适用于温室单株作物的灌溉控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于温室单株作物的灌溉控制系统。本发明专利技术的硬件包括控制中心、Zigbee组网模块、检测模块和灌溉模块；其中：控制中心、Zigbee组网模块和检测模块依次连接；控制中心、Zigbee组网模块和灌溉模块依次连接。整套灌溉系统结构简单、低功耗、时延短、网络容量大和安全可靠。将ZigBee技术与基质水分传感器、光照传感器和温湿度传感器及温室基质栽培单株作物根系动态生长模型和基质湿润体动态变化模型结合，实现基质湿润体与作物根系的相互匹配，在不影响作物产量和品质的前提下，提高温室基质栽培单株作物水分预报的动态性、实时性，达到真正的节水灌溉，对实现节水型温室基质栽培单株作物具有重要现实意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业设施栽培
，具体涉及一种适用于温室单株作物的灌溉控 制系统。与农业工程领域相关。
技术介绍
目前我国设施无土栽培面积逐年增加且仍处于蓬勃发展的强进势头，尤其是设施 有机基质栽培蔬菜面积占全国无土栽培总面积的85%以上，以生产需求量大、不耐贮藏的 蔬菜为主。蔬菜需水量大，而栽培基质又有着与土壤不同的保水特性和水分运移特性，因 此，如何实现设施基质栽培蔬菜灌溉自动化，又如何根据基质的水分特性优化灌溉量，以节 约农业灌溉用水，提高水分利用效率，发挥作物高产潜力，已成为设施园艺发展中一个迫切 需要解决的问题。国内外已开始研究基质栽培的节水灌溉和研制设施基质栽培的节水灌溉系统，但 到目前为止，尽管相应的研究已取得一定的研究进展，但仍处于试验研究阶段，难以实现真 正基质栽培的节水灌溉，离实用化仍有相当距离。因此，研究设施基质栽培的灌溉控制方法 及装置对实现基质栽培的智能化、精准化灌溉具有重要的理论价值和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有农业设施栽培技术存在的缺点和不足，提供一种适用 于温室单株作物的灌溉控制系统，该系统能够用于温室基质栽培单株作物的精确节水灌 溉。 本专利技术的目的是这样实现的： 运用计算机技术和Zigbee无线传输技术相配合，通过一系列动态数据处理建立 作物根系模型和栽培基质水分运移模型，并判定模型的重叠度，以实现温室基质栽培单株 作物的精确节水灌溉，即根据基质水分传感器当前检测基质含水率和设定的含水率下限值 比较来判断当前是否需要灌溉，根据温度传感器数据建立基于积温的作物根系分布模型， 根据大量试验数据建立栽培基质水分运移模型，根据温度和湿度传感器数据计算理论灌溉 量，根据滴箭流量和滴管历时计算每次实际灌溉量，以作物根区和湿润体的体积重叠度、计 算的理论灌溉量和实际灌溉量来判断当前是否停止灌溉。 具体地，本专利技术的技术方案如下： -种适用于温室单株作物的灌溉控制系统：包括控制中心（100)、Zigbee组网模块（200)、检测模块（300)和灌溉模块（400);控制中心（100)、Zigbee组网模块（200)、检测模块（300)依次连接；控制中心（100)、Zigbee组网模块（200)、灌溉模块（400)依次连接； 所述的控制中心（100)包括上位机（110)和供电电源（120); 上位机（110)与供电电源（120)电连接。 供电电源（120)分别为基质水分传感器（310)、空气温度传感器（320)、光照传感 器（330)、空气湿度传感器（340)和电磁阀（410)提供电源，上位机（110)和网关（210)可 直接连接220V交流电。上位机（110)接收检测模块（300)信息，并进行数据分析和存储， 根据预设的灌溉方法决定是否打开电磁阀（410)进行灌溉。所述的Zigbee组网模块（200)包括网关（210)、ZigBee数据采集模块（220)、 ZigBee控制模块（230);网关（210)分别与ZigBee数据采集模块（220)、ZigBee控制模块（230)连接。 连接上位机（110)和网关（210)后，打开IE浏览器，输入网关IP，登陆网关（210) 界面，校正网关（210)系统时间，然后ZigBee数据采集模块（220)和ZigBee控制模块（230) 上电，在网关（210)界面的网络配置中点击入网，进入节点映射表，进行设定ZigBee数据采 集模块（220)和ZigBee控制模块（230)的设备地址、设备名称和掉线时间。