一種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)及其實(shí)施方法，該系統(tǒng)包括溫室大棚集雨系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)；其中溫室大棚集雨系統(tǒng)包括位溫室大棚頂部集雨面、設(shè)置在集雨面低端的匯流槽和設(shè)置在地上或地下的集雨池，集雨池通過(guò)導(dǎo)水管與匯流槽接通；管道系統(tǒng)包括輸配水管道和毛管；節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)包括直流電源、中央智能控制器、設(shè)置在土壤內(nèi)的土壤水分傳感器、設(shè)置在集雨池內(nèi)部的水位傳感器和設(shè)置在集雨池底端的水泵。本發(fā)明為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了水資源保障，為節(jié)水灌溉自動(dòng)化提供了技術(shù)手段，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同灌水定額的自動(dòng)化控制。
【專利說(shuō)明】
一種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及雨水集流與節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 以日光溫室、塑料大棚為主要形式的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，為人們提供了新鮮的反 季節(jié)蔬菜、水果、食用菌及花卉等，對(duì)提高人們生活水平、增加農(nóng)民收入具有十分重要的意 義。由于缺少水源，一些地區(qū)的大棚只能采取旱作種植模式。旱作溫室大棚種植由于缺乏水 源，一是導(dǎo)致作物種植品種受限、生產(chǎn)方式落后；二是難以提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量，生產(chǎn)效益 不高;三是施用的化肥農(nóng)藥無(wú)法直接快速深入根系，造成藥肥浪費(fèi)和藥害殘留。
[0003] 目前在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水資源供需矛盾突出，大部分地區(qū)水資源缺乏，降雨季 節(jié)性分布不均，旱澇交替，同時(shí)暴雨災(zāi)害不定時(shí)發(fā)生。雨水集流可以減輕雨水災(zāi)害，減緩水 資源供需矛盾;缺乏灌溉水源的地方，雨水成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的唯一水源，不集不行，雨水集流 成為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要保障;有地下水源的地方，集雨可以大大節(jié)約地下水資源，減少地 下水開采量，有利于解決地面沉降、下降漏斗等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。雨水高效利用技術(shù)已經(jīng)成為 目前旱作農(nóng)業(yè)地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、集約化經(jīng) 營(yíng)的主要途徑。在半干旱地區(qū)，以塑料大棚棚面集雨，棚內(nèi)高效灌溉利用的水量自給模式， 是一種實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的雨水利用方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)及其實(shí)施 方法，能夠?yàn)樵O(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供水資源保障，為節(jié)水灌溉自動(dòng)化提供技術(shù)手段，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不 同灌水定額的自動(dòng)化控制。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0006] -種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中包括溫室大棚集雨系統(tǒng)、 管道系統(tǒng)和節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng);所述溫室大棚集雨系統(tǒng)包括位于溫室大棚頂部外周的集雨 面、設(shè)置在集雨面低端的匯流槽和設(shè)置在地上或地下的集雨池，所述集雨池通過(guò)導(dǎo)水管與 所述匯流槽接通;所述管道系統(tǒng)包括輸配水管道和毛管，所述輸配水管道上設(shè)置有閥門；所 述節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)包括直流電源、與直流電源電學(xué)連接的中央智能控制器、設(shè)置在土壤 內(nèi)部進(jìn)行土壤濕度測(cè)量并位于中央智能控制器信號(hào)輸入端的土壤水分傳感器、設(shè)置在所述 集雨池內(nèi)部進(jìn)行水位蓄積量測(cè)量并位于中央智能控制器信號(hào)輸入端的水位傳感器和設(shè)置 在所述集雨池底端并位于中央智能控制器信號(hào)輸出端的水栗。
