一种灌溉系统及灌溉方法与流程

1.本发明涉及农业技术领域，具体的，涉及一种灌溉系统及灌溉方法。


背景技术：

2.在农业生产中，需要对田地进行浇水灌溉，现有的灌溉系统包括控制主机，控制主机控制电磁阀，当需要进行灌溉时，打开电磁阀，灌溉结束后，关闭电磁阀。
3.上述技术方案具有以下缺点：控制主机控制电磁阀后没有反馈，控制信号发出后，控制主机默认电磁阀控制成功，无法感知电磁阀失控的情况，系统安全性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对以上问题提供一种灌溉系统及灌溉方法，增强系统安全性，提高灌溉标准化程度。
5.为达到上述目的，本发明公开了一种灌溉系统，该系统包括控制主机，其特征在于，控制主机连接有变频控制器、流量计、压力表、若干电磁阀控制器，变频控制器用于控制水源水泵，流量计用于测量主管道流量，压力表用于测量主管道压力，电磁阀控制器用于控制若干电磁阀及若干水流检测开关，同一件电磁阀控制器所对应的电磁阀与水流检测开关一一对应设置、且水流检测开关位于对应电磁阀的下游。通过水流检测开关状态，判断电磁阀开启情况，增强系统安全性。
6.优选的，还包括气象站，气象站用于测量空气温度、空气湿度、风速、雨量及日照时数。气象站为灌溉决策提供数据支持。
7.优选的，控制主机还连接有云平台。云平台用于储存数据，方便使用。
8.一种利用如上所述灌溉系统的灌溉方法，包括以下步骤：s1、控制主机控制变频控制器启动水源水泵。
9.s2、控制主机通过电磁阀控制器的地址和电磁阀的port号寻址，打开对应电磁阀，等待设定时间后，控制主机通过电磁阀控制器的地址和水流检测开关port号寻址，读取对应水流检测开关的状态，其中，每个电磁阀对应一个port号，每个水流检测开关对应一个port号，电磁阀与水流检测开关的port号一一对应。
10.s3、灌溉完成后，控制主机通过电磁阀控制器的地址和电磁阀的port号寻址，关闭对应电磁阀，等待设定时间后，控制主机通过电磁阀控制器的地址和水流检测开关port号寻址，读取对应水流检测开关的状态。
11.每个电磁阀控制器可以挂载4个电磁阀和4个水流检测开关，每个电磁阀对应1个port号，每个水流检测开关对应1个port号。电磁阀与水流检测开关一一对应。
12.使用无线组网，增加1个节点，只需在配置项中增加即可，无需扩展模块，增强系统可扩展性。
13.优选的，在步骤s2中，灌溉量的公式为：etc=（kcb+ke）*eto，其中：kcb为基础作物系数，ke为土壤蒸发系数， eto为参照作物腾发量；
kcb的公式为：初始生长阶段，kcb=0.15；旺盛生长阶段，kcb=0.04t-0.85；生长中期阶段，kcb=1.15；生长末期阶段，kcb=-0.06t+5.95；其中，t为作物生长天数；ke的公式为：ke=min[kr*（kcmax-kcb），few* kcmax]；其中：kr为土壤蒸发减少系数，kr的公式为：de≤rew时，kr=1；rew≤de≤tew时，kr= de [1/（rew-tew）]
‑ꢀ
[tew /（rew-tew）]其中：θ为土壤含水量（m3/ m3）；tew为总蒸发水量，它等于表层土壤在完全湿润时可以被蒸发水量的最大深度（mm）；tew的公式为：tew=1000（θ
fc-0.5θ
wp
）z;其中：θ
fc
为田间持水率（m3/ m3）；θ
wp
为凋萎含水率（m3/ m3）；z为由于蒸发而变干的表土层深度（m）。
[0014]
其中：de的公式为：dei= dei-1-（pi-roi）-（ii/ fw）+（ei/ few）+tewi+dpei；其中：dei为第i天土壤完全湿润后的累积蒸发深度（mm）；dei-1
为第i-1天末裸露和湿润土壤完全湿润后的累积蒸发深度（mm）；pi为第i天的降雨量（mm）；roi为第i天的降雨形成的地表径流量（mm）；ii为第i天渗入土壤的灌溉深度（mm）；ei为第i天的蒸发量（mm）；tewi为第i天湿润和裸露表层土壤的蒸腾深度（mm）；dpei为第i天当土壤含水率超过田间持水率时产生的深层渗漏损失（mm）；fw为降雨或灌溉湿润的土壤面积平均比值（0.01-1）；few为裸露和湿润土壤表面的比值；few的公式为：few=min（1-fc，fw）；其中：1-fc为裸露土壤面积的平均比值（0.01-1）；kc=｛1.2+[0.04（μ
2-2）-0.004（rhmin-45）]（hmax/3）
0.3
