基于光辐射的智能灌溉系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于光辐射的智能灌溉系统，其特征在于，包括光照监测装置和灌溉控制系统；所述光照监测装置放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的光照强度数据；所述灌溉控制系统定时对所述光照监测装置进行数据采集，并发送控制信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启或关闭。本实用新型专利技术可以广泛应用于温室或大棚等设施的农业灌溉中。

【技术实现步骤摘要】

本技术是关于一种基于光辐射的智能灌溉系统，属于自动灌溉

技术介绍
我国是一个水资源严重短缺的国家，水资源供需矛盾突出仍然是可持续发展的主要瓶颈。农业是用水大户，近年来农业用水量约占经济社会用水总量的62％，部分地区高达90％以上，农业用水效率不高，节水潜力很大。同时我国还面临着土地资源和农业劳动力紧缺的严峻形势。大力发展以规模化、节约化和园区化为特征的现代农业，转变农业方式，实现资源节约，提高土地产出率、劳动生产率以及资源的利用率是必然要求。灌溉自动化是现代设施农业的重要技术环节，一般与微灌施肥技术结合应用，可最大限度的减少灌溉施肥用工，实现定量精确供水供肥，促进作物优质、高产，是今后发展的方向。目前，我国常用的智能灌溉系统主要有两种，一种是依据墒情进行智能灌溉决策的灌溉系统，另一种是人工设定时序自动灌溉系统。依据墒情进行智能灌溉决策的灌溉系统应用较为广泛，其最大的限制因素是设施内土壤墒情分布均匀性差，主要原因包括设施内棚膜上附着的露水通常在棚膜下凹处聚集并滴入土壤；自然降水会在通风口处进入设施土壤；传统地面灌溉条件下地势高低也是影响墒情分布的重要因素。由于土壤墒情传感器价格较高，生产中每个设施一般只能布置1个墒情传感器，在设施内的土壤墒情分布均匀性差的条件下，墒情传感器的埋设位置就成为了决策是否成功的关键。人工设定时序自动灌溉系统需要根据农事生产经验，综合考虑作物、茬口及天气的不断变化，对管理者生产技术水平要求较高，且需要大量的手动调节，人工干扰因素大，比如，遇到连续阴天时，必须人工关闭时序自动灌溉系统或减少灌溉水量，否则会导致设施内湿度过高，甚至导致作物感染病害，难以真正实现精准化灌溉。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种能够真正实现精确化灌溉的基于光辐射的智能灌溉系统。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种基于光辐射的智能灌溉系统，其特征在于，包括光照监测装置和灌溉控制系统；所述光照监测装置放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的光照强度数据；所述灌溉控制系统定时对所述光照监测装置进行数据采集，并发送控制信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启或关闭。优选地，所述光照监测装置采用光照传感器，所述光照传感器的个数根据所监测的设施个数进行确定。优选地，所述灌溉控制系统采用单片机。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本技术包括光照监测装置和灌溉控制系统，光照监测装置放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的光照强度数据；灌溉控制系统定时对所述光照监测装置进行数据采集，并发送信号控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启，向设施进行定时灌溉，准确性大大提高，真正实现了精确化灌溉，与人工设定的时序自动灌溉相比更加精确，有效节省人工成本，减少人为干扰因素。本技术可以广泛应用于温室或大棚等设施的农业灌溉中。附图说明图1是本技术基于光辐射的智能灌溉系统结构示意图；图2是本技术基于光辐射的智能灌溉系统的灌溉策略流程图；图3是本技术实施例中本技术智能灌溉系统与对照系统分别对番茄生长指标的影响示意图，其中，图(a)是智能灌溉系统与对照系统分别对番茄株高的影响示意图，图(b)是智能灌溉系统与对照系统分别对番茄叶片数的影响示意图；图(c)是智能灌溉系统与对照系统分别对番茄株茎粗的影响示意图；图(d)是智能灌溉系统与对照系统分别对番茄顶部第四叶叶长的影响示意图。具体实施方式以下结合附图来对本技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本技术，它们不应该理解成对本技术的限制。