[0007] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在所述溫室大棚集雨系統(tǒng)中，所述集雨面為溫 室大棚的不透水傾斜膜面，此膜面被所述匯流槽分割成上下兩部分，其中上部膜面的下端 固定在匯流槽的內(nèi)側(cè)將雨水直接導(dǎo)入?yún)R流槽槽內(nèi)，而其下部膜面的上端固定在匯流槽的外 側(cè)避免雨水外流。
[0008] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在所述溫室大棚集雨系統(tǒng)中，所述匯流槽水平 固定在溫室大棚的骨架上，匯流槽軸向的一端被封住，其另一端通過(guò)導(dǎo)水管與所述集雨池 相連通。
[0009] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在所述溫室大棚集雨系統(tǒng)中，所述集雨池設(shè)置 在溫室大棚的外部且位于地下，其埋深30-70cm，在集雨池上部留有進(jìn)水口與出水口；集雨 池的體積依據(jù)如下公式確定:V=W集-W用;式中:V-集雨池的體積，W集一雨季集水量，W用一雨季 用水量。
[0010] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在所述管道系統(tǒng)中，所述輸配水管道采用塑料 軟管并包含主管和若干支管，主管與支管之間通過(guò)三通、彎頭等連接;所述毛管采用內(nèi)鑲貼 片式滴灌帶，并通過(guò)旁通與所述輸配水管道相連。
[0011] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在所述節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)中，所述直流電源采 用太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括太陽(yáng)能板、充電控制器和電瓶;所述中央智能控制器的信號(hào) 輸入端同時(shí)連接土壤水分傳感器和水位傳感器，此兩組傳感器組成雙約束條件的串聯(lián)模 式，當(dāng)土壤水分傳感器向中央智能控制器輸入的電壓信號(hào)超出預(yù)設(shè)值從而使得中央智能控 制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道K1閉合，并且水位傳感器向中央智能控制器輸入的電壓信號(hào)在預(yù)設(shè) 值區(qū)間內(nèi)從而使得中央智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道K2閉合，兩個(gè)條件同時(shí)滿足則中央智 能控制器控制水栗才開啟；而只要K1與K2中有一個(gè)斷開，水栗處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0012] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在所述節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)中還包括多處理灌水 定額減量子系統(tǒng)，此多處理灌水定額減量子系統(tǒng)包括與直流電源電學(xué)連接并與所述中央智 能控制器通信的智能時(shí)間控制器，此智能時(shí)間控制器為具有多個(gè)繼電器輸出通道的可編程 時(shí)間控制裝置，在其不同的輸出通道的管路上均設(shè)置電磁閥，設(shè)置智能時(shí)間控制器的工作 模式為計(jì)時(shí)模式，同時(shí)設(shè)置其通道1、2、3、…、η同時(shí)接通一定時(shí)間a秒，接著各個(gè)通道依次斷 開一定時(shí)間b秒，當(dāng)某一通道m(xù)斷開時(shí)，前面的通道1、2、3···πι-1繼續(xù)保持?jǐn)嚅_，當(dāng)最后一個(gè)通 道η也同樣斷開b秒后，各個(gè)通道再次同時(shí)接通，進(jìn)行循環(huán);這樣，通道1每接通a秒就斷開η X b秒，通道2每接通a秒就斷開(n-1) X b秒，通道3每接通a秒就斷開(n-2) X b秒，通道η每接通 a秒就斷開b秒，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的灌水定額減量自動(dòng)控制。
[0013] -種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制實(shí)施方法，利用溫室大棚不透水和傾斜的膜面作 為集雨面，對(duì)天然降雨進(jìn)行雨水的集流，并通過(guò)匯流槽儲(chǔ)存在集雨池中，為溫室大棚灌溉提 供水源；中央智能控制器在直流電源供電條件下，通過(guò)電源輸出通道分別為土壤水分傳感 器與水位傳感器提供直流電源，同時(shí)分別通過(guò)兩路電壓輸入通道，接收土壤水分傳感器與 水位傳感器分別根據(jù)土壤濕度狀態(tài)與集雨池水位高低發(fā)送回來(lái)的兩組不同電壓信號(hào)，該兩 個(gè)不同電壓信號(hào)將分別與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)條件，即土壤濕度代表 