一种光伏计量泵阀智能化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光伏计量泵阀智能化系统，包括：微波雷达仪、多光谱仪、多个传感器模块、信息采集与传输模块、处理器和水泵；其中，微波雷达仪和多光谱仪设置在农田上部；水渠与田埂之间设置有进水口，田埂之下设置有灌水通道，田埂与农田间设置有出水口；水泵设置在灌水通道一侧，灌水通道上设置有自流阀门和流量计；处理器集成历史遥感、土壤和气象数据并接受实时遥感、土壤和气象数据通过耦合计算待灌溉农田中作物的需水量和需肥量，通过自流阀门以及流量计向待灌溉农田注入水，直至灌水量达到农田的需水量。当自流满足不了灌水量时启动水泵，直至灌水量达到农田的需水量。通过本发明专利技术提供系统及方法，可以按需自动供水，提高水的利用率，可以实现无人值守，大大节约了人力和资源成本。

An intelligent system of photovoltaic metering valve and valve

The invention relates to an intelligent system for photovoltaic metering pump valve, which comprises a microwave radar, a multispectral meter, a plurality of sensor modules, an information acquisition and transmission module, a processor and a water pump; a microwave radar and a multispectral meter are arranged on the upper part of a farmland; a water inlet is arranged between a canal and a ridge of a field; and a field ridge is arranged below the ridge. There are irrigation channels and outlets between ridges and fields; pumps are set on one side of the irrigation channels, and self-flow valves and flowmeters are set on the irrigation channels; processors integrate historical remote sensing, soil and meteorological data and receive real-time remote sensing, soil and meteorological data to calculate the water requirements of crops in the farmland to be irrigated through coupling. Fertilizer requirements, through self-flow valves and flowmeters to be irrigated into the farmland, until the irrigation reached the farmland water demand. When the artesian flow can not satisfy the irrigation quantity, the pump is started, until the amount of irrigation reaches the water requirement of the farmland. The invention provides a system and a method for automatically supplying water on demand, improves the utilization ratio of water, realizes unattended operation, and greatly saves human and resource costs.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏计量泵阀智能化系统
本专利技术涉及灌溉技术，尤其是一种光伏计量泵阀智能化系统。
技术介绍
