一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201820383873.9 (22)申请日 2018.03.20 (73)专利权人 中国农业科学院农业环境与可持 续发展研究所 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 12号中国农业科学院农业环境与可持 续发展研究所 (72)发明人 魏晓然 程瑞锋 杨其长 和永康 李宗耕 张晨 展正朋 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 王莹 吴欢燕 (51)Int.Cl. A01G 27/00(2006.01) (54)实用新型名称 一种基于基质水。

2、分含量的自动灌溉控制系 统 (57)摘要 本实用新型涉及农作物灌溉领域， 公开了一 种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 包 括： 混液桶、 智能控制柜、 灌溉泵、 灌溉总阀、 多条 第一滴灌带、 多个第一电磁阀和多个基质水分传 感器， 混液桶的出口与灌溉泵连接， 灌溉泵通过 灌溉总阀与多个第一滴灌带连接， 第一滴灌带的 进口设有第一电磁阀， 盆栽基质内设有基质水分 传感器， 智能控制柜用于接收基质水分传感器采 集到的数据， 并控制灌溉总阀和第一电磁阀的开 闭程度。 本实用新型通过基质水分传感器实时监 测基质水分情况， 经智能控制柜决策后， 控制阀 门给各第一滴灌带进行灌溉， 具有灌溉精准性。

3、 高， 水分利用率高， 机械化、 智能化和自动化程度 高， 操作简单和节约劳动成本的优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 208095557 U 2018.11.16 CN 208095557 U 1.一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 包括： 混液桶(4)、 智能控 制柜(7)、 灌溉泵(9)、 灌溉总阀(13)、 多条第一滴灌带(18)、 多个第一电磁阀(14)和多个基 质水分传感器(17)， 所述混液桶(4)的进口与灌溉水和肥料连接， 所述混液桶(4)的出口与 所述灌溉泵(9)连接， 所述灌溉泵(9)通过所述灌溉总阀(13)与多个所述第一滴灌带(18)连。

4、 接， 所述第一滴灌带(18)的进口设有第一电磁阀(14)， 所述第一滴灌带(18)所对应的盆栽 (23)基质内设有基质水分传感器(17)， 所述智能控制柜(7)用于接收各所述盆栽(23)内所 述基质水分传感器(17)采集到的数据， 并控制所述灌溉总阀(13)和所述第一电磁阀(14)的 开闭程度。 2.如权利要求1所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 所述混液 桶(4)还设有液位控制装置， 所述液位控制装置与所述智能控制柜(7)连接， 所述液位控制 装置包括第二电磁阀(2)和浮球阀(1)， 在所述混液桶(4)的进口附近， 沿灌溉水和肥料流动 方向依次设有第二电磁阀(2)和浮。

5、球阀(1)。 3.如权利要求2所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 所述液位 控制装置还包括上液位传感器(5)和下液位传感器(6)， 所述上液位传感器(5)和所述下液 位传感器(6)均与所述智能控制柜(7)通信连接， 所述上液位传感器(5)和下液位传感器(6) 分别设于所述混液桶(4)的上部和下部。 4.如权利要求3所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 还包括搅 拌装置(3)， 所述搅拌装置(3)从所述混液桶(4)的顶部伸入所述混液桶(4)的内部， 用于搅 拌混合灌溉水和肥料。 5.如权利要求3所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 还。

6、包括压 力表(11)和手动调压球阀(10)， 所述压力表(11)和所述手动调压球阀(10)设于所述灌溉总 阀(13)与所述灌溉泵(9)之间。 6.如权利要求5所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 还包括过 滤器(12)， 所述过滤器(12)设于所述压力表(11)与所述灌溉总阀(13)之间。 7.如权利要求5所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 还包括多 个第一流量计(15)， 所述第一流量计(15)设于所述第一滴灌带(18)的进口处。 8.如权利要求5所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 还包括第 一支路调压阀(16)， 所述第一支路。

7、调压阀(16)设于所述第一滴灌带(18)的进口处。 9.如权利要求1所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征在于， 还包括触 摸显示屏(8)， 所述触摸显示屏(8)安装于所述智能控制柜(7)， 并与所述智能控制柜(7)通 信连接。 10.如权利要求1-9中任意一项所述的基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 其特征 在于， 还包括第二滴灌带(19)， 所述第一滴灌带(18)为三个， 并与所述第二滴灌带(19)并联 连接， 所述第二滴灌带(19)的进口设有第三电磁阀(20)、 第二流量计(21)和第二支路调压 阀(22)。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 208095557 U。