的電壓值低于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值且集雨池內(nèi)水位代表的電壓值高于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警 電壓值同時(shí)滿足時(shí)，中央智能控制器通過(guò)報(bào)警輸出通道驅(qū)動(dòng)水栗通電開始抽水工作，并通 過(guò)輸配水管道與毛管將集雨池內(nèi)收集的雨水輸送到作物根系土壤，為作物正常生長(zhǎng)提供水 源;而當(dāng)土壤濕度增加到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值與回差值之和時(shí)，或者集雨池內(nèi)的水位降低到 預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值與回差值之差時(shí)，中央智能控制器將通過(guò)報(bào)警輸出通道驅(qū)動(dòng)水栗斷電停 止抽水工作;在灌水作業(yè)時(shí)進(jìn)一步設(shè)置多處理灌水定額減量子系統(tǒng)，在計(jì)時(shí)周期內(nèi)設(shè)置不 同通道的打開時(shí)間依次梯度減量，實(shí)現(xiàn)不同處理區(qū)域的灌水定額減量自動(dòng)控制。
[0014] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述的土壤水分傳感器埋深在作物根層，土壤 的田間持水量為X，相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)為0,預(yù)先設(shè)置中央智能控制器的報(bào)警電壓值為p，土 壤田間持水量的p/ο，回差值為q=0 -P，當(dāng)土壤含水量低于p/ο時(shí)，中央智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警 輸出通道閉合，此時(shí)若同時(shí)滿足集雨池水位高低約束條件，則電磁閥打開開始灌水；當(dāng)土壤 含水量增加到預(yù)先設(shè)定的回差值q與報(bào)警值P之和〇時(shí)，中央智能控制器將驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通 道斷開，電磁閥關(guān)閉。
[0015] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，多處理灌水定額減量子系統(tǒng)作業(yè)時(shí)設(shè)置四個(gè)處 理，四個(gè)處理的灌水定額分別為處理一減量30%、處理二減量20%、處理三減量10%、作為對(duì)照 的處理四；智能時(shí)間控制器與所述中央智能控制器通信并接收開啟灌水的控制信號(hào)，設(shè)置 智能時(shí)間控制器與處理一、處理二、處理三分別對(duì)應(yīng)的通道1、2、3同時(shí)打開1分鐘，然后通道 1關(guān)閉6秒，接著通道2關(guān)閉6秒，此時(shí)通道1繼續(xù)關(guān)閉，接著通道3關(guān)閉6秒，此時(shí)通道1、2繼續(xù) 關(guān)閉，然后通道1、2、3再同時(shí)打開，通道4一直開啟；進(jìn)行循環(huán)。
[0016] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于： 本發(fā)明面向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與水資源安全的需戰(zhàn)略求，圍繞降水資源利用率低與節(jié)水灌溉 自動(dòng)化水平較低的問(wèn)題，開展溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法的研究，集成創(chuàng)新現(xiàn) 代傳感器技術(shù)與智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同灌水定額的自動(dòng)化控制，為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供水 資源保障，為節(jié)水灌溉自動(dòng)化提供技術(shù)手段。本發(fā)明能夠利用溫室大棚膜面自動(dòng)收集雨水， 并根據(jù)土壤濕度(含水量)大小適時(shí)、適量進(jìn)行節(jié)水灌溉的自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，提高天然 降水資源的利用率與節(jié)水灌溉的自動(dòng)化水平，具有節(jié)能、環(huán)保、綠色、低碳的特點(diǎn)。本發(fā)明的 系統(tǒng)及方法可廣泛應(yīng)用于我國(guó)北方廣大缺水地區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與節(jié)水灌溉中，提高降水 資源利用率與灌溉保證率，降低大棚生產(chǎn)用水對(duì)外界的依賴，節(jié)省灌溉費(fèi)用，促進(jìn)農(nóng)藥及肥 料的利用效率，提尚廣品品質(zhì)。