我国水资源严重缺乏，农业用水占年度总水资源用量70％以上，而水稻用水又占年度农业用水70％左右，而我国水稻种植绝大部分地区都采用满灌或漫灌，水的大量排放导致浪费和二次污染。有些地区开始推广“浅、薄、湿、晒、干”控制灌溉技术，控制灌溉技术是根据水稻不同生育期根层土壤水分含量，确定灌水时间、次数、数量的灌溉技术，灌溉过程“浅、干、湿、晒”循环交替进行。“浅”指灌溉水层上限为10厘米，“薄”指水层为5厘米，“湿”指水层为零，土壤含水量100％，“干”指各生育期土壤含水量要求的下限值，农民可通过土壤裂缝宽度、脚印深度等土壤表象进行判断。但是，控制灌溉技术是根据传统经验进行估算，并没有根据土壤和作物生长真正的需水量进行灌溉。现有的控制灌溉技术的实施，主要依靠老百姓自己来把握。因此存在许多不足。不足之处主要在于(1)劳动工作量大；(2)难以精确把握；(3)进水口放水和关闭过于传统简单。(4)周边田块难以协调。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有田间灌溉技术存在上述的不足，提供了一种光伏计量泵阀智能化系统及自动灌溉方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种光伏计量泵阀智能化系统。第一方面，本专利技术提供了一种光伏计量泵阀智能化系统，包括：微波雷达仪、多光谱仪、多个传感器模块、信息采集与传输模块、处理器和水泵；其中，微波雷达仪和多光谱仪设置在农田上部；水渠与田埂之间设置有进水口，田埂之下设置有灌水通道，田埂与农田间设置有出水口；水泵设置在灌水通道上，灌水通道上设置有自流阀门；微波雷达仪用于检测待灌溉的农田的参数并将其发送至信息采集与传输模块，待灌溉的农田的参数包括：土壤含水量、含盐量、酸碱度、土壤上的水位高度中一种或多种；多光谱仪用于检测农作物的参数并将其发送至信息采集与传输模块，农作物的参数包括：叶绿素含量、氮含量和生物通量中的一种或多种；多个传感器模块用于检测待灌溉农田周围的环境参数，并将信息发送至信息采集与传输模块，其中，待灌溉农田周围的环境参数包括：土壤的水分蒸发量、土壤的含气量以及农作物的二氧化碳、二氧化氮和甲烷的排放量、历史遥感、气象信息和病虫害信息中一种或多种；信息采集与传输模块与处理器连接，用于将微波雷达仪、多光谱仪和多个传感器模块采集到的信息发送至处理器；处理器用于接收信息采集与传输模块发送的信息，并处理多个传感器模块采集到的土壤的水分蒸发量、土壤的含气量以及农作物的二氧化碳、二氧化氮和甲烷的排放量、历史遥感、气象信息和病虫害信息，以及根据微波雷达仪检测的农田的参数计算土壤的需肥量、根据多光谱仪检测到的农作物的参数分析农作物长势，耦合计算农作物的需水量；分别通过微波雷达仪、多光谱仪和多个传感器模块检测上述多种信息，通过处理器计算待灌溉农田中作物的需水量和需肥量，通过水泵、自流阀门向待灌溉农田注入水，直至灌水量达到农田的需水量。优选的，系统还包括流量计，用于记录农田的灌水量。优选的，系统还包括光伏系统，光伏系统设置在田埂上，光伏系统与微波雷达仪和多光谱仪、多个传感器模块、信息采集与传输模块、处理器、水泵、自流阀门中一个或多个连接，用于为其供电。优选的，系统还设置有管控开关，管控开关连接在光伏系统与微波雷达仪、多光谱仪、多个传感器模块、信息采集与传输模块、处理器、水泵、自流阀门中的一种或多种之间，用于控制系统的开启或者关闭。优选的，系统还包括拦草格栅，拦草格栅设置于水渠和灌水通道入口之间，用于防止水草或漂浮物通过系统进入农田中。优选的，多个传感器模块包括：第一传感器模块、第二传感器模块、第三传感器模块、第四传感器模块和第五传感器中的一个或多个；其中，第一传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、辐照度传感器和风速度传感器中的一种或多种；第二传感器模块包括：压力传感器，压力传感器与所述自流阀门连接，用于检测水渠内的水位高度；第三传感器模块包括：振动传感器、红外传感器和定位传感器中的一个或多个，用于安防；第四传感器模块包括：气体传感器模块，用于检测作物的二氧化碳、二氧化氮和甲烷排放量；第五传感器模块包括：土壤传感器，用于分层测量不同土层的温度、水分、湿度、盐分、酸碱度和电导率。优选的，信息采集与传输模块还用于将组建局域网或处理器取的信息定时或实时发送至外部管控中心、定时或实时发送至系统的存储模块中；以及接收外部管控中心发送的灌排管控指令，并将其发送至处理器。优选的，管控中心包括终端设备，用于远程控制系统对农田的灌溉。优选的，系统还设置有显示器，用于显示系统的参数；参数包括：待灌溉农田的需水量、待灌溉农田的水位、水渠液位和已灌溉水量、农田水位以及多个传感器模块检测到的温度、湿度、辐照度和风速中的一种或多种。优选的，处理器还用于计算土壤—大气—植物连续体灌溉综合需水量和/或水费计价管理。优选的，终端设备的APP软件系统中设置有管控灌溉水量、收费选项和续费选项，通过流量计获取用户实际灌溉的水量，并按照预设规则收取水费、查看和/或补充用户APP账户的余额。优选的，系统还包括：专家诊断系统，专家诊断系统包括至少一名专家，专家诊断系统用于根据专家自身的经验判断农田是否需要灌水、以及农田的灌水量。第二方面，本申请提供了一种自动灌溉方法，应用于上述的系统中，该方法包括：通过微波雷达仪检测待灌溉农田中土壤含水量，通过多光谱仪检测农田以及农田周围作物的长势；通过处理器耦合计算待灌溉农田中作物的需水量；分别检测水渠和待灌溉农田的水位，自动灌溉直至待灌溉农田达到待灌溉农田的需水量。优选的，自动灌溉直至待灌溉农田达到待灌溉农田的需水量步骤包括：当水渠水位高于农田水层时，自流阀门自动开启，水流自然流入农田，流量计时时记录灌水量，当灌水量到达待灌溉农田的需水量时，自流阀门关闭，实现自动灌溉。优选的，自动灌溉直至待灌溉农田达到待灌溉农田的需水量步骤包括：当水渠水位等于或略低于农田水位时，自流阀门自动关闭，流量计检测到待灌溉农田的灌水量未到达需水量时，水泵自动启动，当待灌溉农田的灌水量达到需水量时，水泵自动关闭。