8、 2 一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统 技术领域 0001 本实用新型涉及农作物灌溉领域， 特别是涉及一种基于基质水分含量的自动灌溉 控制系统。 背景技术 0002 目前， 无土栽培中的作物灌溉主要有三种灌溉方式： 一是根据时间间隔进行自动 灌溉的控制系统， 即在系统中设定每天开始的灌溉时刻和灌溉时长， 控制系统根据内置时 钟实现灌溉系统的自动运行与停止。 二是基于环境参数实现灌溉系统的自动化， 如光辐射、 空气温度等， 通过环境参数的耦合计算作物的需水量， 然后系统设定阈值， 达到阈值时， 系 统自动运行。 三是根据公式计算参照作物需水量来反映实际作物需水量， 参照作物多选用 苜蓿草的。

9、蒸发蒸腾量， 根据计算得到作物需水量， 每天向灌溉系统设定灌溉值， 系统每天自 动灌溉。 0003 上述三种系统都存在缺陷， 第一种系统是根据时间间隔实现自动化灌溉， 不能根 据作物的实际需求进行灌溉， 灌溉量的多少往往由经验控制， 水分的利用效率较低； 第二种 系统是基于环境参数实现自动化灌溉， 环境参数的耦合较为复杂， 需要大量的试验建立适 合当地的灌溉模型， 而且灌溉不能直接反应作物的需水状况。 第三种系统参照作物需水量 主要受气象条件的影响， 对传感器的精确性要求很高， 参照作物与实际作物的需水量存在 偏差。 实用新型内容 0004 (一)要解决的技术问题 0005 本实用新型的目的是。

10、提供一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 解决现有 技术中无土栽培的作物灌溉方式存在的不能根据作物的实际需求进行灌溉的问题； 建立环 境参数模拟实验方法步骤复杂， 不能直接反映作物的需水状况； 对传感器的精确性要求很 高， 参照作物与实际作物的需水量存在偏差的问题。 0006 (二)技术方案 0007 为了解决上述技术问题， 本实用新型提供一种基于基质水分含量的自动灌溉控制 系统， 包括： 混液桶、 智能控制柜、 灌溉泵、 灌溉总阀、 多条第一滴灌带、 多个第一电磁阀和多 个基质水分传感器， 所述混液桶的进口与灌溉水和肥料连接， 所述混液桶的出口与所述灌 溉泵连接， 所述灌溉泵通过所述灌溉。

11、总阀与多个所述第一滴灌带连接， 所述第一滴灌带的 进口设有第一电磁阀， 所述第一滴灌带所对应的盆栽基质内设有基质水分传感器， 所述智 能控制柜用于接收各所述盆栽内所述基质水分传感器采集到的数据， 并控制所述灌溉总阀 和所述第一电磁阀的开闭程度。 0008 其中， 所述混液桶还设有液位控制装置， 所述液位控制装置与所述智能控制柜连 接， 所述液位控制装置包括第二电磁阀和浮球阀， 在所述混液桶的进口附近， 沿灌溉水和肥 料流动方向依次设有第二电磁阀和浮球阀。 说 明 书 1/4 页 3 CN 208095557 U 3 0009 其中， 所述液位控制装置还包括上液位传感器和下液位传感器， 所述上液。

12、位传感 器和所述下液位传感器均与所述智能控制柜通信连接， 所述上液位传感器和下液位传感器 分别设于所述混液桶的上部和下部。 0010 其中， 还包括搅拌装置， 所述搅拌装置从所述混液桶的顶部伸入所述混液桶的内 部， 用于搅拌混合灌溉水和肥料。 0011 其中， 还包括压力表和手动调压球阀， 所述压力表和所述手动调压球阀设于所述 灌溉总阀与所述灌溉泵之间。 0012 其中， 还包括过滤器， 所述过滤器设于所述压力表与所述灌溉总阀之间。 0013 其中， 还包括多个第一流量计， 所述第一流量计设于所述第一滴灌带的进口处。 0014 其中， 还包括第一支路调压阀， 所述第一支路调压阀设于所述第一滴灌。

