一种生态农业智能灌溉系统及其方法与流程

本发明涉及灌溉技术领域，具体是一种生态农业智能灌溉系统及其方法。

背景技术：

在灌溉技术中，喷灌技术是利用喷头将液体喷射到空中形成细小水滴均匀散布在农田中达到灌溉目的，该技术存在液体经过喷灌组件形成细小水滴后与空气的接触面积增加，导致细小水滴的温度过低，落在地面上会使土温急剧下降，影响植物根系的吸水能力，为了解决上述问题需要提供一种能够调节灌溉水温的生态农业智能灌溉系统。

技术实现要素：

发明目的：提供一种生态农业智能灌溉系统及其方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种生态农业智能灌溉系统包括：水源箱，与水源箱连通的动力源，与动力源连通的至少一个喷灌组件，以及固定安装在水源箱内部的加热器，所述喷灌组件等分分布在土壤上方，所述加热器对水源箱内的液体加热。

在进一步的实施例中，还包括固定安装在土壤内的至少一个第一温度传感器，以及与喷灌组件固定连接的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器都与加热器电连接，所述第一温度传感器监测土壤的温度，所述第二温度传感器监测空气的温度，所述加热器根据第一温度传感器和第二温度传感器监测的温度调节水源箱内的液体温度，通过将第一温度传感器安装在土壤内，将第二温度传感器与喷灌组件固定连接，能够同时检测土壤和空气的温度，加热器根据第一温度传感器和第二温度传感器监测的温度调节水源箱内的液体温度，能够在夏天使喷灌组件喷出温度高于土壤温度，低于空气温度的细小水滴，解决了土温急剧下降，影响植物根系的吸水能力，以及水温过高落在树叶上导致植物蒸腾速率过快使植物失水过多的问题。

在进一步的实施例中，所述水源箱包括热水箱和冷水箱，所述动力源包括与热水箱连通的第一水泵，以及与冷水箱连通的第二水泵，所述第一水泵和第二水泵的输出端通过三通接头与喷灌组件连通，所述加热器固定安装在热水箱内，所述冷水箱内还固定安装有冷凝器，所述第一水泵和第二水泵电连接，通过三通接头能够使第一水泵和第二水泵以相配合的功率从安装有加热器的热水箱和安装有冷凝器的冷水箱中抽出相应比例的热水和冷水，在经过三通接头混合后使液体能够达到合适的温度后再从喷灌组件喷出，解决了液体温度调节缓慢的问题。

在进一步的实施例中，所述喷灌组件包括与地面固定连接的第一直线运动机构，与第一直线运动机构固定连接的喷头，以及固定安装在喷头上方的风速测试仪，所述风速测试仪与第一直线运动机构电连接，所述第一直线运动机构驱动喷头和风速测试仪做竖向直线运动，所述喷头与动力源连通，通过风速测试仪能够检测风速，通过与风速测试仪电连接的第一直线运动机构能够根据风速调节喷头的高度，在风速过高时将喷头的高度调节至树叶的位置，解决了现有技术中喷头喷出的细小水滴容易被强风吹散无法达到为植物浇水和为树叶降温的问题。

在进一步的实施例中，生态农业智能灌溉系统还包括移动机器人，所述移动机器人包括与喷灌组件的第一直线运动机构固定连接的机器人本体，与机器人本体的底端转动连接的驱动轮组件，所述驱动轮包括与机器人本体的底端转动连接的至少两个相配合的履带，所述移动机器人带动喷灌组件在地面上移动。

所述机器人本体内还转动连接有收线盘，所述喷头通过水管与压力源连通，所述水管缠绕在收线盘上，通过与喷灌组件的直线运动机构固定连接的移动机器人能够带动喷灌组件在地面上移动，使喷头对其他区域的植物浇水以及为树叶降温，通过收线盘还能够避免水管散落在地面上被履带轧破，降低了水管的损坏率。

