新型光伏電腦自動微灌溉系統的製作方法
2023-05-10 09:28:26 1
新型光伏電腦自動微灌溉系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型光伏電腦自動微灌溉系統，包括電源子系統、灌溉子系統、主控制器和用於監測環境參數的數據採集裝置。灌溉子系統包括抽水泵、蓄水池、灌溉管道、蓄能水塔和流路轉換閥，抽水泵從蓄水池抽出的水經流路轉換閥可分別與蓄能水塔、灌溉管道連通，蓄能水塔的出水口經截止閥與灌溉管道連通，蓄能水塔內設有液位傳感器，主控制器與液位傳感器電連接用以檢測蓄能水塔的水位信號，主控制器依照檢測的電量信號及水位信號判定是否驅動抽水泵向蓄能水塔充水將過剩太陽能轉換為水勢能。本實用新型實現了以太陽能作為動力，根據植物的生長周期實施智能自動節水灌溉，克服了定時澆灌的盲目性，具有很好的節能減排效應。
【專利說明】新型光伏電腦自動微灌溉系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於農業和園林灌溉領域，特別涉及一種新型光伏電腦自動微灌溉系統，可應用農作物和花草自動灌溉。
【背景技術】
[0002]目前國內外的節水灌溉方法主要有三種形式:噴灌、微灌(滴灌、微噴灌、小管出流灌和滲灌)、行走式節水灌溉。在這些灌溉方法中，大都需人工來開關水閥，或者通過定時方法來控制，易於造成澆水不及時而旱壞植物，澆水過多造成水資源的大量浪費。對於經濟作物，國外採用了微機控制的溫室種作方法，包括送水、送肥、溫度控制、乾濕控制，雖然自動化程度較高，但設備成本昂貴，且需要提供大量的電力，一般只是用於經濟作物，特別是溫室作物的無土種植。
[0003]目前農村的農田灌溉很多由人工進行，使用水泵等設備進行排灌和噴灌。在作物的溫室栽培中，還是採用無控制的滴灌。在這些灌溉方法中，大都需人工來開關水閥，或者通過定時方法來控制，易於造成澆水不及時而旱壞植物，澆水過多造成水資源的大量浪費。針對我國的國情，研究運用太陽能、傳感技術和微電腦控制等先進技術組成的高效、先進和低成本的節水灌溉器，已迫在眉睫，是非常有實施的必要性的。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在於，提供一種控制方便、智能化程度高的新型光伏電腦自動微灌溉系統。
[0005]本實用新型是這樣實現的，提供一種新型光伏電腦自動微灌溉系統，包括電源子系統、灌溉子系統、主控制器和用於監測環境參數的數據採集裝置；電源子系統包括光伏供電裝置、蓄電池和充電控制器；充電控制器與蓄電池連接用以檢測蓄電池的電量信號；灌溉子系統包括抽水泵和灌溉管道，光伏供電裝置、蓄電池分別與抽水泵電連接，灌溉子系統還包括蓄能水塔、流路轉換閥和截止閥，抽水泵經流路轉換閥可分別與蓄能水塔、灌溉管道連通，蓄能水塔的出水口經截止閥與灌溉管道連通，主控制器與流路轉換閥電連接用以轉換出水方向，蓄能水塔內設有液位傳感器，主控制器與液位傳感器電連接用以檢測蓄能水塔的水位信號，主控制器依照檢測的電量信號及水位信號判定是否驅動抽水泵向蓄能水塔充水將過剩太陽能轉換為水勢能，主控制器依照檢測到電量信號判定是否驅動截止閥開啟以連通蓄能水塔的出水口和灌溉管道。
[0006]進一步地，數據採集裝置包括土壤溫溼度傳感器和空氣溫溼度傳感器，土壤溫溼度傳感器和空氣溫溼度傳感器分別與主控器連接；主控器接收並處理土壤溫溼度傳感器和空氣溫溼度傳感器的數據信號。
[0007]進一步地，主控制器可直接聯接電腦，電腦可顯示數據採集裝置的數據信號，並可設置主控制器的運行參數；電腦可參考不同季節氣候引起的氣象參數變化下的植物生長周期情況，制定適合於灌溉區農作物生長的灌溉策略。
[0008]具體地，電源子系統包括逆變器，可將光伏供電裝置的直流電能轉換成交流電，給電腦提供電源。
