一种数字化变量灌溉群控系统和数字化变量灌水器技术方案

本发明专利技术提供了一种数字化变量灌溉群控系统和数字化变量灌水器，该系统包括核心控制器、田间数据采集单元、执行单元、供水单元和供能单元。该灌水器包括灌水器主体和灌水器盖，灌水器盖上开设有多个灌水器进水孔，灌水器主体上开设有水压调节槽，水压调节槽内设置有过滤栅格，过滤栅格将水压调节槽内的空间分割为高压水压调节槽和低压水压调节槽，灌水器主体上开设一对有弹性膜片卡槽，弹性膜片卡槽内设置有弹性膜片。该系统能够实现对大面积农田所布设的各毛管群组压力的动态控制，进而实现灌水器流量的精准变量调节，并能够自动形成多阶段调度，进而能够满足作物在不同生长发育阶段的水盐需求。的水盐需求。的水盐需求。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化变量灌溉群控系统和数字化变量灌水器


[0001]本专利技术属于地下滴灌
，涉及灌溉群控系统，具体涉及一种数字化变量灌溉群控系统和数字化变量灌水器。

技术介绍

[0002]地下滴灌是一种节水效果较为显著的灌溉方式，可以将灌溉水流直接输送到作物根区，具有较高的水分利用效率。灌水器是滴灌系统的核心部件，大多数地下滴灌系统的灌水器流量在1L/h以上，为了节约水资源、降低系统投资和能耗，小流量灌水器越来越得到广泛的应用。但在土壤盐渍化严重的地区，如甘肃、宁夏自治区和新疆，目前常用的小流量灌水器虽然适宜作物在生长发育期的水分需求，但无法满足淋洗土壤盐分需求。
[0003]越来越多的研究表明，多阶段的调度(强化浸出、常规浸出和精准水盐调控)有利于盐分的充分淋洗，并持续为作物提供适宜的盐分环境，但实现多阶段的调度常使用张力计等传感器控制滴头流量，这无疑增加了系统的复杂程度和工程投资成本，难以在农户中大面积推广与使用。受气象因子、土壤水分条件、作物特性等因素的影响，不同作物在其生育期内的耗水量为动态变化的。若能根据作物生长发育规律，采用变量智能灌溉以维持不同生育期内作物对水盐需求，便能达到精准调控作物水盐环境的目的。例如，在种子萌发阶段，需要对盐渍地进行强化浸出以提高出苗率；在作物生长发育期需要根据作物的生长需求，适时适量地提供水分，并持续常规浸出，维持盐分稳定。
[0004]现有技术存在的主要缺陷为：传统的粗放式人工灌溉方法、设备和常规的小流量灌水器，难以实现精准控制灌溉量，因此难以满足作物在不同生长发育阶段的水盐需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种数字化变量灌溉群控系统和数字化变量灌水器，解决现有技术由于难以实现精准控制灌溉量，导致难以满足作物在不同生长发育阶段的水盐需求的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种数字化变量灌溉群控系统，该系统包括核心控制器，核心控制器与田间数据采集单元、执行单元、供水单元和供能单元均相连接；所述的执行单元与供水单元相连通。
[0008]所述的执行单元包括至少两条灌溉毛管，灌溉毛管的进水端与供水单元相连通，灌溉毛管的出水端与多个数字化变量灌水器相连通；每条灌溉毛管上沿着灌溉水流动的方向依次设置有水泵、压力控制阀、压力传感器、流量传感器以及多个数字化变量灌水器；所有的水泵共同组成水泵群组，所有的压力控制阀共同组成压力控制阀群组，所有的压力传感器共同组成压力传感器群组，所有的流量传感器共同组成流量传感器群组。
[0009]所述的执行单元还包括与核心控制器相连接的继电器和变频器，所述的继电器的输入端与核心控制器相连接，继电器的输出端与压力控制阀群组相连接；所述的变频器的输入端与核心控制器相连接，变频器的输出端与水泵群组相连接。
[0010]本专利技术还保护一种数字化变量灌水器，该灌水器包括灌水器主体，灌水器主体的顶端固定安装有灌水器盖；所述的灌水器盖的横向一侧上开设有多个灌水器进水孔，灌水器进水孔与灌溉毛管相连通。
[0011]所述的灌水器主体的横向一侧上开设有水压调节槽，水压调节槽位于灌水器进水孔的下方；水压调节槽内设置有过滤栅格，过滤栅格将水压调节槽内的空间分割为两个部分，位于纵向前侧的为高压水压调节槽，位于纵向后侧的为低压水压调节槽。