[0017] 本發(fā)明的節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅充分考慮了溫室大棚集雨膜面與匯流槽的結(jié)構(gòu) 優(yōu)化問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉的全自動(dòng)化控制，特別是在防止因集雨池內(nèi)無(wú)水與水栗空 轉(zhuǎn)而可能引發(fā)的水栗燒毀問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)考慮，通過(guò)雙約束條件的串聯(lián)模式，很好地解決 了只有當(dāng)集雨池內(nèi)有雨水的時(shí)候，水栗才會(huì)根據(jù)土壤濕度的大小及時(shí)啟閉的問(wèn)題。
[0018] 本發(fā)明的多處理灌水定額減量子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同灌水定額的自動(dòng)化控制，為節(jié)水 灌溉試驗(yàn)的自動(dòng)化提供了技術(shù)手段，針對(duì)滴頭瞬時(shí)流量測(cè)試限時(shí)，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠輕 松實(shí)現(xiàn)滴灌情況下不同灌水定額的自動(dòng)化控制。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明溫室大棚集雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中給出了兩種不同的實(shí)施情景。
[0020] 圖2是本發(fā)明管道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖中：溫室大棚（1)、集雨面（11)、匯流槽（12)、導(dǎo)水管（13)、集雨池（14)、輸配水管 道(21)、毛管(22)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項(xiàng)設(shè)備均為常規(guī)市 售產(chǎn)品，均能夠通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買直接獲得。
[0023]實(shí)施例1、溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)。
[0024] 參看附圖，本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括溫室大棚集雨系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和節(jié)灌自動(dòng) 控制系統(tǒng)。
[0025] -、溫室大棚集雨系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于溫室大棚1頂部外周的集雨面11、設(shè)置在 集雨面11低端的匯流槽12和設(shè)置在地下的集雨池14,集雨池14通過(guò)導(dǎo)水管13與匯流槽12接 通;在溫室大棚集雨系統(tǒng)中，集雨面11為溫室大棚的不透水傾斜膜面，此膜面被匯流槽12分 割成上下兩部分，其中上部膜面的下端固定在匯流槽12的內(nèi)側(cè)將雨水直接導(dǎo)入?yún)R流槽12槽 內(nèi)，而其下部膜面的上端固定在匯流槽12的外側(cè)避免雨水外流;匯流槽12水平固定在溫室 大棚的骨架上且距地面高度為〇.5m或5m，匯流槽12軸向的一端被封住，其另一端通過(guò)導(dǎo)水 管13與集雨池相連通;集雨池14設(shè)置在溫室大棚的外部且位于地下，其埋深50cm，在集雨池 14上部留有進(jìn)水口與出水口；本發(fā)明技術(shù)研發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)是大棚集雨池尺寸的設(shè)計(jì)。我們 通過(guò)當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，特別是降水?dāng)?shù)據(jù)的分析，重點(diǎn)開展了棚面集雨過(guò)程試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，雨 水集流效率與降雨強(qiáng)度、大棚面積和棚面彎曲度密切相關(guān)，塑料溫室大棚雨水集流效率年 平均為73.0%，雨季平均為91.0%。并以此為依據(jù)，提出了溫室大棚集雨池尺寸設(shè)計(jì)的計(jì)算公 式:V=W集-W用;式中:V-集雨池的體積(m 3)，W集一雨季集水量(m3)，W用一雨季用水量(m3)。按照 每個(gè)溫室大棚面積0.1公頃計(jì)算，在石家莊地區(qū)，每個(gè)大棚雨季集水量為352.8 m3; -般每 個(gè)溫室大棚雨季用水量為225立方米;那么每個(gè)溫室大棚集雨池的設(shè)計(jì)尺寸為127立方米左 右。如果按照每個(gè)溫室大棚的年集雨水量計(jì)算，僅采用溫室大棚集雨技術(shù)，就可滿足設(shè)施大 棚二分之一的用水需求，相對(duì)于節(jié)水50%。加之膜下滴灌、滲灌、PRD滴灌等現(xiàn)代節(jié)水技術(shù)的 應(yīng)用，可見設(shè)施大棚集雨高效利用技術(shù)的節(jié)水潛力是非常巨大的。華北平原多年平均降雨 量為500-900mm，換算成水資源量則達(dá)1500-2700億m 3,這對(duì)于水資源嚴(yán)重短缺地區(qū)來(lái)說(shuō)是 一筆很大的財(cái)富，雨水利用潛力還是非常巨大的。