｝（kcb+0.05）；其中：kcmax为kc的最大值；μ2为日两米处的风速（m/s）；rhmin为日最小湿度（%）；hmax为日作物最大高度（m）；eto的公式为：eto =[0.408δ（rn-g）+γ（900/t2+273）μ2（e
s-ea）]/ [δ+γ(1+
0.34μ2) ]；其中：rn为作物表面的净辐射[mj/（m2day）]；g为土壤热通量[mj/（m2day）]；t2为两米处的空气温度（℃）；μ2为日两米处的风速（m/s）；es为饱和水气压（kpa）；ea为实际水气压（kpa）；e
s-ea为饱和水气压差（kpa）；δ为水气压曲线斜率（kpa/℃）；γ为湿度计常数（kpa/℃）。
[0015]
优选的，rhmin由气象站提供或由水气压计算，rhmin的公式为：rhmin=100（e0tdew）/（e0tmax），或者，rhmin=100（e0tmin）/（e0tmax）；其中：tdew为日露点温度（℃）；tmax为日最高气温（℃）；tmin为日最低气温。
[0016]
满足灌溉要求，实现灌溉标准化，方便管理。
[0017]
优选的，初始生长阶段，fc=0.0-0.1，1
‑ꢀ
fc=1.0-0.9；旺盛生长阶段，fc=0.1-0.8，1
‑ꢀ
fc=0.9-0.2；生长中期阶段，fc=0.8-1.0，1
‑ꢀ
fc=0.2-0.0；生长末期阶段，fc=0.8-0.2，1
‑ꢀ
fc=0.2-0.8；或者，fc的公式为：fc=[（kcb-kcmin）/（kcmax
‑ꢀ
kcmin）]
（1+0.5h）
；其中：kcmin为kc的最小值；h为作物的平均高度（m）。
[0018]
满足灌溉要求，实现灌溉标准化，方便管理。
[0019]
优选的，降雨条件下，fw=1.0；喷灌条件下，fw=1.0；漫灌条件下，fw=1.0；畦灌条件下，fw=1.0；畦灌条件下，fw=1.0；沟灌窄底条件下，fw=0.6-1.0；沟灌宽底条件下，fw=0.4-0.6；沟灌间隔沟条件下，fw=0.3-0.5；滴灌条件下，fw=0.3-0.4。
[0020]
满足灌溉要求，实现灌溉标准化，方便管理。
[0021]
优选的，rn的公式为：rn=rns
‑ꢀ
rnl；其中：rns净太阳辐射[mj/（m2day）]；rns的公式为：rns=（1-a）rs；
其中：a为反射率，为0.23；rs为太阳辐射量[mj/（m2day）]；rs的公式为：rs=[as+bs（n/n）]ra；其中：n为实际日照持续时间（hour）；n为最大日照持续时间（hour）；ra为天顶辐射[mj/（m2day）]；as为回归常数，为0.25；bs为回归常数，为0.50；其中：rnl为净输出长波辐射[mj/（m2day）]；rnl 的公式为：rnl=σ｛ [（tmax+273）4+ （tmin+273）4]/4｝（0.34-0.14e
a1/2
）[1.35（rs/rso）-0.35]；其中：σ为4.903*10-9
[mj/（k4m2day）]；rso为满足灌溉要求，实现灌溉标准化，方便管理。
[0022]
优选的，γ=0.665*10-3
p;其中：p为大气压。
[0023]
满足灌溉要求，实现灌溉标准化，方便管理。
[0024]
综上所述，本发明的有益效果在于：通过水流检测开关状态，判断电磁阀开启情况，增强系统安全性，实现标准化管理。
附图说明
[0025]
图1是本发明一种灌溉系统的结构示意图；图2是本发明一种灌溉系统中管道的结构示意图。
具体实施方式
[0026]
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。
[0027]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0028]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0029]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
申请中的具体含义。
[0030]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：实施例1，如图1、2所示，一种灌溉系统，包括控制主机，控制主机连接有变频控制器、流量计、压力表、若干电磁阀控制器，变频控制器用于控制水源水泵，流量计用于测量主管道流量，压力表用于测量主管道压力，电磁阀控制器用于控制若干电磁阀及若干水流检测开关，同一件电磁阀控制器所对应的电磁阀与水流检测开关一一对应设置、且水流检测开关位于对应电磁阀的下游。