[0012]所述的高压水压调节槽横向右侧的灌水器主体上开设一对有弹性膜片卡槽，弹性膜片卡槽内沿着竖向设置有弹性膜片，弹性膜片的底端和顶端分别紧抵在灌水器主体和灌水器盖上，一对弹性膜片相对设置；弹性膜片的纵向外端通过弹性膜片卡槽固定在灌水器主体上，弹性膜片的纵向内端能够在水压作用下活动。
[0013]所述的弹性膜片卡槽的横向左端与水压调节槽相连通，弹性膜片卡槽的横向右端与高压灌水器流道的横向左端相连通，高压灌水器流道的横向右端与低压灌水器流道的横向右端相连通，低压灌水器流道的横向左端与低压水压调节槽相连通；所述的灌水器主体的横向另一侧上开设有灌水器出水口，灌水器出水口与高压灌水器流道和低压灌水器流道均相连通。
[0014]本专利技术还具有如下技术特征：
[0015]具体的，所述的田间数据采集单元包括土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器和光照强度传感器；所述的土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器和光照强度传感器的输出端均与数据传输总线的一端相连接，数据传输总线的另一端与核心控制器相连接。
[0016]具体的，所述的供水单元包括与核心控制器相连接的水位传感器，水位传感器设置在蓄水池中；所述的蓄水池的进水端与进水管道相连通，蓄水池的出水端与执行单元的灌溉毛管相连通；所述的蓄水池的内壁上设置有集雨装置。
[0017]具体的，所述的供能单元包括太阳能电源和备用电源；太阳能电源第一电力输出端与核心控制器相连接，太阳能电源第二电力输出端与备用电源的电力输入端相连接，备用电源的电力输出端与核心控制器相连接。
[0018]具体的且可选的，所述的高压灌水器流道和低压灌水器流道包含若干个流道单元，流道单元的平面结构为不规则多边型结构；流道单元的平面结构包括依次首尾相连的纵向前边、左长斜边、纵向后边、右上斜边、右短斜边、右直斜边、短弧形边和左直斜边；所述的纵向前边和纵向后边为平行设置，左长斜边和右短斜边为平行设置，所述的左直斜边与左长斜边为平行设置，右直斜边与右上斜边为平行设置。
[0019]具体的，所述的右直斜边、短弧形边和左直斜边组成的结构为从前到后减小的圆锥形结构，相邻流道单元的短弧形边的中轴线之间的距离X为2.23mm；该圆锥形结构的高h为0.93mm；该圆锥形结构的圆锥角θ为60
°
。
[0020]具体的且可选的，所述的高压灌水器流道和低压灌水器流道包含若干个流道单元，流道单元的平面结构为不规则多边型结构；流道单元的平面结构包括依次首尾相连的纵向前第一弧边、左下短斜边、左上长斜边、纵向后第一弧边、右上短斜边、纵向后第二弧边、第一斜边、第二斜边、纵向前第二弧边和第三斜边；所述的左上长斜边和第三斜边为平行设置，左下短斜边、右上短斜边和第二斜边为平行设置。
[0021]具体的，相邻流道单元的纵向前第二弧边中轴线之间的距离X
’
为2.50mm；纵向前第二弧边端点与纵向后第二弧边端点之间的垂直距离h
’
为1.30mm；第二斜边和第三斜边之间的夹角θ
’
为88
°
。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
[0023](Ⅰ)本专利技术的数字化变量灌溉群控系统，通过田间数据采集单元采集目标数据；通过核心控制器获取和分析数据采集单元得到的总信息，并对执行单元发出控制指令；通过执行单元接收控制指令并控制灌水器工作压力。采用该系统能够实现对大面积农田所布设的各毛管群组压力的动态控制，从而使各毛管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化变量灌溉群控系统，其特征在于，包括核心控制器(1)，核心控制器(1)与田间数据采集单元(2)、执行单元(3)、供水单元(4)和供能单元(5)均相连接；所述的执行单元(3)与供水单元(4)相连通；所述的执行单元(3)包括至少两条灌溉毛管(301)，灌溉毛管(301)的进水端与供水单元(4)相连通，灌溉毛管(301)的出水端与多个数字化变量灌水器(302)相连通；每条灌溉毛管(301)上沿着灌溉水流动的方向依次设置有水泵、