本實用新型涉及農(nóng)藝學和土壤學領(lǐng)域，特別是涉及一種實時監(jiān)測土壤墑情的土壤墑情傳感器及自動灌溉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，隨著蔬菜生產(chǎn)種植規(guī)模的不斷擴大，復種指數(shù)增高，周年栽培生產(chǎn)用水量也隨之增加；加之蔬菜產(chǎn)區(qū)大部分集中在水資源供需矛盾突出的較發(fā)達地區(qū)，因此實施蔬菜節(jié)水灌溉技術(shù)對緩解水資源短缺有重大意義，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的開發(fā)應用也越來越受重視。近年來，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)通過多學科的交叉、融合和集成，開發(fā)出一批先進的節(jié)水灌溉技術(shù)及設(shè)施裝備，在生產(chǎn)應用中節(jié)水效果顯著。但由于各種土壤墑情監(jiān)測技術(shù)存在各種局限性，使測墑自動灌溉技術(shù)及其使用方法與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際應用之間存在一定距離。

現(xiàn)有的土壤水分傳感器有在生產(chǎn)實際應有中都存在一些存在問題：張力計法的土壤墑情傳感器存在反應慢，不能實時監(jiān)測出土壤水分含量；中子水分儀法存在使用和保養(yǎng)方法繁瑣，中子源輻射防護操作難度大的技術(shù)問題，不適用于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中使用；頻域反射儀（FDR）法與TDR法原理、方法、作用和效果基本相似，能夠快速、便捷和連續(xù)觀測土壤含水量，成為土壤墑情實時監(jiān)測的主流，實現(xiàn)了實時監(jiān)測土壤水分的目標，也是目前測量土壤含水量中較常用的土壤傳感器。但其探頭價格較高，用置入法定點實時觀測土壤水分含量時投資較大，且對探針的插入位置距開挖剖面都有嚴格要求，必須防止地表和土壤中各層間的水分沿導管與土壤間的縫隙流動，在不同土壤性質(zhì)測定時參數(shù)變化較大，受到土壤質(zhì)地、環(huán)境因素等變化的很大干擾。存在監(jiān)測點狹小，監(jiān)測結(jié)果不穩(wěn)定，不具備代表性等問題，在生產(chǎn)應用中監(jiān)測數(shù)據(jù)還需要用繁瑣的實驗分析進行修正，并采取用若干個土壤墑情傳感器多點檢測，加權(quán)平均計算等策略提高傳感器精度，監(jiān)測的手段和方法較復雜，難于在生產(chǎn)上大范圍推廣應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供一種實時監(jiān)測土壤墑情的土壤墑情傳感器及自動灌溉系統(tǒng)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種實時監(jiān)測土壤墑情的土壤墑情傳感器，包括上端設(shè)有開口的外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)有底座，所述底座上設(shè)有質(zhì)量傳感器，所述質(zhì)量傳感器上面設(shè)有用于托舉檢測土壤的擋土板，所述擋土板設(shè)置在外殼的開口處，所述擋土板與外殼的開口邊緣通過柔性軟膠密封。

進一步作為本實用新型技術(shù)方案的改進，所述質(zhì)量傳感器設(shè)有用于傳輸信號的數(shù)據(jù)線，所述外殼的外側(cè)還設(shè)有用于保護數(shù)據(jù)線的硬質(zhì)管體，所述數(shù)據(jù)線出口設(shè)置在外殼的側(cè)面并穿過硬質(zhì)管體。

還提供一種測墑自動灌溉系統(tǒng)，所述土壤墑情傳感器通過數(shù)據(jù)線將捕獲的土壤墑情信號輸入測墑灌溉控制器，所述測墑灌溉控制器將土壤墑情信號轉(zhuǎn)變成澆灌命令并輸出控制灌溉系統(tǒng)。

進一步作為本實用新型技術(shù)方案的改進，所述測墑灌溉控制器包括單片機、顯示器、控制按鍵和數(shù)據(jù)線接口，所述測墑自動灌溉控制器設(shè)有設(shè)定的灌溉指標和灌溉制度，根據(jù)土壤墑情狀況測墑自動灌溉，并將墑情傳感器的監(jiān)測值轉(zhuǎn)化成控制灌溉系統(tǒng)的命令，所述控制按鍵用于設(shè)置具體的灌溉指標和灌溉制度。