[0009]進一步地，數據採集裝置包括土壤溫溼度傳感器和空氣溫溼度傳感器，土壤溫溼度傳感器和空氣溫溼度傳感器分別設有無線發射裝置，主控器設有可與無線發射裝置對應的無線接收裝置；主控器接收並處理土壤溫溼度傳感器和空氣溫溼度傳感器的數據信號。
[0010]進一步地，主控制器可通過無線傳輸方式聯接電腦，電腦可顯示數據採集裝置的數據信號，並可設置主控制器的運行參數；電腦可參考不同季節氣候引起的氣象參數變化下的植物生長周期情況，制定適合於灌溉區農作物生長的灌溉策略。
[0011]進一步地，蓄能水塔位置高於灌溉區，並能為灌溉水提供充足的灌溉勢能。
[0012]進一步地，液位傳感器包括上液位傳感器和下液位傳感器。
[0013]進一步地，灌溉子系統還設有蓄水池，蓄水池與抽水泵直接聯接。
[0014]進一步地，灌溉子系統還設有回水管，回水管可把灌溉區的多餘水分回流到蓄水池。
[0015]與現有技術相比，本實用新型主要運用太陽能、傳感技術和電腦控制等先進技術，在不需市電和布埋線的條件下，實現微功耗的水閥開啟和關閉，並能自動感應土壤的溫溼度和環境的溫溼度，根據不同季節、不同植物生長周期的需要進行自動節水灌溉。本實用新型使用時只需把溫溼探測電極插入深度適當的土壤中和設置在灌溉區內，數據採集卡通過AD轉換將土壤溫溼度和環境溫溼度分別呈現於電腦上。在電腦上，可以根據灌溉植物不同時期、不同生長周期所需的水量值進行一定的預設。當土壤溫溼度低於預設的標準植時，數據採集卡就會控制電磁閥的開啟，實現自動化灌溉。當土壤溫溼度值等於或大於標準值時，數據採集卡控制電磁閥關閉，停止灌溉，從而達到了對植物生長的全自動控制澆灌。
[0016]本實用新型實現了以太陽能作為動力的自動節水灌溉，既節省了勞力，又克服了定時澆灌的盲目性，具有很好的節能減排效應和生態環境保護效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的一較佳實施例的示意圖；
[0018]圖2為圖1工作流程意圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本實用新型所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0020]請參照圖1所示，是本實用新型的一個較佳實施例，本實施例的新型光伏電腦自動微灌溉系統包括電源子系統1、灌溉子系統2、主控制器3和用於監測環境參數的數據採集裝置4。
[0021]電源子系統I為整個系統提供穩定可靠的電源供應，且留有一定的功率餘量。電源子系統I包括光伏供電裝置11、蓄電池12和充電控制器13。充電控制器13與蓄電池12連接用以檢測蓄電池12的電量信號。電源子系統I用於把太陽能轉化為電能，通過充電控制器13給蓄電池12充電，為蓄電池12提供過充、過放保護。電源子系統I還包括逆變器5，可將光伏供電裝置11的直流電能轉換成交流電，給本系統其它使用交流電的用電設備提供電源。
[0022]灌溉子系統2包括抽水泵21、蓄水池22和灌溉管道23，光伏供電裝置11、蓄電池12分別與抽水泵21電連接。在本實施例中，抽水泵21使用直流電驅動。當然，抽水泵21也可以採用交流電機，使用由逆變器5轉換的交流電驅動。在保證充足的灌溉水量供給的前提下，蓄水池22可為池塘和河流。灌溉子系統2還包括蓄能水塔24、流路轉換閥25和截止閥26。抽水泵21從蓄水池22抽出的水經流路轉換閥25可分別與蓄能水塔24、灌溉管道23連通，蓄能水塔24的出水口經截止閥26與灌溉管道23連通。主控制器3與流路轉換閥25電連接用以轉換出水方向。灌溉子系統2還設有回水管(圖中未示出)，可把灌溉區的多餘水分回流到蓄水池22。蓄能水塔24位置高於灌溉區，並能為灌溉水提供充足的灌溉勢能。可以省去灌溉水泵，減少能源消耗。