压力控制阀、压力传感器、流量传感器以及多个数字化变量灌水器(302)；所有的水泵共同组成水泵群组(303)，所有的压力控制阀共同组成压力控制阀群组(304)，所有的压力传感器共同组成压力传感器群组(305)，所有的流量传感器共同组成流量传感器群组(306)；所述的执行单元(3)还包括与核心控制器(1)相连接的继电器(307)和变频器(308)，所述的继电器(307)的输入端与核心控制器(1)相连接，继电器(307)的输出端与压力控制阀群组(304)相连接；所述的变频器(308)的输入端与核心控制器(1)相连接，变频器(308)的输出端与水泵群组(303)相连接；所述的数字化变量灌水器(302)包括灌水器主体(30201)，灌水器主体(30201)的顶端固定安装有灌水器盖(30202)；所述的灌水器盖(30202)的横向一侧上开设有多个灌水器进水孔(30203)，灌水器进水孔(30203)与灌溉毛管(301)相连通；所述的灌水器主体(30201)的横向一侧上开设有水压调节槽，水压调节槽位于灌水器进水孔(30203)的下方；水压调节槽内设置有过滤栅格(30204)，过滤栅格(30204)将水压调节槽内的空间分割为两个部分，位于纵向前侧的为高压水压调节槽(30205)，位于纵向后侧的为低压水压调节槽(30206)；所述的高压水压调节槽(30205)横向右侧的灌水器主体(30201)上开设一对有弹性膜片卡槽(30207)，弹性膜片卡槽(30207)内沿着竖向设置有弹性膜片(30208)，弹性膜片(30208)的底端和顶端分别紧抵在灌水器主体(30201)和灌水器盖(30202)上，一对弹性膜片(30208)相对设置；弹性膜片(30208)的纵向外端通过弹性膜片卡槽(30207)固定在灌水器主体(30201)上，弹性膜片(30208)的纵向内端能够在水压作用下活动；所述的弹性膜片卡槽(30207)的横向左端与水压调节槽相连通，弹性膜片卡槽(30207)的横向右端与高压灌水器流道(30209)的横向左端相连通，高压灌水器流道(30209)的横向右端与低压灌水器流道(30210)的横向右端相连通，低压灌水器流道(30210)的横向左端与低压水压调节槽(30206)相连通；所述的灌水器主体(30201)的横向另一侧上开设有灌水器出水口(30211)，灌水器出水口(30211)与高压灌水器流道(30209)和低压灌水器流道(30210)均相连通。2.如权利要求1所述的数字化变量灌溉群控系统，其特征在于，所述的田间数据采集单元(2)包括土壤水分传感器(201)、土壤温度传感器(202)、空气湿度传感器(203)、空气温度传感器(204)和光照强度传感器(205)；所述的土壤水分传感器(201)、土壤温度传感器(202)、空气湿度传感器(203)、空气温度传感器(204)和光照强度传感器(205)的输出端均与数据传输总线(7)的一端相连接，数据传输总线(7)的另一端与核心控制器(1)相连接。3.如权利要求1所述的数字化变量灌溉群控系统，其特征在于，所述的供水单元(4)包括与核心控制器(1)相连接的水位传感器(401)，水位传感器(401)设置在蓄水池(402)中；所述的蓄水池(402)的进水端与进水管道(403)相连通，蓄水池(402)的出水端与执行单元
(3)的灌溉毛管(301)相连通；所述的蓄水池(402)的内壁上设置有集雨装置(404)。4.如权利要求1所述的数字化变量灌溉群控系统，其特征在于，所述的供能单元(5)包括太阳能电源(501)和备用电源(502)；太阳能电源(501)第一电力输出端与核心控制器(1)相连接，太阳能电源(501)第二电力输出端与备用电源(502)的电力输入端相连接，备用电源(502)的电力输出端与核心控制器(1)相连接。5.如权利要求1所述的数字化变量灌溉群控系统，其特征在于，还包括人机交互单元(6)；所述的人机交互单元(6)包括与核心控制器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，贺雪菲，吴普特，周伟，孙钰理，杨福慧，刘旭飞，韦轶骞，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：