進一步作為本實用新型技術(shù)方案的改進，所述測墑灌溉控制器還設(shè)有用于連接 PC機或IC卡的數(shù)據(jù)線接口，所述灌溉系統(tǒng)設(shè)有水泵及電磁閥，所述測墑灌溉控制器控制水泵及電磁閥的開啟和關(guān)閉。

本實用新型的有益效果：此土壤墑情傳感器克服了現(xiàn)有的土壤墑情傳感器的監(jiān)測點小，監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定性不高、代表性不強，監(jiān)測參數(shù)難于修正等問題，具有監(jiān)測精確度高、反應靈敏、穩(wěn)定性好、成本低廉的優(yōu)點。在此基礎(chǔ)上建立起測墑自動灌溉系統(tǒng)，針對蔬菜根層分布較淺的特點，應用質(zhì)量傳感器開發(fā)出性能優(yōu)良的土壤墑情實時監(jiān)測調(diào)控系統(tǒng)，再結(jié)合標準化的農(nóng)藝措施，保證了監(jiān)測結(jié)果能代表性，還能夠根據(jù)需要擴大監(jiān)測土壤的體積和范圍，提高監(jiān)測結(jié)果的準確性，達到實時精準監(jiān)測和調(diào)控土壤墑情的目標。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明：

圖1是本實用新型實施例土壤墑情傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例測墑自動灌溉系統(tǒng)簡化圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本實用新型的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本實用新型保護的范圍。

參照圖1至圖2，本實用新型為提供一種實時監(jiān)測土壤墑情的土壤墑情傳感器，包括上端設(shè)有開口的外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)有底座4，所述底座4上設(shè)有質(zhì)量傳感器2，所述質(zhì)量傳感器2上面設(shè)有用于托舉檢測土壤的擋土板1，所述擋土板1設(shè)置在外殼的開口處，所述擋土板1與外殼的開口邊緣通過柔性軟膠密封。

作為本實用新型優(yōu)選的實施方式，所述質(zhì)量傳感器2設(shè)有用于傳輸信號的數(shù)據(jù)線3，所述外殼的外側(cè)還設(shè)有用于保護數(shù)據(jù)線3的硬質(zhì)管體5，所述數(shù)據(jù)線出口設(shè)置在外殼的側(cè)面并穿過硬質(zhì)管體5。

還提供一種測墑自動灌溉系統(tǒng)，所述土壤墑情傳感器通過數(shù)據(jù)線3將捕獲的土壤墑情信號輸入測墑灌溉控制器，所述測墑灌溉控制器將土壤墑情信號轉(zhuǎn)變成澆灌命令并輸出控制灌溉系統(tǒng)。

作為本實用新型優(yōu)選的實施方式，所述測墑灌溉控制器包括單片機、顯示器、控制按鍵和數(shù)據(jù)線接口，所述測墑自動灌溉控制器設(shè)有設(shè)定的灌溉指標和灌溉制度，根據(jù)土壤墑情狀況測墑自動灌溉，并將墑情傳感器的監(jiān)測值轉(zhuǎn)化成控制灌溉系統(tǒng)的命令，所述控制按鍵用于設(shè)置具體的灌溉指標和灌溉制度。

作為本實用新型優(yōu)選的實施方式，所述測墑灌溉控制器還設(shè)有用于連接 PC機或IC卡的數(shù)據(jù)線接口，所述灌溉系統(tǒng)設(shè)有水泵及電磁閥，所述測墑灌溉控制器控制水泵及電磁閥的開啟和關(guān)閉。

針對蔬菜的根層分布特點及其生長特性，制定具體的精準灌溉指標和灌溉制度，能實時監(jiān)測出土壤墑情狀況，在生產(chǎn)應用中能起到節(jié)約水資源、增加產(chǎn)量、提高效益的重要作用，具有精確度高、反應靈敏、穩(wěn)定性好、成本低廉的優(yōu)點。

1）、精確度高。質(zhì)量傳感器法測定土壤水分，實時監(jiān)測出土壤水分含量，且能夠定向精準測量所需要測定大小土塊的土壤墑情狀況，也不存在監(jiān)測結(jié)果需要修正等其他監(jiān)測方法所需要的一系列繁鎖問題。