[0023]本實施例實施灌溉時，有兩種灌溉方式可供用戶選擇。方式一:灌溉水直接由抽水泵21從蓄水池22中抽出，經過流路轉換閥25轉換流向後直接進入灌溉管道23進行灌溉。此時，截止閥26處於關閉狀態。方式二:灌溉水從蓄能水塔24底部自然流出，經過截止閥26後進入灌溉管道23進行灌溉。此時，截止閥26處於導通狀態，而流路轉換閥25換向關閉。在該種方式下，不需要任何電能本系統能實施自動灌溉。特別是，當電源子系統I中光伏供電裝置11以及蓄電池12的電能儲能不足或蓄水池22水量不足時，因為蓄能水塔24裡的水仍然可以用來灌溉，提高了本系統的抗陰天能力。
[0024]蓄能水塔24內設有液位傳感器27，主控制器3與液位傳感器27電連接用以檢測蓄能水塔24的水位信號，主控制器3依照檢測的電量信號及水位信號判定是否驅動抽水泵21向蓄能水塔24充水將過剩太陽能轉換為水勢能。主控制器3依照檢測到電量信號判定是否驅動截止閥26開啟以連通蓄能水塔24的出水口和灌溉管道23。
[0025]液位傳感器27包括上液位傳感器271和下液位傳感器272。當水位低於下液位傳感器272時，下液位傳感器272上的電平信號發生變化，將電平信號輸入到主控制器3，然後控制抽水泵21開啟，給蓄能水塔24注水，直到水位高於上液位傳感器271。此時，上液位傳感器271電平發生變化，電平信號輸入到主控制器3，然後控制抽水泵21關閉。
[0026]當蓄電池12處於充電飽和狀態下，且此時蓄能水塔24的水位不處於最高水位時，本實用新型可以自動啟動抽水泵21進行抽水，把灌溉水從蓄水池22抽到蓄能水塔24中存儲直至蓄能水塔24的水位處於最高水位為止。本實用新型可以把過剩太陽能轉換成灌溉水的勢能，以蓄水替代蓄電，可大幅降低系統的建設和維護成本，增加灌溉水量儲備，且全自動運行，無須人工值守。同時，在保證灌溉水量充足的情況下，可以延長本系統的電能使用時間。考慮到長時間陰雨天氣、太陽能系統需要檢修等特殊情況，可以考慮增加蓄能水塔24的容積或增設備用水塔。
[0027]主控制器3可直接聯接電腦6，電腦6可顯示數據採集裝置4的數據信號，並可設置主控制器3的運行參數。電腦6的電源可由逆變器5提供。本系統的另一個實施例是，主控制器3可通過無線傳輸方式聯接電腦6，電腦6可顯示數據採集裝置4的數據信號，並可設置主控制器3的運行參數。
[0028]數據採集裝置4包括土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器42。土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器42分別與主控器3連接。主控器3接收並處理土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器42的數據信號。土壤溫溼度傳感器41用來測量土壤的溫度和溼度，空氣溫溼度傳感器42用來測量灌溉區周圍環境的溫度和溼度，以了解土壤的真實灌溉需求，制定灌溉策略，確定灌溉與否以及灌溉時間長短。本系統還可配有EC (電導率)值和PH值傳感器，可對進水和出水進行EC值和pH值的檢測，以便控制自動營養液的配給。
[0029]本系統的另外一個實施例是，數據採集裝置4包括土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器42，土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器42分別設有無線發射裝置，主控器3設有可與無線發射裝置對應的無線接收裝置。主控器3接收並處理土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器的數據信號42。採用無線通信技術，可以減少布線，增強數據採集裝置4的靈活性。