1948年英国科学家彭曼根据能量平衡原理、水汽扩散原理和空气的热导定律首次提出了彭曼公式的基本型式：式中，E0为水面蒸发量，L为蒸发潜热，Eα为水面附近的空气干燥力，H0为为辐射平衡值，γ为湿度计常数，Δ为饱和水汽压-温度曲线斜率。1979年，联合国粮食与农业组织FAO给出了参考作物腾发量的推荐公式：几经修正，1992年，联合国粮食与农业组织FAO给出了最新的彭曼-蒙蒂斯公式：式中，ET0为参考作物腾发量，单位mm/d；Rn为作物冠层顶的净辐射，单位MJ/(m2·day)；G为土壤热流强度，单位MJ/(m2·day)；T为2m高度处的日平均气温，单位℃；μ2为2m高度处的风速，单位m/s；es为饱和水汽压，单位Kpa；ea为实际水汽压，单位Kpa；为标准大气压与实际大气压之间的比值：该值仅与海拔高度LH和气温Ta有关；Δ为饱和水汽压-温度曲线斜率，该值仅与气温Ta有关；γ为湿度计常数，γ＝0.6455+0.00064Ta，该值与气温Ta有关，单位kPa/℃；Eα为水面附近的空气干燥力，该值与饱和水汽压、实际水汽压、风速及其修正系数有关。由于在设施内，2m处风速μ2近似为0，土壤热流G较净太阳辐射Rn较小，所以彭曼-蒙蒂斯公式(3)可以近似简化为：由公式(4)可以看出，参考作物腾发量ET0与净辐射Rn呈正相关关系。而作物蒸发蒸腾量可用公式ET＝ET0·Kc(Kc为作物系数)表示，所以作物蒸发蒸腾量与太阳净辐射呈正相关关系，即可近似的建立公式ET＝K·Rn，K＝0.408·Kc。也就是说，可以根据净辐射量得出作物的蒸腾蒸发量，从而给出作物灌溉策略。基于上述原理，本技术的基于光辐射的智能灌溉系统，包括一光照监测装置1和一灌溉控制系统2；光照监测装置1放置在温室或大棚等设施3的环境监测节点，用于采集设施内的光照强度数据，灌溉控制系统2定时对光照监测装置1进行数据采集，并将采集的光照强度数据累计计算获得光辐射累计能量，将设定时间段内的光辐射累计能量与预先设定的临界能量进行比较，当光辐射累计能量大于预先设定的临界能量时，灌溉控制系统执行预设灌溉策略，并发送信号到灌溉控制柜4，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀5开启，向该设施3进行灌溉，达到灌溉策略设定的灌溉要求，电磁阀5关闭，此次灌溉过程结束，等待进入下一次灌溉过程。上述实施例中，光照监测装置1可以采用光照传感器，光照传感器的个数根据所监测的温室或大棚个数进行确定，通常一个温室或大棚内放置一个光照传感器。上述各实施例中，灌溉控制系统2可以采用单片机。上述各实施例中，如图2所示，光照强度数据是一个瞬时值，而光辐射累计能量是经过一定时间光辐射累计后的总辐射能量，光辐射累计能量的计算过程为：①假定光照传感器采集数据的时间间隔T，单位min，本实施例中取T＝10min，以此为例，不限于此；②各采集时刻光照强度值为r1、r2、r3…ri；③各时段间隔内平均光照强度(单位W/cm2)：r1,2＝(r1+r2)/2，r2,3＝(r2+r3)/2…ri，i+1＝(ri+ri+1)/2；④各时段间隔内平均辐射能量(单位J/cm2)：R1,2＝60T(r1+r2)/2，R2,3＝60T(r2+r3)/2…Ri,i+1＝60T(ri+rj)/2；⑤各时间段内的光辐射累计能量：R1＝R1,2，R2＝R1+R2,3，R3＝R2+R3,4…Ri+1＝Ri+Ri,i+1。上述各实施例中，本技术的灌溉控制系统2制定的灌溉策略为：a)上午日出后智能灌溉系统启动，光辐射能量开始本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光辐射的智能灌溉系统，其特征在于，包括光照监测装置和灌溉控制系统；所述光照监测装置放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的光照强度数据；所述灌溉控制系统定时对所述光照监测装置进行数据采集，并发送控制信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水管路的电磁阀开启或关闭。

【技术特征摘要】
1.一种基于光辐射的智能灌溉系统，其特征在于，包括光照监测装置和灌溉控制系统；所述光照监测装置放置在设施内的环境监测节点处，用于采集设施内的光照强度数据；所述灌溉控制系统定时对所述光照监测装置进行数据采集，并发送控制信号到灌溉控制柜，控制相应设施所对应输水...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，徐厚成，安顺伟，王克武，王俊英，岳焕芳，孟范玉，王志平，
申请(专利权)人：北京市农业技术推广站，
类型：新型
国别省市：北京;11