[0026] 二、管道系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括輸配水管道21和毛管22,輸配水管道21上設(shè)置有閥門； 輸配水管道21采用聚乙烯塑料軟管并包含主管和若干支管，主管與支管之間通過(guò)三通、彎 頭等連接;毛管22采用Φ16內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，并通過(guò)旁通與輸配水管道21相連。
[0027] 三、節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括直流電源、與直流電源電學(xué)連接的中央智能控 制器、設(shè)置在土壤內(nèi)部進(jìn)行土壤濕度測(cè)量并位于中央智能控制器信號(hào)輸入端的土壤水分傳 感器、設(shè)置在集雨池內(nèi)部進(jìn)行水位蓄積量測(cè)量并位于中央智能控制器信號(hào)輸入端的水位傳 感器和設(shè)置在集雨池底端并位于中央智能控制器信號(hào)輸出端的水栗，水栗為直流(DC12v 或24v)潛水栗，流量4-6m3/h，揚(yáng)程6-8米;直流電源采用太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括太陽(yáng) 能板、充電控制器和DC12V電瓶；中央智能控制器具有1路電源輸出通道、4路繼電器報(bào)警輸 出通道、4路電壓信號(hào)輸入通道，供電電壓為直流DC24V; 土壤水分傳感器為電壓型傳感器， 量程為0-100%，在直流DC12V電源供電條件下根據(jù)土壤濕度(含水量）的大小輸出一個(gè)0-5V 直流電壓信號(hào)，土壤含水量(Q)電壓信號(hào)(v)的關(guān)系是:Q=V/5;水位傳感器為電壓型傳感器， 在直流DC12V電源供電條件下根據(jù)水位的高低輸出一個(gè)0-5V直流電壓信號(hào)；中央智能控制 器的信號(hào)輸入端同時(shí)連接土壤水分傳感器和水位傳感器，此兩組傳感器組成雙約束條件的 串聯(lián)模式，當(dāng)土壤水分傳感器向中央智能控制器輸入的電壓信號(hào)超出預(yù)設(shè)值從而使得中央 智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道K1閉合，并且水位傳感器向中央智能控制器輸入的電壓信號(hào) 在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi)從而使得中央智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道K2閉合，兩個(gè)條件同時(shí)滿足則 中央智能控制器控制水栗才開啟；而只要K1與K2中有一個(gè)斷開，水栗處于關(guān)閉狀態(tài);在節(jié)灌 自動(dòng)控制系統(tǒng)中還包括多處理灌水定額減量子系統(tǒng)，此多處理灌水定額減量子系統(tǒng)包括與 直流電源電學(xué)連接并與中央智能控制器通信的智能時(shí)間控制器，此智能時(shí)間控制器為具有 多個(gè)繼電器輸出通道的可編程時(shí)間控制裝置，在其不同的輸出通道的管路上均設(shè)置電磁 閥，設(shè)置智能時(shí)間控制器的工作模式為計(jì)時(shí)模式，同時(shí)設(shè)置其通道1、2、3、…、η同時(shí)接通一 定時(shí)間a秒，接著各個(gè)通道依次斷開一定時(shí)間b秒，當(dāng)某一通道m(xù)斷開時(shí)，前面的通道1、2、3··· m-1繼續(xù)保持?jǐn)嚅_，當(dāng)最后一個(gè)通道η也同樣斷開b秒后，各個(gè)通道再次同時(shí)接通，進(jìn)行循環(huán)； 這樣，通道1每接通a秒就斷開η X b秒，通道2每接通a秒就斷開(n-1) X b秒，通道3每接通a秒 就斷開(n-2) X b秒，通道η每接通a秒就斷開b秒，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的灌水定額減量自動(dòng)控制。
[0028] 實(shí)施例2、溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制實(shí)施方法。
[0029] 參見附圖，溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制的實(shí)施方法是利用溫室大棚不透水和傾斜 的膜面作為集雨面11，對(duì)天然降雨進(jìn)行雨水的集流，并通過(guò)匯流槽12儲(chǔ)存在集雨池14中，為 溫室大棚灌溉提供水源；中央智能控制器在直流電源供電條件下，通過(guò)電源輸出通道分別 為土壤水分傳感器與水位傳感器提供直流電源，同時(shí)分別通過(guò)兩路電壓輸入通道，接收土 壤水分傳感器與水位傳感器分別根據(jù)土壤濕度狀態(tài)與集雨池水位高低發(fā)送回來(lái)的兩組不 同電壓信號(hào)，該兩個(gè)不同電壓信號(hào)將分別與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)條件， 即土壤濕度代表的電壓值低于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值且集雨池內(nèi)水位代表的電壓值高于 