一种青稞水分高效利用系统及控制方法

本发明属于浇灌领域，具体涉及一种青稞水分高效利用系统及控制方法。

背景技术：

1、青稞是我国西南高原地区普遍栽培的一种农作物。随着人民膳食结构及产业结构的调整，青稞的加工和食用地位得到了日益提高。由于青稞生长在高原地区，其生长环境限制了青稞的大规模种植，而青稞生长过程中又需要保持足够的水分，因此在水资源匮乏的高原地区，如何充分有效利用水资源，对青稞进行灌溉，是目前重点需要考虑的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种青稞水分高效利用系统及控制方法，以解决青稞灌溉时水分利用效率较低的问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种青稞水分高效利用系统，包括控制装置、分别与该控制装置连接的浇灌装置、光纤形变传感器以及设于相邻两行青稞之间的水分检测利用装置，所述水分检测利用装置包括平行于对应行青稞的集水槽，所述集水槽的上方为开口且两端为闭口，其被划分成相互连通的多个段，每段内均设有一个检测单元，所述检测单元包括支撑块、伸缩杆和海绵块，所述伸缩杆的第一端固定在该集水槽的槽底，第二端与平行于该槽底的支撑块的下表面连接，所述海绵块固定在该支撑块的上表面，所述光纤形变传感器中的传感光纤依次穿过所述集水槽中的各个支撑块，各个支撑块与其内的光纤段固定连接；

3、在浇灌中，所述检测单元中的海绵块吸收水分，吸收水分的海绵块重力增大，在该重力作用下该伸缩杆收缩，该海绵块和支撑块下移，从而使该支撑块内的光纤段发生形变，其中该海绵块内的吸水量用于反映土壤湿度，该海绵块的吸水量不同，对应地该支撑块的下移距离不同，该支撑块内的光纤段形变不同；所述光纤形变传感器将其检测到的光纤形变发送给该控制装置；

4、所述控制装置在本地存储有光纤形变与土壤湿度的对应关系，其根据该光纤形变传感器检测到的光纤形变，确定土壤湿度，根据该确定的土壤湿度，对所述浇灌装置进行控制，并且在浇灌完成后，控制该水分检测利用装置将该集水槽的槽底向上移动，直至从该集水槽的两槽边移出，从而将该集水槽内的水浇灌至两侧土壤。

5、在一种可选的实现方式中，所述控制装置控制该浇灌装置向对应浇灌区域的青稞进行浇灌，针对其控制该浇灌装置开始浇灌之后接收到的每个第一光纤形变，确定该浇灌区域内该光纤段在本次第一光纤形变中，相对于该传感光纤中参考点发生的形变大小，所述参考点为该传感光纤中绝对不发生形变的参考位置，判断该浇灌区域内各个光纤段的形变大小对应的土壤湿度是否均达到预设土壤湿度，若是，则控制该浇灌装置停止浇灌，否则，控制该浇灌装置继续浇灌；

6、所述控制装置针对控制该浇灌装置停止浇灌之后接收到的每个第二光纤形变，分别判断该浇灌区域内各个光纤段在本次第二光纤形变中的形变大小是否等于在上一次第二光纤形变中的形变大小，若是，则根据该光纤段在本次第二光纤形变中的形变大小，查找出对应的土壤湿度，将该土壤湿度作为该光纤段对应区域的土壤实际湿度。

7、在另一种可选的实现方式中，所述检测单元还包括与该伸缩杆配对的弹簧，该弹簧固定在该集水槽的槽底上，所述伸缩杆穿设在该弹簧内，该弹簧可上下拉伸，该伸缩杆和弹簧的初始高度差用于表示为了达到预设土壤湿度，该海绵块和支撑块应下移的距离；

8、当该支撑块下移至与该弹簧接触后，若该海绵块进一步吸收水分，则该海绵块的重量进一步增大，在该海绵块的重力作用下，该支撑块下移压缩该弹簧，在该弹簧的弹力作用下，该支撑块做上下来回运动，对应地该支撑块内的光纤段也发生上下来回运动的形变；

9、所述控制装置控制该浇灌装置向对应浇灌区域的青稞进行浇灌，针对控制该浇灌装置停止浇灌之后接收到的第一光纤形变，确定本次第一光纤形变中，该浇灌区域内各个光纤段相对于该传感光纤中参考点发生的形变大小，所述参考点为该传感光纤中绝对不发生形变的参考位置，判断该浇灌区域内各个光纤段的形变大小对应的土壤湿度是否均达到预设土壤湿度，若是，则控制该浇灌装置停止浇灌，否则，控制该浇灌装置继续浇灌；