[0030]土壤溫溼度傳感器41和空氣溫溼度傳感器42可以將土壤溫溼度和空氣溫溼度分別轉換為電壓信號，主控制器3通過AD轉換將土壤溫溼度和空氣溫溼度分別呈現於電腦5上。主控制器3通過AD轉換對蓄電池12電壓進行採樣，呈現於電腦5上。電腦5界面可顯示蓄電池12電壓、土壤溫溼度、空氣溫溼度、截止閥26以及充電控制器13的工作狀態。電腦5可參考不同季節氣候引起的氣象參數變化下的植物生長周期情況，制定適合於灌溉區農作物生長的灌溉策略。必要時，用戶還可以及時修改並保存灌溉策略。蓄電池12的電壓設定值和土壤溫溼度標準值可以根據實際需求自由設定。
[0031]本系統還可以依據灌溉區的氣象條件來設定灌溉策略。由於氣象條件的空間變異特徵明顯，因此本系統還設置有氣象數據監測裝置，自動採集所需的灌溉區的氣象數據，作為當地氣象參數的補充。氣象數據包括:風向、風速、空氣溫溼度、輻射和降水量等氣象要素。
[0032]請參照圖2所示，本系統初始化後開始工作，首先進行蓄電池12電量的檢測，確定是否對蓄電池12進行充電。然後再進行蓄能水塔24的水位檢測，根據前述的說明決定是否打開或關閉抽水泵21，保持蓄能水塔24的水位正常。根據土壤的溫溼度檢測結果，制定灌溉策略，決定打開或關閉截止閥26，決定實施或終止灌溉。
[0033]本系統採用了圖形用戶界面，用戶操作簡單方便。通過實時或定時採集的灌溉區土壤水分、土壤溫度、空氣溫溼度等數據，均可以實時地以圖形或者表格方式在電腦5上顯示。用戶可以通過圖形界面設定灌溉策略，實現定時、定量的無人值守的自動灌溉。本實用新型具有多種灌溉控制方式:有手動灌溉、自動連續灌溉、自動間隙灌溉等不同灌溉方式，增加用戶的選擇範圍，同時也擴大了本實用新型的適用範圍。本實用新型還可以任意設定輪灌組，每個輪灌組可以設定按照任意天間隔進行灌溉，每天可以設定多組不同啟動時間。
[0034]綜上所述，與傳統灌溉方式相比，本實用新型具有如下優點:
[0035]a.系統控制方式靈活性，電腦控制噴灌和滴灌，大大節省日趨寶貴的水資源，具有巨大的社會效益和經濟效益；
[0036]b.根據植物對土壤水份的需求特點設定不同的灌溉方式，使植物按最佳生長周期生長，達到增產增收的目的；
[0037]c.自動灌溉，大大節省人力資源，提高勞動生產率。
[0038]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種新型光伏電腦自動微灌溉系統，包括電源子系統、灌溉子系統、主控制器和用於監測環境參數的數據採集裝置；所述電源子系統包括光伏供電裝置、蓄電池和充電控制器；所述充電控制器與蓄電池連接用以檢測所述蓄電池的電量信號；所述灌溉子系統包括抽水泵和灌溉管道，其特徵在於，所述光伏供電裝置、蓄電池分別與抽水泵電連接，所述灌溉子系統還包括蓄能水塔、流路轉換閥和截止閥，所述抽水泵經流路轉換閥可分別與所述蓄能水塔、灌溉管道連通，所述蓄能水塔的出水口經截止閥與灌溉管道連通，所述主控制器與流路轉換閥電連接，所述蓄能水塔內設有液位傳感器，所述主控制器與液位傳感器電連接。
2.如權利要求1所述的新型光伏電腦自動微灌溉系統，其特徵在於，所述蓄能水塔位置高於灌溉區，並能為灌溉水提供充足的灌溉勢能。
3.如權利要求1所述的新型光伏電腦自動微灌溉系統，其特徵在於，所述液位傳感器包括上液位傳感器和下液位傳感器。
4.如權利要求1所述的新型光伏電腦自動微灌溉系統，其特徵在於，所述灌溉子系統還設有蓄水池，所述蓄水池與所述抽水泵直接聯接。
5.如權利要求4所述的新型光伏電腦自動微灌溉系統，其特徵在於，所述灌溉子系統還設有回水管，所述回水管可把灌溉區的多餘水分回流到所述蓄水池。
【文檔編號】A01G25/16GK204206862SQ201320288830
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年5月24日 優先權日:2013年5月24日
【發明者】徐弼軍, 李睿 申請人:浙江科技學院