2）、反應靈敏。用質(zhì)量傳感器法測定土壤水分，能夠?qū)崟r監(jiān)測出土壤水分變化狀況，精準把握灌溉上限指標，避免過量灌溉?？朔藦埩τ嫹ǚ磻荒茈S時監(jiān)測出土壤水分含量的問題。

3）、穩(wěn)定性好。質(zhì)量傳感器法測量土塊可根據(jù)需要設(shè)計相應大小的檔土板，可適當擴大了監(jiān)測土壤的范圍，定向監(jiān)測目標土塊的土壤墑情，保證監(jiān)測結(jié)果精準穩(wěn)定?？朔薋DR法與TDR法監(jiān)測范圍小，代表性差，對探針的插入位置距開挖剖面都有嚴格要求等問題，也不需要用繁瑣的實驗分析進行修正。

4）、成本低廉。質(zhì)量傳感器法測定土壤水分，材料易得，成本低，使用方便，解決了采中子水分儀法等成本高昂，使用和保養(yǎng)方法繁瑣，中子源輻射防護操作難度大等技術(shù)問題。

本實用新型提供一種實時監(jiān)測土壤水分含量的土壤墑情傳感器，主要由質(zhì)量傳感器2、擋土板1、數(shù)據(jù)線3、底座4和外殼幾個元件構(gòu)成。如圖1所示，在底座4上嵌入質(zhì)量傳感器2，擋土板1安裝在質(zhì)量傳感器2上面，測試土塊6位于擋土板1的正上方，質(zhì)量傳感器2直接捕獲擋土板1上面的土壤墑情指標，監(jiān)測到相應大小土塊的土壤墑情狀況，將其信號通過數(shù)據(jù)線3輸出，用數(shù)據(jù)線3將捕獲的土壤墑情信號輸入測墑灌溉控制器，達到實時監(jiān)測土壤墑情狀況的目標。土壤墑情傳感器定向捕獲擋土板1上方整個土塊的土壤墑情信號，可根據(jù)具體需要設(shè)計大小不同的規(guī)格擋土板1，定向測定出目標土塊的土壤墑情狀況，使監(jiān)測土塊的土壤墑情具備代表性。

本實用新型還提供了一種測墑自動灌溉裝置，由土壤墑情傳感器、測墑灌溉控制器和控制電箱組成。測墑灌溉控制器是土壤墑情信號轉(zhuǎn)變成澆灌命令的集成電路，由單片機、顯示器、控制按鍵和數(shù)據(jù)線接口等構(gòu)成。用單片機設(shè)計制造出測墑灌溉控制器，單片機具有操縱和調(diào)控測墑自動灌溉系統(tǒng)的功能，能將土壤墑情傳感器的監(jiān)測信號轉(zhuǎn)化成澆灌的命令。顯示器可以實時顯示土壤墑情等各項參數(shù)；控制按鍵用設(shè)置和調(diào)控各項參數(shù)的具體指標，設(shè)置出具體的灌溉指標和灌溉制度；測墑灌溉控制器二條數(shù)據(jù)線3分別為輸入土壤傳感器的信號，以及輸出控制水泵、電磁閥等系統(tǒng)運行的命令，還有一個數(shù)據(jù)線3的接口可連接PC機或IC卡，用于輸出土壤墑情監(jiān)測結(jié)果，復制出貯存于系統(tǒng)中的土壤墑情歷史記錄。控制電箱將土壤墑情傳感器和測墑灌溉控制器集成測墑自動灌溉系統(tǒng)，輸出調(diào)控水泵、電磁閥的開啟和關(guān)閉的命令，保證精準灌溉。

如圖2所示，測墑灌溉控制器有顯示器、控制按鍵、數(shù)據(jù)線接口和二條連線，分別執(zhí)行土壤墑情數(shù)據(jù)的讀取、調(diào)控、導出的功能，顯示器能實時讀取土壤墑情傳感器的監(jiān)測值；控制按鍵能設(shè)置出具體的澆灌指標和澆灌周期，將墑情傳感器的監(jiān)測值轉(zhuǎn)化成控制灌溉系統(tǒng)的命令。測墑灌溉控制器有二條連線分別與土壤墑情傳感器和灌溉設(shè)施連接，分別輸入土壤墑情傳感器信號和輸出控制灌溉系統(tǒng)的命令。測墑自動灌溉控制系統(tǒng)運行時能按照所設(shè)定的灌溉指標和灌溉制度，根據(jù)土壤墑情狀況測墑自動灌溉，保證蔬菜需水和灌溉供水的平衡，適時適量滿足蔬菜生長對水分的需求，實現(xiàn)灌溉的數(shù)字化的精準管理，避免了人工操作的盲目性。測墑自動灌溉裝置能夠根據(jù)蔬菜對水分的具體需求適時適量灌溉，在蔬菜節(jié)水灌溉，提高水分利用效率，增加產(chǎn)量中能起重要作用。