預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值同時(shí)滿足時(shí)，中央智能控制器通過(guò)報(bào)警輸出通道驅(qū)動(dòng)水栗通電開始 抽水工作，并通過(guò)輸配水管道與毛管將集雨池14內(nèi)收集的雨水輸送到作物根系土壤，為作 物正常生長(zhǎng)提供水源；而當(dāng)土壤濕度增加到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值與回差值之和時(shí)，或者集雨 池14內(nèi)的水位降低到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值與回差值之差時(shí)，中央智能控制器將通過(guò)報(bào)警輸出 通道驅(qū)動(dòng)水栗斷電停止抽水工作;在灌水作業(yè)時(shí)進(jìn)一步設(shè)置多處理灌水定額減量子系統(tǒng)， 在計(jì)時(shí)周期內(nèi)設(shè)置不同通道的打開時(shí)間依次梯度減量，實(shí)現(xiàn)不同處理區(qū)域的灌水定額減量 自動(dòng)控制； 更具體的，在中央智能總控系統(tǒng)中，土壤水分傳感器位于溫室大棚的土壤中，埋深在作 物根層附近。假設(shè)土壤的田間持水量為40.0%，相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)為2.000v，預(yù)先設(shè)置中央 智能控制器的報(bào)警電壓值為1.600V，土壤含水量為32.0%(相當(dāng)于土壤田間持水量的80%)， 回差值為0.400V，也就是當(dāng)土壤含水量低于田間持水量的80%的時(shí)候，中央智能控制器將驅(qū) 動(dòng)報(bào)警輸出通道(Κ1)閉合；當(dāng)土壤含水量增加到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值（1.600V)與回差值 (0.400ν)之和(2.000ν)時(shí)，也就是土壤的田間持水量的時(shí)候，中央智能控制器將驅(qū)動(dòng)報(bào)警 輸出通道(Κ1)斷開;水位傳感器位于集雨池內(nèi)，埋深在集雨池的底部。假設(shè)水位傳感器的量 程為0-1.000m，相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)為0-5.000ν，預(yù)先設(shè)置中央智能控制器的報(bào)警電壓值為 1. 〇〇〇ν，相當(dāng)于集雨池內(nèi)水深為0.200m，也就是當(dāng)集雨池內(nèi)的水深超過(guò)0.200m的時(shí)候，中央 智能控制器將驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道(K2)閉合；當(dāng)集雨池內(nèi)的水深下降到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值 (1.000v)與回差值(0.500v)之差(0.500v)時(shí)，也就是當(dāng)集雨池內(nèi)的水深低于0.100m的時(shí) 候，中央智能控制器將驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道(K2)斷開;在土壤濕度大小與集雨池內(nèi)水位高低 雙約束條件的串聯(lián)模式下，只有當(dāng)K1與K2同時(shí)閉合時(shí)，水栗才開啟；只要K1與K2中有一個(gè)斷 開，水栗便關(guān)閉。這樣，不僅保證了當(dāng)土壤濕度(含水量)降低到一定程度時(shí)，集雨池內(nèi)的水 能夠及時(shí)、適時(shí)、適量的通過(guò)水栗、輸配水管道輸送到作物附近，同時(shí)，還避免了因集雨池內(nèi) 無(wú)水與水栗空轉(zhuǎn)而可能引發(fā)的水栗燒毀問(wèn)題。當(dāng)然，當(dāng)集雨池內(nèi)無(wú)水，同時(shí)估計(jì)近期也無(wú)降 雨發(fā)生時(shí)，可以利用其他水源進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，以保證溫室大棚作物需水； 進(jìn)一步的，在多處理灌水定額減量子系統(tǒng)中，作業(yè)時(shí)設(shè)置四個(gè)處理，四個(gè)處理的灌水定 額分別為處理一減量30%、處理二減量20%、處理三減量10%、作為對(duì)照的處理四；智能時(shí)間控 制器與中央智能控制器通信并接收開啟灌水的控制信號(hào)，設(shè)置智能時(shí)間控制器與處理一、 處理二、處理三分別對(duì)應(yīng)的通道1、2、3同時(shí)打開1分鐘，然后通道1關(guān)閉6秒，接著通道2關(guān)閉6 秒，此時(shí)通道1繼續(xù)關(guān)閉，接著通道3關(guān)閉6秒，此時(shí)通道1、2繼續(xù)關(guān)閉，然后通道1、2、3再同時(shí) 打開，通道4 一直開啟；進(jìn)行循環(huán)。這樣的結(jié)果就是，處理一每打開1分鐘關(guān)閉18秒、處理二每 打開1分鐘關(guān)閉12秒、處理三每打開1分鐘關(guān)閉6秒，對(duì)照每打開1分鐘關(guān)閉0秒。對(duì)四組處理 各自的滴頭瞬時(shí)流量分別進(jìn)行三次重復(fù)測(cè)驗(yàn)，結(jié)果如下表1所示： 表1滴頭瞬時(shí)流量測(cè)定結(jié)果