10、所述控制装置针对控制该浇灌装置停止浇灌之后接收到的第二光纤形变，利用该参考点使各次接收的第二光纤形变进行对准，针对该传感光纤在该浇灌区域内的每个光纤段，判断该光纤段在本次第二光纤形变中相对于该参考点的形变大小是否等于该光纤段在上一次第二光纤形变中相对于该参考点的形变大小，若是，则表示该光纤段对应支撑块上下运动达到平衡，此时将该光纤段在本次第二光纤形变中相对于该参考点的形变大小作为最终形变，计算出该光纤段在各次第二光纤形变中的形变大小与该最终形变的差值，确定计算出的各个差值中的最大差值，从本地查找出与该最大差值对应的土壤湿度，将该土壤湿度作为该光纤段对应区域的土壤实际湿度。

11、在另一种可选的实现方式中，所述检测单元还包括第一滑轮、第一挡板、第二滑轮和第二挡板，针对该集水槽的每段，所述槽底在该段的起始和终止位置处分别向上延伸出第一门型框架和第二门型框架，所述第一门型框架朝向该槽底的一侧固定有该第一滑轮，所述第二门型框架朝向该槽底的一侧固定有该第二滑轮，该第一挡板和第二挡板均竖直设置，两者分别用于将与该段相邻的前后两段隔离开，与该第一挡板连接的第一拉绳绕过该第一滑轮与该检测单元中的支撑块固定连接，与该第二挡板连接的第二拉绳绕过该第二滑轮与该支撑块固定连接，该第一挡板与该第一门型框架的两侧抵接，该第一门型框架的两侧与该集水槽的两槽边抵接，该第二挡板与该第二门型框架的两侧抵接，该第二门型框架的两侧与该集水槽的两槽边抵接；

12、初始状态下，该第一挡板和第二挡板均与该槽底抵接，该第一拉绳和第二拉绳均处于拉直状态；当该支撑块下移时，其通过该第一拉绳将该第一挡板拉起，通过该第二拉绳将第二挡板拉起，使该第一挡板和第二挡板离开槽底，从而使各段相连通；在该支撑块下移至与其正下方的弹簧抵接后，该支撑块继续下移，在该弹簧的弹力作用下，该支撑块做上下来回运动，同时带动该第一挡板和第二挡板做上下来回运动，其中该海绵块吸收的水分量越多，在该弹簧的弹力作用下，该支撑块带动该第一挡板和第二挡板做上下来回运动的幅度越大，该段内收集的水分越容易被传递至其相邻段内。

13、根据本发明实施例的第二方面，还提供一种上述青稞水分高效利用系统的控制方法，包括：

14、步骤s110、在浇灌中，检测单元中的海绵块吸收水分，吸收水分的海绵块重力增大，在该重力作用下伸缩杆收缩，该海绵块和支撑块下移，从而使该支撑块内的光纤段发生形变，其中该海绵块内的吸水量用于反映土壤湿度，该海绵块的吸水量不同，对应地该支撑块的下移距离不同，该支撑块内的光纤段形变不同；

15、步骤s120、光纤形变传感器将其检测到的光纤形变发送给控制装置；

16、步骤s130、所述控制装置在本地存储有光纤形变与土壤湿度的对应关系，其根据该光纤形变传感器检测到的光纤形变，确定土壤湿度，根据该确定的土壤湿度，对所述浇灌装置进行控制，并且在浇灌完成后，控制该水分检测利用装置将该集水槽的槽底向上移动，直至从该集水槽的两槽边移出，从而将该集水槽内的水浇灌至两侧土壤。

17、在另一种可选的实现方式中，所述步骤s130具体包括：

18、所述控制装置控制该浇灌装置向对应浇灌区域的青稞进行浇灌，针对其控制该浇灌装置开始浇灌之后接收到的每个第一光纤形变，确定该浇灌区域内该光纤段在本次第一光纤形变中，相对于该传感光纤中参考点发生的形变大小，所述参考点为该传感光纤中绝对不发生形变的参考位置，判断该浇灌区域内各个光纤段的形变大小对应的土壤湿度是否均达到预设土壤湿度，若是，则控制该浇灌装置停止浇灌，否则，控制该浇灌装置继续浇灌；

19、所述控制装置针对控制该浇灌装置停止浇灌之后接收到的每个第二光纤形变，分别判断该浇灌区域内各个光纤段在本次第二光纤形变中的形变大小是否等于在上一次第二光纤形变中的形变大小，若是，则根据该光纤段在本次第二光纤形变中的形变大小，查找出对应的土壤湿度，将该土壤湿度作为该光纤段对应区域的土壤实际湿度。

20、在另一种可选的实现方式中，当该支撑块下移至与弹簧接触后，若该海绵块进一步吸收水分，则该海绵块的重量进一步增大，在该海绵块的重力作用下，该支撑块下移压缩该弹簧，在该弹簧的弹力作用下，该支撑块做上下来回运动，对应地该支撑块内的光纤段也发生上下来回运动的形变；