网关（210)需 要检测网络中检测模块（300)的状态，包括是否在线，数据上传间隔等。所述的检测模块（300)包括基质水分传感器（310)、空气温度传感器（320)、光照 传感器（330)、空气湿度传感器（340);基质水分传感器（310)、空气温度传感器（320)、光照传感器（330)、空气湿度传感 器（340)分别与ZigBee数据采集模块（220)连接，ZigBee数据采集模块（220)以设定的 采集间隔采集信息，通过局域网发送至网关（210)并上传至上位机（110)。 所述的灌溉模块（400)包括电磁阀（410)、滴箭（420)、管道（430)和水栗（440);电磁阀（410)、水栗（440)与ZigBee控制模块（230)连接；电磁阀（410)安装在 管道（430)上与水栗（440)连通。 上位机（110)通过网关（210)下传开始灌溉命令至ZigBee控制模块（230)时， 先打开电磁阀（410)，后打开水栗（440)，通过滴箭（420)进行灌溉；下传停止灌溉命令至 ZigBee控制模块（230)时，先关闭水栗（440)，后关闭电磁阀（410)。 所述系统上电后具有自动组网功能，与控制中心（100)连接的外部网络为无线局 域网。即，控制中心（100)通过网关组成无线局域网。 -种适用于温室单株作物的灌溉控制方法，所述的控制方法包括下列步骤： ①选定栽培基质种类，确定各种基质的体积比； ②采用无量纲分析法，利用不同滴灌流量、不同供水时间和滴箭不同埋深情况下 湿润体表层水平入渗距离和垂直入渗距离建立湿润体特征模型，并在此基础上建立湿润体 剖面模型和湿润体体积模型； ③采用数值模拟法，利用在最佳生长条件下，作物不同生长期的根深及对应的根 系半径建立作物根区剖面模型和作物根区体积模型； ④根据基质水分传感器当前检测基质含水率与设定含水率下限值比较，判断是否 需要灌溉，根据作物根区和湿润体的体积重叠度和计算出的理论灌溉量、实际灌溉量，系统 判断是否停止灌溉； 系统停止灌溉控制方法如下：控制中心（100)根据检测模块（300)检测数据计算作物根区体积模型，发送灌溉 指令到灌溉模块（400)并计时，当达到灌溉时传感器检测间隔整数倍时，计算基质湿润体 体积模型，并进行作物根区和湿润体的体积和体积重叠度计算；根据检测模块（300)检测数据，利用彭曼公式计算作物蒸散量ET。，根据作物系数 K。、水分修正系数K^^PET。计算实际蒸散量（即理论灌溉量）ET，根据设定的灌溉流量和 灌溉历时计算实际灌溉量，若理论灌溉量和实际灌溉相等，但作物根系与湿润体的体积重 叠度不满足要求，说明尽管理论上灌溉量满足要求，但灌溉水未在整个根区分布，需要继续 灌溉，直至重叠度满足要求时停止灌溉，记录剩余灌溉量（即：理论灌溉量-实际灌溉量）； 若实际灌溉量<理论灌溉量，但作物根系与湿润体的体积重叠度满足要求，说明灌溉水在 作物根区分布较好，停止灌溉并记录剩余灌溉量（即：理论灌溉量-实际灌溉量）；计算一 天的累计剩余灌溉量（即：一天发生灌溉次数的剩余灌溉量之和），若累计剩余灌溉量为负 数，则系统正常运行；若累计剩余灌溉量为正数，则将累计剩余灌溉量在第二天日出前1小 时进行灌溉，充分利用日出前的最佳灌溉时间； 本专利技术的系统软件控制总流程（见图3)如下所述： ①开始； ②系统初始化； ③建立局域网； ④允许Zigbee组网模块、检测模块和灌溉模块加入网络； ⑤检测模块采集信息； ⑥采集信息上传控制中心； ⑦控制中心分析、处理上传的信息； ⑧控制中心判断是否进行灌溉； ⑨控制中心下传控制命令至灌溉模块； ⑩灌溉模块执行控制命令； 本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于温室单株作物的灌溉控制系统,其特征在于：包括控制中心（100）、Zigbee组网模块（200）、检测模块（300）和灌溉模块（400）；控制中心（100）、Zigbee组网模块（200）、检测模块（300）依次连接；控制中心（100）、Zigbee组网模块（200）、灌溉模块（400）依次连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，袁巧霞，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42