測(cè)試結(jié)果表明，多處理灌水定額減量子系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠輕松實(shí)現(xiàn)滴灌情況下不同 灌水定額的自動(dòng)化控制。
[0030]上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對(duì)其技術(shù)方案本身的單一 限制條件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中包括溫室大棚 集雨系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)； 所述溫室大棚集雨系統(tǒng)包括位于溫室大棚（1)頂部外周的集雨面（11)、設(shè)置在集雨面 (11) 低端的匯流槽（12)和設(shè)置在地上或地下的集雨池（14)，所述集雨池（14)通過(guò)導(dǎo)水管 (13)與所述匯流槽(12)接通； 所述管道系統(tǒng)包括輸配水管道(21)和毛管(22)，所述輸配水管道(21)上設(shè)置有閥門； 所述節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)包括直流電源、與直流電源電學(xué)連接的中央智能控制器、設(shè)置 在土壤內(nèi)部進(jìn)行土壤濕度測(cè)量并位于中央智能控制器信號(hào)輸入端的土壤水分傳感器、設(shè)置 在所述集雨池（14)內(nèi)部進(jìn)行水位蓄積量測(cè)量并位于中央智能控制器信號(hào)輸入端的水位傳 感器和設(shè)置在所述集雨池(14)底端并位于中央智能控制器信號(hào)輸出端的水栗。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:在所述溫室大 棚集雨系統(tǒng)中，所述集雨面（11)為溫室大棚的不透水傾斜膜面，此膜面被所述匯流槽（12) 分割成上下兩部分，其中上部膜面的下端固定在匯流槽(12)的內(nèi)側(cè)將雨水直接導(dǎo)入?yún)R流槽 (12) 槽內(nèi)，而其下部膜面的上端固定在匯流槽(12)的外側(cè)避免雨水外流。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:在所述溫室大 棚集雨系統(tǒng)中，所述匯流槽（12)水平固定在溫室大棚的骨架上，匯流槽（12)軸向的一端被 封住，其另一端通過(guò)導(dǎo)水管（13)與所述集雨池（14)相連通。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:在所述溫室大 棚集雨系統(tǒng)中，所述集雨池（14)設(shè)置在溫室大棚（1)的外部且位于地下，其埋深30-70cm，在 集雨池（14)上部留有進(jìn)水口與出水口；集雨池（14)的體積依據(jù)如下公式確定:V=W集-W用;式 中：V-集雨池的體積，W集一雨季集水量，W用一雨季用水量。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:在所述管道系 統(tǒng)中，所述輸配水管道(21)采用塑料軟管并包含主管和若干支管，主管與支管之間通過(guò)三 通、彎頭等連接;所述毛管(22)采用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，并通過(guò)旁通與所述輸配水管道(21) 相連。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:在所述節(jié)灌自 動(dòng)控制系統(tǒng)中，所述直流電源采用太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括太陽(yáng)能板、充電控制器和電 瓶;所述中央智能控制器的信號(hào)輸入端同時(shí)連接土壤水分傳感器和水位傳感器，此兩組傳 感器組成雙約束條件的串聯(lián)模式，當(dāng)土壤水分傳感器向中央智能控制器輸入的電壓信號(hào)超 出預(yù)設(shè)值從而使得中央智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道K1閉合，并且水位傳感器向中央智能 控制器輸入的電壓信號(hào)在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi)從而使得中央智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道K2閉 合，兩個(gè)條件同時(shí)滿足則中央智能控制器控制水栗才開啟；而只要K1與K2中有一個(gè)斷開，水 栗處于關(guān)閉狀態(tài)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:在所述節(jié)灌自 動(dòng)控制系統(tǒng)中還包括多處理灌水定額減量子系統(tǒng)，此多處理灌水定額減量子系統(tǒng)包括與直 流電源電學(xué)連接并與所述中央智能控制器通信的智能時(shí)間控制器，此智能時(shí)間控制器為具 有多個(gè)繼電器輸出通道的可編程時(shí)間控制裝置，在其不同的輸出通道的管路上均設(shè)置電磁 閥，設(shè)置智能時(shí)間控制器的工作模式為計(jì)時(shí)模式，同時(shí)設(shè)置其通道1、2、3、…、η同時(shí)接通一 定時(shí)間a秒，接著各個(gè)通道依次斷開一定時(shí)間b秒，當(dāng)某一通道m(xù)斷開時(shí)，前面的通道1、2、3··· m-1繼續(xù)保持?jǐn)嚅_，當(dāng)最后一個(gè)通道η也同樣斷開b秒后，各個(gè)通道再次同時(shí)接通，進(jìn)行循環(huán)； 這樣，通道1每接通a秒就斷開η X b秒，通道2每接通a秒就斷開(n-1) X b秒，通道3每接通a秒 就斷開(n-2) X b秒，通道η每接通a秒就斷開b秒，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的灌水定額減量自動(dòng)控制。