[0031]
压力表实时采集主管道压力，判断管道是否有泄漏。
[0032]
优选的，控制主机及变频控制器采用现有技术，如控制主机采用zh-ii-imcu，变频控制器采用vm1000b。
[0033]
控制主机通过网络与变频控制器通信，电磁阀控制器采用太阳能加锂电池供电。
[0034]
控制主机通过lora组网与多个电磁阀控制器组成无线局域网。控制主机与电磁阀控制在局域网中拥有唯一的编号，控制主机和电磁阀控制器通过唯一编号识别。现有大部分电磁阀都是使用有线连接，有线连接，施工复杂，可扩展性差，且在农业生产过程中需要翻地，易造成系统故障。使用无线通信，减少施工量。
[0035]
每个电磁阀控制器可以挂载4个电磁阀和4个水流检测开关，每个电磁阀对应1个port号，每个水流检测开关对应1个port号。电磁阀与水流检测开关一一对应。
[0036]
使用无线组网，增加1个节点，只需在配置项中增加即可，无需扩展模块，增强系统可扩展性。
[0037]
当电磁阀打开，下游有水流，水流检测开关反馈1；当电磁阀关闭，下游无水流，水流检测开关反馈0。
[0038]
控制主机通过电磁阀控制器的地址和电磁阀对应的port号寻址，准确控制电磁阀，控制主机通过电磁阀控制器的地址和水流检测开关的port号寻址，准确读取水流开关状态。通过水流检测开关状态，判断电磁阀开启情况，增强系统安全性。
[0039]
还包括气象站，气象站用于测量空气温度、空气湿度、风速、雨量及日照时数。气象站为灌溉决策提供数据支持。
[0040]
控制主机还通过网络连接有云平台。云平台用于储存数据，方便使用。
[0041]
实施例2，现有技术中，灌溉方法都是由种植人员根据种植经验进行灌溉，每个人管理方式不一样，没法做到标准化管理。
[0042]
一种利用如实施例1所述灌溉系统的灌溉方法，包括以下步骤：s1、控制主机控制变频控制器启动水源水泵；水源水泵向整个系统供水。
[0043]
s2、控制主机通过电磁阀控制器的地址和电磁阀的port号寻址，打开对应电磁阀，等待设定时间后，优选的，等待时间为一分钟，控制主机通过电磁阀控制器的地址和水流检测开关port号寻址，读取对应水流检测开关的状态，其中，每个电磁阀对应一个port号，每个水流检测开关对应一个port号，电磁阀与水流检测开关的port号一一对应，若水流检测开关反馈1，则判断打开正常；若水流检测开关反馈0，则判断电磁阀打开异常；使用时，方便控制主机精确控制每一件电磁阀及读取每一件水流检测开关。
[0044]
在步骤s2中，灌溉量的公式为：etc=（kcb+ke）*eto，其中：kcb为基础作物系数，ke为土壤蒸发系数， eto为参照作物腾发量。
[0045]
其中：kcb的公式为：初始生长阶段，kcb=0.15；旺盛生长阶段，kcb=0.04t-0.85；生长中期阶段，kcb=1.15；生长末期阶段，kcb=-0.06t+5.95；其中，t为作物生长天数；具体作物各生长阶段如何确定为现有技术，在此不再赘述，例如，本实施例中，以作物芦荟进行说明。
[0046]
初始生长阶段，1≤t≤25时，kcb=0.15；旺盛生长阶段，25≤t≤50时，kcb=0.04t-0.85；生长中期阶段，50≤t≤80时，kcb=1.15；生长末期阶段，80≤t≤100时，kcb=-0.06t+5.95。
[0047]
其中：ke的公式为：ke=min[kr*（kcmax-kcb），few* kcmax]。
[0048]
其中：kr为土壤蒸发减少系数，kr的公式为：de≤rew时，kr=1；rew≤de≤tew时，kr= de [1/（rew-tew）]
‑ꢀ
[tew /（rew-tew）]其中：θ为土壤含水量（m3/ m3）；rew为易蒸发水量；tew为总蒸发水量，它等于表层土壤在完全湿润时可以被蒸发水量的最大深度（mm）；tew的公式为：tew=1000（θ
fc-0.5θ
wp
）z;其中：θ
fc
为田间持水率（m3/ m3）；θ
wp
为凋萎含水率（m3/ m3）；z为由于蒸发而变干的表土层深度（m）。
[0049]
其中：de的公式为：dei= dei-1-（pi-roi）-（ii/ fw）+（ei/ few）+tewi+dpei；其中：dei为第i天土壤完全湿润后的累积蒸发深度（mm）；dei-1