在同一時期以青花菜、菜心、大白菜3種不同蔬菜為試驗材料，在墑情調(diào)控水平一致的基礎(chǔ)上進行測墑自動灌溉對蔬菜產(chǎn)量、用水量和水分利用效率的差異比較試驗。結(jié)果表明，測墑自動灌溉大幅增加了需水量較大的大白菜產(chǎn)量，其次為菜心，青花菜、菜心、大白菜的產(chǎn)量分別比傳統(tǒng)灌溉增產(chǎn)12.1%、72.4%和96.2%。但測墑自動灌溉能大幅節(jié)約了需水量較小的青花菜用水量，其次為菜心，需水量大的大白菜用水量反而有所增加，青花菜、菜心、大白菜的用水量分別比傳統(tǒng)灌溉節(jié)約了34.1%、5.2%和13.3%。而這3種蔬菜的水分利用效率均有較大幅度的提高，提高幅度卻基本處于同一個水平，三種蔬菜分別比傳統(tǒng)灌溉提高了70.2%、81.8%和73.2%?？梢姕y墑自動灌溉確實能根據(jù)蔬菜生產(chǎn)發(fā)育需求進行灌溉，緩解水分供需矛盾的作用，保證蔬菜需水與灌溉供水的平衡，營造出良好的根際土壤條件，避免了人工灌溉操作的盲目性。

本實用新型使用方法的優(yōu)選實施例：該測墑灌溉控制器運行時，設(shè)定了以25%的土壤絕對含水量為灌溉上限，每天上午9時灌溉1次為灌溉周期，可以看到單片機自動貯存記錄的土壤墑情調(diào)控狀況：在12月23日和12月26日，分別下了2場雨，使土壤絕對含水量一直高于25%，灌溉系統(tǒng)也一直沒有啟動；12月29日以后，每天早上土壤絕對含水量低于25%的情況下，灌溉系統(tǒng)就自動啟動，將土壤絕對含水量調(diào)節(jié)到25%。可見測墑灌溉控制器能夠根據(jù)土壤墑情狀況適時合理灌溉，精準調(diào)控土壤墑情，滿足植株生長對水分的需求，同時防止過量灌溉引起的水肥流失浪費及其造成的污染，改善田間生態(tài)環(huán)境。

將土壤墑情傳感器在大田中建立起實時精準監(jiān)測土壤墑情狀況的系統(tǒng)。能夠增大土壤墑情的監(jiān)測范圍和體積，定向監(jiān)測目標土壤的土壤墑情狀況，提高土壤墑情監(jiān)測的精確性和代表性。根據(jù)土壤特點、蔬菜生長需求及蔬菜的根系構(gòu)型設(shè)置土壤墑情傳感器的監(jiān)測范圍，制定出合理的灌溉指標和灌溉制度，能嚴密監(jiān)控土壤墑情，嚴格控制灌溉上限，做到蔬菜灌溉的數(shù)字化精準管理，適時適量滿足蔬菜生長需求。配套標準化農(nóng)藝技術(shù)，使實時監(jiān)測結(jié)果能代表大田整體情況。在大田生產(chǎn)應用時，一方面使監(jiān)測區(qū)域的墑情狀況與大田整體的墑情狀況保持一致，另一方面使監(jiān)測區(qū)域的灌溉措施和大田整體灌溉措施保持一致，保證監(jiān)測區(qū)域的實時監(jiān)測結(jié)果能夠代表性大田整體狀況，即通過監(jiān)測土塊能同步調(diào)控大田整體的土壤墑情狀況，達到實時監(jiān)測和精準調(diào)控土壤墑情的目標。配套測墑自動灌溉系統(tǒng)能適時適量灌溉，合理調(diào)控土壤墑情，實現(xiàn)蔬菜灌溉的精準管理和自動化。

當然，本實用新型創(chuàng)造并不局限于上述實施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做出等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。