本专利技术提供的一种光伏计量泵阀智能化系统具有以下优点：(1)系统采用太阳能电池板为系统发电，节约了电量，与现有技术相比大大降低了费用；(2)本系统采用微波雷达仪，检测作物土壤的含水量；(3)本系统采用多光谱仪，检测周围作物的长势；在处理器中设置土壤水分和盐分分析模型以及作物生长模型，可以通过处理器耦合计算出作物需要的水量，能够做到定量分析，进而做到对作物精准灌水，从而节约了水量。(4)通过本专利技术提供的系统及方法，可以按需自动供水，可以实现无人值守，大大节约了人力成本。(5)本系统设置有多个传感器，可以做到防盗、防破坏，当有人损坏系统时，系统自动发出警报，可以及时止损。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种光伏计量泵阀智能化系统的应用场景图；图2为本专利技术实施例提供的一种光伏计量泵阀智能化系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种自动灌溉方法流程示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图1为本专利技术实施例提供的一种光伏计量泵阀智能化系统的应用场景图；如图1所示，该系统可以包括：水渠、田埂和农田，农田上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏计量泵阀智能化系统，其特征在于，包括：设置在农田上部的微波雷达仪(1)，用于检测农田的参数，所述农田的参数包括：土壤含水量、含盐量、酸碱度、土壤上的水位高度中一种或多种；设置在农田上部的多光谱仪(2)，用于检测农作物的参数，所述农作物的参数包括：叶绿素含量、氮含量和生物通量中的一种或多种；多个传感器模块，用于检测农田周围的环境参数，其中，所述农田周围的环境参数包括：土壤的水分蒸发量、土壤的含气量以及农作物的二氧化碳、二氧化氮和甲烷的排放量、历史遥感、气象信息和病虫害信息中一种或多种；处理器(4)，用于处理所述多个传感器模块的农田周围的环境参数，以及根据微波雷达仪(1)检测的农田的参数计算土壤的需肥量,根据多光谱仪(2)检测到的农作物的参数分析农作物长势，耦合计算农作物的需水量；设置在灌水通道上的水泵(5)和/或自流阀门(6)，其中，灌水通道设置在田埂之下，灌水通道自水渠和灌水通道之间的进水口进水，经田埂与农田间的出水口出水；水泵(5)和/或自流阀门(6)根据需肥量和需水量控制经灌水通道流向农田的水量；信息采集与传输模块(3)，用于采集并传输所述微波雷达仪(1)检测的农田的参数、所述多光谱仪(2)检测的农作物的参数和所述多个传感器模块采集到的农田周围的环境参数信息至处理器(4)，并且将需肥量和需水量传输给水泵(5)和/或自流阀门(6)。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏计量泵阀智能化系统，其特征在于，包括：设置在农田上部的微波雷达仪(1)，用于检测农田的参数，所述农田的参数包括：土壤含水量、含盐量、酸碱度、土壤上的水位高度中一种或多种；设置在农田上部的多光谱仪(2)，用于检测农作物的参数，所述农作物的参数包括：叶绿素含量、氮含量和生物通量中的一种或多种；多个传感器模块，用于检测农田周围的环境参数，其中，所述农田周围的环境参数包括：土壤的水分蒸发量、土壤的含气量以及农作物的二氧化碳、二氧化氮和甲烷的排放量、历史遥感、气象信息和病虫害信息中一种或多种；处理器(4)，用于处理所述多个传感器模块的农田周围的环境参数，以及根据微波雷达仪(1)检测的农田的参数计算土壤的需肥量,根据多光谱仪(2)检测到的农作物的参数分析农作物长势，耦合计算农作物的需水量；设置在灌水通道上的水泵(5)和/或自流阀门(6)，其中，灌水通道设置在田埂之下，灌水通道自水渠和灌水通道之间的进水口进水，经田埂与农田间的出水口出水；水泵(5)和/或自流阀门(6)根据需肥量和需水量控制经灌水通道流向农田的水量；信息采集与传输模块(3)，用于采集并传输所述微波雷达仪(1)检测的农田的参数、所述多光谱仪(2)检测的农作物的参数和所述多个传感器模块采集到的农田周围的环境参数信息至处理器(4)，并且将需肥量和需水量传输给水泵(5)和/或自流阀门(6)。2.根据权利要求1所述的光伏计量泵阀智能化系统，其特征在于，所述系统还包括流量计(7)，用于记录农田的灌水量。3.根据权利要求1所述的光伏计量泵阀智能化系统，其特征在于，还包括光伏系统，所述光伏系统与微波雷达仪(1)和多光谱仪(2)、多个传感器模块、信息采集与传输模块(3)、处理器(4)、水泵(5)、自流阀门(6)中的一个或多个连接，用于为其供电。4.根据权利要求3所述的光伏计量泵阀智能化系统，其特征在于，还设置有管控开关(8)，所述管控开关(8)连接在所述光伏系统与微波雷达仪(1)和多光谱仪(2)、多个传感器模块、信息采集与传输模块(3)、处理器(4)、水泵(5)、自流阀门(6)中的一种或多种之间，用于控制所述系统的开启或者关闭。5.根据权利要求1所述的光伏计量泵阀智能化系统，其特征在于，还包括拦草格栅(9)，所述拦草格栅(9)设置于水渠和灌水通道的进水口之间，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：程卫国，戴春胜，程一，冯胜，宋长虹，王军，王振波，王梦婕，
申请(专利权)人：北京中农精准科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11