13、带的进口 处。 0015 其中， 还包括触摸显示屏， 所述触摸显示屏安装于所述智能控制柜， 并与所述智能 控制柜通信连接。 0016 其中， 还包括第二滴灌带， 所述第一滴灌带为三个， 并与所述第二滴灌带并联连 接， 所述第二滴灌带的进口设有第三电磁阀、 第二流量计和第二支路调压阀。 0017 (三)有益效果 0018 本实用新型提供的一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 通过基质水分传 感器实时监测基质水分情况反映作物需水状况， 经智能控制柜决策后， 控制灌溉总阀和各 第一电磁阀的开闭程度， 给各第一滴灌带进行灌溉， 实现栽培作物的自动化灌溉， 具有灌溉 精准性高， 水分利用率高， 机械。

14、化、 智能化和自动化程度高， 操作简单和节约劳动成本的优 点， 有利于大范围推广。 附图说明 0019 图1为本实用新型一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统的结构图； 0020 图中， 1、 浮球阀； 2、 第二电磁阀； 3、 搅拌装置； 4、 混液桶； 5、 上液位传感器； 6、 下液 位传感器； 7、 智能控制柜； 8、 触摸显示屏； 9、 灌溉泵； 10、 手动调压球阀； 11、 压力表； 12、 过滤 器； 13、 灌溉总阀； 14、 第一电磁阀； 15、 第一流量计； 16、 第一支路调压阀； 17、 基质水分传感 器； 18、 第一滴灌带； 19、 第二滴灌带； 20、 第三电磁。

15、阀； 21、 第二流量计； 22、 第二支路调压阀； 23、 盆栽。 具体实施方式 0021 下面结合附图和实施例， 对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。 以下 实例用于说明本实用新型， 但不用来限制本实用新型的范围。 0022 在本实用新型的描述中， 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。

16、在本实用新型中的具体含义。 0023 如图1所示， 本实用新型公开一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 包括： 说 明 书 2/4 页 4 CN 208095557 U 4 混液桶4、 智能控制柜7、 灌溉泵9、 灌溉总阀13、 多条第一滴灌带18、 多个第一电磁阀14和多 个基质水分传感器17， 混液桶4的进口与灌溉水和肥料连接， 混液桶4的出口与灌溉泵9连 接， 灌溉泵9通过灌溉总阀13与多个第一滴灌带18连接， 第一滴灌带18的进口设有第一电磁 阀14， 第一滴灌带18所对应的盆栽23基质内设有基质水分传感器17， 智能控制柜7用于接收 各盆栽23内基质水分传感器17采集到的数据， 。

17、并控制灌溉总阀13和第一电磁阀14的开闭程 度。 0024 具体的， 混肥桶是水肥混合的场所。 基质水分传感器17用于实时监测基质水分含 量。 灌溉泵9用于给本系统提供动力来源， 将肥液泵入至各条第一滴灌带18内。 灌溉总阀13 用于控制本系统的整体灌溉程度， 第一电磁阀14用于控制各条第一滴灌带18的灌溉程度。 沿第一滴灌带18下方设有多个盆栽23， 可根据实际需要在每个盆栽23内都设有基质水分传 感器17， 或者间隔几个盆栽23放置一个基质水分传感器17。 本实施例中， 每隔三个盆栽23放 一个基质水分传感器17。 智能控制柜7主要包括电源、 控制器、 数据采集器和继电器等元器 件， 用于。

18、接收和分析基质水分传感器17的数据， 其也保存了人工预设的灌溉参数， 控制灌溉 总阀13和第一电磁阀14的开闭程度， 进而控制各条第一滴灌带18的灌溉情况。 智能控制柜7 可将每条第一滴灌带18的基质水分传感器17采集到的数据进行平均， 得出本条第一滴灌带 18的基质水分含量， 再与预设值进行比较， 判断是否需要灌溉， 当某条第一滴灌带18达到灌 溉条件后， 灌溉总阀13和该对应的第一电磁阀14打开， 灌溉泵9启动， 完成灌溉后， 按对应顺 序关闭阀门。 进一步地， 现场人员还可以通过手动控制智能控制柜7， 设置灌溉时刻和灌溉 时长， 这样的手动设置控制优先级高于上述通过监测基质水分含量进行控。

19、制的控制优先 级， 即此时本系统的控制与基质水分含量变化无关， 仅按手动设置的灌溉策略进行灌溉和 停止。 优选地， 灌溉泵9为稳压灌溉泵9。 0025 本实用新型提供的一种基于基质水分含量的自动灌溉控制系统， 通过基质水分传 感器实时监测基质水分情况反映作物需水状况， 经智能控制柜决策后， 控制灌溉总阀和第 一电磁阀的开闭程度， 实现栽培作物的自动化灌溉， 具有灌溉精准性高， 水分利用率高， 机 械化、 智能化和自动化程度高， 操作简单和节约劳动成本的优点， 有利于大范围推广。 0026 其中， 混液桶4还设有液位控制装置， 液位控制装置与智能控制柜7连接， 液位控制 装置包括第二电磁阀2和浮。