在进一步的实施例中，所述水管分布在土壤内，所述水管的侧面固定安装有至少一个快速接头子体，所述水管的一端与动力源连通，另一端与水源箱连通；

所述移动机器人还包括与机器人本体固定连接的第二直线运动机构，以及与第二直线运动机构固定连接的快速接头母体，所述喷头与快速接头子体连通，所述快速接头子体与快速接头母体相配合，所述移动机器人带动快速接头母体移动至预定位置的快速接头子体上方，然后第二直线运动机构带动快速接头母体向快速接头子体做直线运动，使水管向喷头方向供水，通过一端与动力源连通，另一端与水源箱连通的水管，能够使动力源将水源箱内的液体送入水管内，然后从水管的另一端输送回水源箱内，保证水管内的液体的流动性，又通过将水管分布在土壤内，通过土壤对水管进行保温能够减少水管内液体的温度损耗，通过快速接头使喷头与水管主体能够分离，减少喷头与水源箱之间液体的存储量，进一步的降低了喷灌组件刚开始进行工作时喷出温度低的细小水滴的数量，进一步的解决了细小水滴的温度过低，落在地面上会使土温急剧下降的问题。

基于生态农业智能灌溉系统的灌溉方法包括：s1.在喷灌之前，第一温度传感器检测土壤内温度，第二温度传感器检测空气温度，然后加热器根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度调节水源箱内的液体温度。

s2.在昼夜温差大的地区，加热器对热水箱内的液体加热，冷凝器对冷水箱内的液体降温，在喷灌之前，第一温度传感器检测土壤内温度，第二温度传感器检测空气温度，然后第一水泵和第二水泵根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度调节输出功率，达到调节水温的目的。

s3.当风速超出预定值时，第一直线运动机构带动喷头向地面方向做直线运动，然后喷灌组件喷水为植物浇水，以及为树叶降温。

s4.喷灌组件执行完s3的工作后，当树林茂密，树叶阻挡喷灌组件喷出的水穿过植物向预定区域喷水时，第一直线运动机构再次带动喷灌组件向地面方向做直线运动，然后移动机器人带动喷灌组件向预定区域移动，到达预定区域内之后，第一直线运动机构先向远离地面方向做直线运动，使用风速测试仪测试风速，当风速低于预定值时，喷灌组件立即喷水进行喷灌工作，当风速高于预定值时，喷灌组件和移动机器人再次执行s3和s4的工作。

有益效果：本发明公开了一种生态农业智能灌溉系统及其方法，通过加热器对水源箱内的液体加热，使喷灌组件喷灌工作时喷出的是加热后的液体，解决了现有技术中喷灌组件形成细小水滴后与空气的接触面积增加，导致细小水滴的温度过低，落在地面上会使土温急剧下降，影响植物根系的吸水能力的问题。

附图说明

图1是本发明的装配示意图。

图2是本发明的移动机器人示意图。

图3是本发明的水管分布原理示意图。

图1至图3所示附图标记为：水源箱1、动力源2、喷灌组件3、热水箱11、冷水箱12、第一水泵21、第二水泵22、第一直线运动机构31、喷头32、风速测试仪33、移动机器人34、机器人本体341、驱动轮组件342、第二直线运动机构35、快速接头本体36、快速接头子体361、快速接头母体362。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人在研发灌溉设备时，发现在现有的喷灌技术中由于液体经过喷灌组件形成细小水滴后与空气的接触面积增加，导致细小水滴的温度过低，落在地面上会使土温急剧下降，严重影响了植物根系的吸水能力，尤其是梨树和苹果树等果树类植物由于吸水能力的降低直接导致了果实的产量和品质的下降，为了解决上述问题，申请人研发了能够调节灌溉水温的生态农业智能灌溉系统。

该生态农业智能灌溉系统包括：水源箱1、动力源2、喷灌组件3、热水箱11、冷水箱12、第一水泵21、第二水泵22、第一直线运动机构31、喷头32、风速测试仪33、移动机器人34、机器人本体341、驱动轮组件342、第二直线运动机构35、快速接头本体36、快速接头子体361和快速接头母体362。

水源箱1是存储有喷灌液体的箱体，在水源箱1内还固定安装有加热器，动力源2是水泵，至少有一个喷灌组件3，喷灌组件3包括支撑杆和喷头32，支撑杆与地面固定连接，喷头32固定安装在支撑杆的顶端，喷头32通过水管与动力源2连通，喷灌组件3等分分布在土壤上方，加热器对水源箱1内的液体加热。