为第i-1天末裸露和湿润土壤完全湿润后的累积蒸发深度（mm）；pi为第i天的降雨量（mm）；roi为第i天的降雨形成的地表径流量（mm）；ii为第i天渗入土壤的灌溉深度（mm）；ei为第i天的蒸发量（mm）；tewi为第i天湿润和裸露表层土壤的蒸腾深度（mm）；dpei为第i天当土壤含水率超过田间持水率时产生的深层渗漏损失（mm）；fw为降雨或灌溉湿润的土壤面积平均比值（0.01-1）；few为裸露和湿润土壤表面的比值；few的公式为：few=min（1-fc，fw）；其中：1-fc为裸露土壤面积的平均比值（0.01-1）。
[0050]
kc=｛1.2+[0.04（μ
2-2）-0.004（rhmin-45）]（hmax/3）
0.3
｝（kcb+0.05）；其中：kcmax为kc的最大值；μ2为日两米处的风速（m/s）；rhmin为日最小湿度（%）；hmax为日作物最大高度（m）。
[0051]
初始生长阶段，fc=0.0-0.1，1
‑ꢀ
fc=1.0-0.9；旺盛生长阶段，fc=0.1-0.8，1
‑ꢀ
fc=0.9-0.2；生长中期阶段，fc=0.8-1.0，1
‑ꢀ
fc=0.2-0.0；生长末期阶段，fc=0.8-0.2，1
‑ꢀ
fc=0.2-0.8；或者，fc的公式为：fc=[（kcb-kcmin）/（kcmax
‑ꢀ
kcmin）]
（1+0.5h）
；其中：kcmin为kc的最小值；h为作物的平均高度（m）。
[0052]
fw为降雨或灌溉湿润的土壤面积平均比值（0.01-1）；降雨条件下，fw=1.0；喷灌条件下，fw=1.0；漫灌条件下，fw=1.0；畦灌条件下，fw=1.0；畦灌条件下，fw=1.0；沟灌窄底条件下，fw=0.6-1.0；沟灌宽底条件下，fw=0.4-0.6；沟灌间隔沟条件下，fw=0.3-0.5；滴灌条件下，fw=0.3-0.4。
[0053]
其中：eto的公式为：eto =[0.408δ（rn-g）+γ（900/t2+273）μ2（e
s-ea）]/ [δ+γ(1+0.34μ2) ]；其中：rn为作物表面的净辐射[mj/（m2day）]；g为土壤热通量[mj/（m2day）]；t2为两米处的空气温度（℃）；μ2为日两米处的风速（m/s）；es为饱和水气压（kpa）；ea为实际水气压（kpa）；e
s-ea为饱和水气压差（kpa）；δ为水气压曲线斜率（kpa/℃）；γ为湿度计常数（kpa/℃）；优选的，γ=0.665*10-3
p;其中：p为大气压。
[0054]
rhmin由气象站提供或由水气压计算，rhmin的公式为：
rhmin=100（e0tdew）/（e0tmax），或者，rhmin=100（e0tmin）/（e0tmax）；其中：e0t为某温度下饱和水气压，如何确定某温度下饱和水气压采用现有技术，在此不再赘述。
[0055]
tdew为日露点温度（℃），e0tdew为日露点温度下饱和水气压；tmax为日最高气温（℃），e0tmax为日最高气温下饱和水气压；tmin为日最低气温（℃），e0tmin为日最低气温下饱和水气压。
[0056]
rn的公式为：rn=rns
‑ꢀ
rnl；其中：rns净太阳辐射[mj/（m2day）]；rns的公式为：rns=（1-a）rs；其中：a为反射率，为0.23；rs为太阳辐射量[mj/（m2day）]；rs的公式为：rs=[as+bs（n/n）]ra；其中：n为实际日照持续时间（hour）；n为最大日照持续时间（hour）；ra为天顶辐射[mj/（m2day）]；as为回归常数，为0.25；bs为回归常数，为0.50；其中：rnl为净输出长波辐射[mj/（m2day）]；rnl 的公式为：rnl=σ｛ [（tmax+273）4+ （tmin+273）4]/4｝（0.34-0.14e
a1/2
）[1.35（rs/rso）-0.35]；其中：σ为4.903*10-9
[mj/（k4m2day）]；rso为晴空太阳辐射[mj/（m2day）]；当n=n，rso =（as+bs）ra。
[0057]
s3、灌溉完成后，控制主机通过电磁阀控制器的地址和电磁阀的port号寻址，关闭对应电磁阀，等待设定时间后，优选的，等待时间为一分钟，控制主机通过电磁阀控制器的地址和水流检测开关port号寻址，读取对应水流检测开关的状态，若水流检测开关反馈0，则判断电磁阀关闭正常；若水流检测开关反馈1，则判断电磁阀打开异常。
[0058]
每个地块灌溉量强度相同，实现标准化生产。
[0059]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。