21、所述步骤s130具体包括：

22、所述控制装置控制该浇灌装置向对应浇灌区域的青稞进行浇灌，针对控制该浇灌装置停止浇灌之后接收到的第一光纤形变，确定本次第一光纤形变中，该浇灌区域内各个光纤段相对于该传感光纤中参考点发生的形变大小，所述参考点为该传感光纤中绝对不发生形变的参考位置，判断该浇灌区域内各个光纤段的形变大小对应的土壤湿度是否均达到预设土壤湿度，若是，则控制该浇灌装置停止浇灌，否则，控制该浇灌装置继续浇灌；

23、所述控制装置针对控制该浇灌装置停止浇灌之后接收到的第二光纤形变，利用该参考点使各次接收的第二光纤形变进行对准，针对该传感光纤在该浇灌区域内的每个光纤段，判断该光纤段在本次第二光纤形变中相对于该参考点的形变大小是否等于该光纤段在上一次第二光纤形变中相对于该参考点的形变大小，若是，则表示该光纤段对应支撑块上下运动达到平衡，此时将该光纤段在本次第二光纤形变中相对于该参考点的形变大小作为最终形变，计算出该光纤段在各次第二光纤形变中的形变大小与该最终形变的差值，确定计算出的各个差值中的最大差值，从本地查找出与该最大差值对应的土壤湿度，将该土壤湿度作为该光纤段对应区域的土壤实际湿度。

24、本发明的有益效果是：

25、1、本发明并未采用电子湿度传感器，也未采用光纤湿度传感器，而是以海绵块吸收的水分来反映土壤的湿度，海绵块吸收水分后重量的变化会使支撑块以及支撑块内的光纤段下移，从而带来该光纤段的形变，由此根据光纤段的形变便可反映出土壤的湿度，本发明中光纤形变传感器采用的光纤属于普通光纤，其稳定性较好且使用寿命较长；本发明将各个支撑块与其内的光纤段固定连接，可以便于光纤形变传感器对各个支撑块内的光纤段进行区分；本发明设置集水槽，对该行青稞分次浇灌的不同区域的水分汇聚到槽内，槽内各个段相通，使得槽内各段水流流通达到平衡，如此在将集水槽内的水浇灌至其两侧土壤后，可以减小不同区域的水分差异，使得水分得到了高效充分利用，降低了该行青稞的土壤湿度差异；

26、2、本发明基于传感光纤延展性，利用其检测到的形变来判断各个光纤段所在区域的土壤湿度是否均达到预设土壤湿度，在均达到预设土壤湿度时控制该浇灌装置停止浇灌，由于在此期间传感光纤的延展性较好，光纤段发生可分辨的单位形变时，海绵块所需吸收的水分较少，即对海绵块吸水量的分辨率较高，因此利用光纤形变来控制浇灌装置停止浇灌，可以保证控制的及时性和准确性；此外，当支撑块与弹簧抵接，光纤段所在区域的土壤湿度达到预设土壤湿度后，若海绵块进一步吸收水分，支撑块就会开始上下来回运动，基于此控制装置也可以明确地得出该支撑块内光纤段所在区域的土壤湿度达到了预设土壤湿度的结论；随着光纤延展性变差，本发明将弹簧设在支撑块的正下方，利用弹簧的弹力使支撑块做上下来回运动，从而使对应光纤段做上下来回运动的形变，由于当支撑块与弹簧抵接后，支撑块上海绵块的重量越大，支撑块发生的上下来回运动范围更大，因此将光纤段对应支撑块上下运动达到平衡时的形变作为最终形变，计算出该光纤段在各次第二光纤形变中的形变大小与该最终形变的差值，确定计算出的各个差值中的最大差值，利用该最大差值来表示光纤段的上下来回运动范围，上下来回运动范围越大，土壤湿度越大，由于相比于此时光纤较差的延展性，光纤的上下来回运动更容易被检测到，因此本发明根据最大差值确定土壤实际湿度，准确度更高；此外，当光纤的延展性变差时，本发明利用弹簧对支撑块做支撑，如此可以避免光纤过度延展，导致延展性能降低，从而导致光纤形变测量准确度降低；

27、3、本发明通过在每段的起始和终止位置处分别设置挡板，并使两个挡板随支撑块下移，在支撑块做上下来回运动时，使两个挡板做同步上下来回运动，由于每段的起始和终止位置处均设有挡板，该段对应两个挡板的最终高度决定了该段的水位，当海绵块吸收水分越多，海绵块吸收水分越多，对应地该海绵块所在段收集的水分也越多，此时在较大幅度上下来回运动作用下，水分收集越多的段越容易将水分传递至其相邻段内，并且该集水槽内水流流动达到平衡时水分收集越多的段，其水分量越少，由于后续会将集水槽内的水浇灌至两侧土壤，因此本发明通过设置挡板，并使挡板随支撑块同步上下移动，可以降低各个光纤段所在区域的土壤湿度差异。