在进一步的实施例中，虽然通过加热器对水源箱1内的液体加热，能够解决喷头32喷出的细小水滴温度过低落在地面上之后导致土温急剧下降的问题，但是在夏天喷灌除了给植物浇水外，还有给树叶降温的作用，水温过高的液体落在树叶上不仅无法给树叶降温，还会导致植物蒸腾速率过快使植物失水过多的问题。

为了解决上述问题，生态农业智能灌溉系统还包括固定安装在土壤内的至少一个第一温度传感器，以及与喷灌组件3固定连接的第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器都与加热器电连接，第一温度传感器监测土壤的温度，第二温度传感器监测空气的温度，加热器根据第一温度传感器和第二温度传感器监测的温度调节水源箱1内的液体温度，其中，第二温度传感器固定安装在喷头32的上方。

工作原理：在喷灌之前，第一温度传感器检测土壤内温度，第二温度传感器检测空气温度，然后加热器根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度调节水源箱1内的液体温度。

通过将第一温度传感器安装在土壤内，将第二温度传感器与喷灌组件3固定连接，能够同时检测土壤和空气的温度，加热器根据第一温度传感器和第二温度传感器监测的温度调节水源箱1内的液体温度，能够在夏天使喷灌组件3喷出温度高于土壤温度，低于空气温度的细小水滴，解决了土温急剧下降，影响植物根系的吸水能力，以及水温过高落在树叶上导致植物蒸腾速率过快使植物失水过多的问题。

在进一步的实施例中，在温差较大的地区，仅使用加热器对水源箱1内液体直接加热还存在无法及时调节液体温度的问题。

为了解决上述问题，水源箱1包括热水箱11和冷水箱12，动力源2包括与热水箱11连通的第一水泵21，以及与冷水箱12连通的第二水泵22，第一水泵21和第二水泵22的输出端通过三通接头与喷灌组件3连通，加热器固定安装在热水箱11内，冷水箱12内还固定安装有冷凝器，第一水泵21和第二水泵22电连接。

工作原理：在昼夜温差大的地区，加热器对热水箱11内的液体加热，冷凝器对冷水箱12内的液体降温，在喷灌之前，第一温度传感器检测土壤内温度，第二温度传感器检测空气温度，然后第一水泵21和第二水泵22根据第一温度传感器和第二温度传感器检测到的温度调节输出功率，使第一水泵21和第二水泵22的输出功率相配合，保证总输出流量不变的情况下改变冷水和热水的比例，达到调节水温的目的。

通过三通接头能够使第一水泵21和第二水泵22以相配合的功率从安装有加热器的热水箱11和安装有冷凝器的冷水箱12中抽出相应比例的热水和冷水，在经过三通接头混合后使液体能够达到合适的温度后再从喷灌组件3喷出，解决了液体温度调节缓慢的问题。

在进一步的实施例中，当遇到强风等恶劣天气时，存在喷头32喷出的细小水滴容易被强风吹散无法达到为植物浇水和为树叶降温的问题。

为了解决上述问题，喷灌组件3包括与地面固定连接的第一直线运动机构31，与第一直线运动机构31固定连接的喷头32，以及固定安装在喷头32上方的风速测试仪33，风速测试仪33与第一直线运动机构31电连接，第一直线运动机构31驱动喷头32和风速测试仪33做竖向直线运动，喷头32与动力源2连通，使用第一直线运动机构31代替长度固定的支撑杆，能够调节喷头32、第二温度传感器和风速测试仪33的高度，其中，第一直线运动机构31是滚珠丝杠机构，齿轮齿条机构、气缸、液压缸或机械臂，在图1和2所示的实施中第一直线运动机构31是气缸。

工作原理：当风速测试仪33检测到风速超出预定值时，第一直线运动机构31带动喷头32向地面方向做直线运动，然后喷灌组件3喷水为植物浇水，以及为树叶降温。

在进一步的实施例中，在强风天气时，虽然直线运动机构能够调节喷头32的高度，但是喷头32喷出的细小水滴会被树叶和树干阻挡，减小了喷头32的工作范围，存在无法为其他区域的植物浇水以及为树叶降温的问题。

