所述的温度传感器包括空气温度传感器和土壤温度传感器，所述的温度传感器包括空气湿度传感器和土壤湿度传感器；所述的传感器、水泵与控制器无线或有线连接；

所述的pc机与控制器连接；

所述的电磁阀还与控制器连接；

进一步，所述的施肥器通过有线或无线连接方式与控制器连接。

农田自动灌溉系统的灌溉方法，其特征在于，包括如下步骤：

一、使用pc机初始化及显示启动界面；

二、设置湿度和湿度的上限及下限；

三、土壤和空气中的温度传感器、湿度传感器实施检测温度和湿度；

四、通过控制器数据处理，判断是否需要进行灌溉；如果是，进行步骤五，如果不是，回到步骤三；

五、控制器发出命令，启动水泵，打开电磁阀，水泵中的水源经过过滤器过滤后，通过电磁阀、压力调节器，经过压力调节器调节，最后通过喷头喷出，对土壤进行灌溉；

六、控制器实时接收温度传感器、湿度传感器发送的数据，当湿度和湿度符合预期时，停止灌溉，关闭电磁阀和水泵。

进一步，所述的施肥器根据需求可在灌溉时打开，施入肥料到水管中。

本发明可以利用控制器(单片机)和传感器技术针对不同地区的不同的农作物类型，土壤情况，空气温湿度，天气情况等，来调整灌溉所需用水量的大小和灌溉的时间长短。传感器的任务是收集农田间的温度和湿度，收集过程是一个动态过程，收集到数据会经过单片机的处理从而使的温度和湿度的数值出线显示屏上。最终会把收集到的信息通过无线模块发送给pc端，人可以通过控制pc端来进行农田的灌溉，很好的实现人机交互功能。肥料也可以由施肥器进入管道中，过滤器会过滤掉管道水中的杂质，过滤后的水会进入主管道中。电磁阀可以调节水管中水的流量大小，压力调节器可以调节水管中水压的大小以起到保护管路的作用。最后主管道的水可以通过支管他喷头进行灌溉。

本发明系统的主要特点是:

1、系统操作简单方便，用户只需要在显示界面输入参数就可以实现对不同农作物的灌溉要求，也能对土壤和空气的温湿度进行在线监控。

2、对不同的农作物可以做到适时、适量灌水，不仅可以满足农作物的需求，而且充分的利用了水资源，提高了生产效率。

3、成本低，操作简单，扩展性强，只需要稍微改变，就可以实现其他的功能。

附图说明

图1为本发明农田自动灌溉系统的连接示意图。

图2为本发明农田自动灌溉方法的流程图。

图3为本发明控制器的内部结构图。

具体实施方式

本发明农田自动灌溉系统，包括水源1、水泵2、载流闸阀3、施肥器4、过滤器5、电磁阀6、压力调节器7、喷头8、控制器9、传感器和pc机10。

本发明水泵2抽水口伸入水源1中，其出水口通过管路与过滤器5一端连接；该管路上依次设置载流闸阀3和连接施肥器4的出料口；过滤器另一端与主管路12一端连接；主管路另一端连接电磁阀6的一端，电磁阀另一端连接支管12；支管上依次设置压力调节器13和喷头14。灌溉中，肥料可以由施肥器进入管道中，过滤器会过滤掉管道水中的杂质，过滤后的水会进入主管道中。电磁阀可以调节水管中水的流量大小，压力调节器可以调节水管中水压的大小以起到保护管路的作用。最后主管道的水可以通过支管他喷头进行灌溉。

本发明pc机10与控制器连接；电磁阀还与控制器连接。pc机、控制器、水泵、施肥器均与外部电源连接。施肥器通过有线或无线连接方式与控制器连接。

本发明控制器选择at89c51单片机，是cmos8位单片机，它的特性就是低电压、高性能，其片内含8k字节的可反复擦写的只读程序存储器(rom)和256字节的随机存取数据存储器片内还含有通用8位中央处理器(cpu)和flash存储单元。其内部结构图如附图3所示。

本发明的传感器包括温度传感器和湿度传感器，温度传感器包括空气温度传感器和土壤温度传感器，所温度传感器包括空气湿度传感器和土壤湿度传感器；传感器、水泵与控制器无线或有线连接。本发明温度传感器—ds18b20的芯片采用了封装的方式，因此具有耐磨，耐用，体积小，使用方便等特点。可以直接将采集到的温度数据通过ds18b20z直接转换成数字信号，并发送给微控制器进行分析处理，因此可以省去许多复杂的外围电路，适用于各种复杂条件下的设备数字测量和控制领域。湿度传感器用到的是hih—系列传感器，这类传感器的特性就是线性电压输出，可以利用传感器的特性直接输入到控制器中。而且它的启动电源很低，仅需要200μa电流就很是传感器很好的与其它元器件一起工作。这类传感器还具有很好的互换性，从而间接地减少生产成本，而且还可校准单个传感器的数据。hih—400系列传感器生产成本低，实用性高，精确度高，结构简单等，传感器的多层次结构适用于各种复杂的环境，如潮湿、干燥、污垢和常用化学品具有最好的抵抗力。

如图2所示，农田自动灌溉系统的灌溉方法，包括如下步骤：

一、使用pc机初始化及显示启动界面；

二、设置湿度和湿度的上限及下限；

三、土壤和空气中的温度传感器、湿度传感器实施检测温度和湿度；

四、通过控制器数据处理，判断是否需要进行灌溉；如果是，进行步骤五，如果不是，回到步骤三；

五、控制器发出命令，启动水泵，打开电磁阀，水泵中的水源经过过滤器过滤后，通过电磁阀、压力调节器，经过压力调节器调节，最后通过喷头喷出，对农田进行灌溉；

六、控制器实时接收温度传感器、湿度传感器发送的数据，当湿度和湿度符合预期时，停止灌溉，关闭电磁阀和水泵。

在实施中，施肥器根据需求可在灌溉时打开，施入肥料到水管中。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。