20、球阀1， 在混液桶4的进口附近， 沿灌溉水和肥料流动方向依次设 有第二电磁阀2和浮球阀1。 智能控制柜7通过第二电磁阀2控制水源的开闭程度， 以控制进 入混液桶4的流量， 浮球阀1可限制混液桶4内水位高度， 是一种物理强制手段， 当水位过高 时， 浮球阀1自动关闭， 保证系统的稳定性。 0027 其中， 液位控制装置还包括上液位传感器5和下液位传感器6， 上液位传感器5和下 液位传感器6均与智能控制柜7通信连接， 上液位传感器5和下液位传感器6分别设于混液桶 4的上部和下部。 通过上液位传感器5和下液位传感器6实时监控混液桶4内的液位高度， 并 将液位高度的信息传递给智能控制柜7， 智能控制柜。

21、7根据液位高度信息控制第二电磁阀2。 当液位高度超过上液位传感器5时， 智能控制柜7控制第二电磁阀2关闭； 当液位高度低于下 液位传感器6时， 本系统停止工作， 起到保护灌溉泵9的作用； 当液位高度处于上液位传感器 5和下液位传感器6之间时， 本系统正常工作。 0028 其中， 还包括搅拌装置3， 搅拌装置3从混液桶4的顶部伸入混液桶4的内部， 用于搅 拌混合灌溉水和肥料， 保持混液桶4水肥保持均匀混合状态。 说 明 书 3/4 页 5 CN 208095557 U 5 0029 其中， 还包括压力表11和手动调压球阀10， 压力表11和手动调压球阀10设于灌溉 总阀13与灌溉泵9之间。 压力。

22、表11可实时监测本系统的水压， 并通过手动调压球阀10控制系 统压力。 0030 其中， 还包括过滤器12， 过滤器12设于压力表11与灌溉总阀13之间， 对系统中的灌 溉水进行过滤， 防止系统发生堵塞故障， 并且需要定期更换滤网。 0031 其中， 还包括多个第一流量计15， 第一流量计15设于第一滴灌带18的进口处， 用于 监测各个第一滴灌带18的灌溉总量和瞬时灌溉量。 0032 其中， 还包括第一支路调压阀16， 第一支路调压阀16设于第一滴灌带18的进口处， 用于手动调节各个第一滴灌带18的灌溉压力。 0033 其中， 还包括触摸显示屏8， 触摸显示屏8安装于智能控制柜7， 并与智能控。

23、制柜7通 信连接， 通过触摸显示屏8进行实验数据的各种设置操作， 同时实验数据也会及时反馈到触 摸显示屏8， 以供查阅。 0034 其中， 还包括第二滴灌带19， 第一滴灌带18为三个， 并与第二滴灌带19并联连接， 第二滴灌带19的进口设有第三电磁阀20、 第二流量计21和第二支路调压阀22。 即第二滴灌 带19为常规的按照一定时间间隔进行灌溉， 第一滴灌带18为基于基质水分含量进行灌溉。 其中， 第三电磁阀20也由智能控制柜7控制。 为了增强对比性， 添加了第二滴灌带19， 凸显基 于基质水分情况的灌溉策略具有灌溉精准性高， 水分利用率高等的优点。 0035 本实用新型提供的一种基于基质水。

24、分含量的自动灌溉控制系统， 通过基质水分传 感器实时监测基质水分情况反映作物需水状况， 经智能控制柜决策后， 控制灌溉总阀和所 述第一电磁阀的开闭程度， 实现栽培作物的自动化灌溉， 具有灌溉精准性高， 水分利用率 高， 机械化、 智能化和自动化程度高， 操作简单和节约劳动成本的优点， 有利于大范围推广； 并通过液位控制装置控制混液桶的液位高度； 通过灌溉总阀、 第一电磁阀、 手动调压球阀及 第一支路调压阀等阀门实现自动控制和手动控制。 0036 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已， 并不用以限制本实用新型， 凡在本 实用新型的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本实用新型 的保护范围之内。 说 明 书 4/4 页 6 CN 208095557 U 6 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 7 CN 208095557 U 7 。