为了解决上述问题，生态农业智能灌溉系统还包括移动机器人34，移动机器人34包括与喷灌组件3的第一直线运动机构31固定连接的机器人本体341，与机器人本体341的底端转动连接的驱动轮组件342，驱动轮包括与机器人本体341的底端转动连接的至少两个相配合的履带，移动机器人34带动喷灌组件3在地面上移动。

机器人本体341内还转动连接有收线盘，喷头32通过水管与压力源连通，水管缠绕在收线盘上。

工作原理：当风速测试仪33检测到风速超出预定值时，第一直线运动机构31带动喷头32向地面方向做直线运动，然后喷灌组件3喷水为植物浇水，以及为树叶降温。

在喷灌组件3执行工作完成后，通过第一温度传感器检测土壤温度，判断是否存在因树林茂密，树叶阻挡喷灌组件3喷出的水穿过植物向预定区域喷水而出现未被喷灌的区域，以在喷灌完成后温度未发生变化的土壤所在区域为预定区域。

当检测到存在未被喷灌的预定区域时，第一直线运动机构31再次带动喷灌组件3向地面方向做直线运动，避免移动机器人34带动喷灌组件3移动时使喷灌组件3碰到树枝或果实，然后移动机器人34带动喷灌组件3向预定区域移动。

到达预定区域内之后，第一直线运动机构31先向远离地面方向做直线运动，使用风速测试仪33测试风速，当风速低于预定值时，喷灌组件3立即喷水进行喷灌工作，当风速高于预定值时，风速测试仪33、喷灌组件3、移动机器人34和第一温度传感器重复上述步骤进行喷灌工作。

通过与喷灌组件3的直线运动机构固定连接的移动机器人34能够带动喷灌组件3在地面上移动，使喷头32对其他区域的植物浇水以及为树叶降温，通过收线盘还能够避免水管散落在地面上被履带轧破，降低了水管的损坏率。

在进一步的实施例中，由于压力源到喷灌组件3之间的水管暴露在空气中是持续散热的过程，当喷灌组件3刚开始进行工作时，喷灌组件3喷出的细小水滴温度是远低于水源箱1内的温度的，再经过在空中的散热仍存在细小水滴的温度过低的问题。

为了解决上述问题，生态农业智能灌溉系统还包括快速接头本体36，快速接头本体36包括快速接头母体362和快速接头子体361，水管分布在土壤内，水管的侧面固定安装有至少一个快速接头子体361，水管的一端与动力源2连通，另一端与水源箱1连通。

移动机器人34还包括与机器人本体341固定连接的第二直线运动机构35，以及与第二直线运动机构35固定连接的快速接头母体362，喷头32与快速接头子体361连通，快速接头子体361与快速接头母体362相配合，移动机器人34带动快速接头母体362移动至预定位置的快速接头子体361上方，然后第二直线运动机构35带动快速接头母体362向快速接头子体361做直线运动，使水管向喷头32方向供水，其中，第二直线运动机构35是滚珠丝杠机构，齿轮齿条机构、气缸或液压缸，在图2所示的实施中第二直线运动机构31是气缸。

快速接头本体36是单路开闭的快速接头，在快速接头母体362和快速接头子体361分离后，快速接头子体361内的阀芯自锁，防止水管内液体流出，快速接头母体362打开，将喷头32内的液体排出，防止下次工作刚开始时喷出的是上次工作后存储的经过散热后的液体。

通过一端与动力源2连通，另一端与水源箱1连通的水管，能够使动力源2将水源箱1内的液体送入水管内，然后从水管的另一端输送回水源箱1内，保证水管内的液体的流动性，又通过将水管分布在土壤内，通过土壤对水管进行保温能够减少水管内液体的温度损耗，通过快速接头使喷头32与水管主体能够分离，减少喷头32与水源箱1之间液体的存储量，进一步的降低了喷灌组件3刚开始进行工作时喷出温度低的细小水滴的数量，进一步的解决了细小水滴的温度过低，落在地面上会使土温急剧下降的问题。