8. -種溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制實(shí)施方法，其特征在于:利用溫室大棚不透水和傾 斜的膜面作為集雨面(），對(duì)天然降雨進(jìn)行雨水的集流，并通過(guò)匯流槽(）儲(chǔ)存在集雨池中，為 溫室大棚灌溉提供水源；中央智能控制器在直流電源供電條件下，通過(guò)電源輸出通道分別 為土壤水分傳感器與水位傳感器提供直流電源，同時(shí)分別通過(guò)兩路電壓輸入通道，接收土 壤水分傳感器與水位傳感器分別根據(jù)土壤濕度狀態(tài)與集雨池水位高低發(fā)送回來(lái)的兩組不 同電壓信號(hào)，該兩個(gè)不同電壓信號(hào)將分別與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)條件， 即土壤濕度代表的電壓值低于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值且集雨池內(nèi)水位代表的電壓值高于 預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電壓值同時(shí)滿足時(shí)，中央智能控制器通過(guò)報(bào)警輸出通道驅(qū)動(dòng)水栗通電開始 抽水工作，并通過(guò)輸配水管道（）與毛管（）將集雨池內(nèi)收集的雨水輸送到作物根系土壤，為 作物正常生長(zhǎng)提供水源;而當(dāng)土壤濕度增加到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值與回差值之和時(shí)，或者集 雨池內(nèi)的水位降低到預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值與回差值之差時(shí)，中央智能控制器將通過(guò)報(bào)警輸出 通道驅(qū)動(dòng)水栗斷電停止抽水工作;在灌水作業(yè)時(shí)進(jìn)一步設(shè)置多處理灌水定額減量子系統(tǒng)， 在計(jì)時(shí)周期內(nèi)設(shè)置不同通道的打開時(shí)間依次梯度減量，實(shí)現(xiàn)不同處理區(qū)域的灌水定額減量 自動(dòng)控制。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制實(shí)施方法，其特征在于:所述的土 壤水分傳感器埋深在作物根層，土壤的田間持水量為X，相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)為〇，預(yù)先設(shè)置中 央智能控制器的報(bào)警電壓值為P，土壤田間持水量的p/o,回差值為q=〇 - P，當(dāng)土壤含水量低 于p/o時(shí)，中央智能控制器驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道閉合，此時(shí)若同時(shí)滿足集雨池水位高低約束條 件，則電磁閥打開開始灌水；當(dāng)土壤含水量增加到預(yù)先設(shè)定的回差值q與報(bào)警值P之和〇時(shí)， 中央智能控制器將驅(qū)動(dòng)報(bào)警輸出通道斷開，電磁閥關(guān)閉。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫室大棚集雨節(jié)灌自動(dòng)控制實(shí)施方法，其特征在于：多處理 灌水定額減量子系統(tǒng)作業(yè)時(shí)設(shè)置四個(gè)處理，四個(gè)處理的灌水定額分別為處理一減量30%、處 理二減量20%、處理三減量10%、作為對(duì)照的處理四；智能時(shí)間控制器與所述中央智能控制器 通信并接收開啟灌水的控制信號(hào)，設(shè)置智能時(shí)間控制器與處理一、處理二、處理三分別對(duì)應(yīng) 的通道1、2、3同時(shí)打開1分鐘，然后通道1關(guān)閉6秒，接著通道2關(guān)閉6秒，此時(shí)通道1繼續(xù)關(guān)閉， 接著通道3關(guān)閉6秒，此時(shí)通道1、2繼續(xù)關(guān)閉，然后通道1、2、3再同時(shí)打開，通道4一直開啟；進(jìn) 行循環(huán)。
【文檔編號(hào)】A01G9/24GK106069381SQ201610442103
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】曹建生, 沈彥俊, 齊永青, 王賀輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所