稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，還涉及一種采用該系統(tǒng)進行農(nóng)田灌溉的方法，其特征在于：包括提水泵站、農(nóng)渠、農(nóng)田灌溉自動控制裝置和稻田土壤水分監(jiān)控裝置；稻田土壤水分控制器可根據(jù)液位計的輸出信號控制提水泵啟閉控制器動作，由提水泵給農(nóng)渠供水，農(nóng)田灌溉自動控制裝置根據(jù)農(nóng)田水位將農(nóng)渠內(nèi)灌溉水自動灌入農(nóng)田或切斷灌水。本實用新型的優(yōu)點在于：結構簡單、維護方便。解決了水稻淺濕灌溉種植新技術難以推廣的問題，對我國現(xiàn)階段農(nóng)田水利精確灌溉、節(jié)水增效有著重大的現(xiàn)實意義。
【專利說明】稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，還涉及一種采用該系統(tǒng)進行農(nóng)田灌溉的方法。
【背景技術】
[0002]水稻是我國主要的糧食作物，傳統(tǒng)的淹水栽培種植模式不僅耗水量大，水資源浪費嚴重，水分利用率低，而且容易引起環(huán)境面源污染。隨著我國人口增長和經(jīng)濟快速發(fā)展，缺水已成為我國面臨的最嚴重的戰(zhàn)略問題之一，嚴重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)外研究結果表明，水稻具有一定的水旱兩棲性，有很大的節(jié)水潛力。
[0003]傳統(tǒng)淹水栽培模式開始逐漸向節(jié)水栽培模式轉變。水稻節(jié)水栽培能夠顯著提高蒸騰蒸發(fā)效率和單葉水分利用率。實踐已證明，水稻控制灌溉節(jié)水栽培模式可以促進水稻生長發(fā)育，增加有效分蘗數(shù)，提高產(chǎn)量。但該種模式在實施時，由于需要專人值守，費事費力，因此推廣較難，如何讓廣大農(nóng)民能夠方便、快捷的掌握控制灌溉技術，實現(xiàn)稻田自動化智能灌溉是擺在水利人面前的一個重大課題。
[0004]目前在實現(xiàn)大面積稻田自動化智能灌溉時，雖然可借鑒一些集監(jiān)視測量、控制、保護、管理于一體的計算機綜合自動化系統(tǒng)，但主要存在以下兩個方面的難點:
[0005]第一、推廣水稻節(jié)水灌溉技術時，其灌水下限是以根層土壤水分為控制灌溉指標的，因而，及時、準確地獲取稻田土壤水分，就成為提高推廣水稻節(jié)水灌溉技術水平的關鍵。目前常用的取土烘干稱重法雖測得數(shù)據(jù)準確，但工作量大，也不能及時提供數(shù)據(jù)；中子土壤水分儀投資大，且測定表層土壤水分不盡準確；運用電阻和電容原理制作的各式水分儀(如土壤濕度計、查墑儀等)，對接近田間持水量(高水分段)的土壤水分測定誤差較大；水銀負壓計可測得較準確的土壤水吸力，但大面積推廣應用在操作管理上存在一定難度。
[0006]第二、水稻在灌溉時，引農(nóng)渠的灌溉用水一般直接流入農(nóng)田，或者通過泵泵入，造成水資源的巨大浪費，不符合節(jié)水灌溉技術的要求；后來也出現(xiàn)了部分能夠自動灌排水的裝置，其利用機械或電氣等方式進行水位的檢測，進而控制給排水。電氣控制進行給排水的控制方式使用時精度高、適用較大范圍的水位控制，但對工作的環(huán)境要求較高，需要確保正常的供電以及保持傳感器的清潔度；而實際農(nóng)田灌溉的使用環(huán)境較差，會影響檢測用傳感器的正常、準確工作，且用電不方便，因此電氣類給排水裝置不易推廣使用。
[0007]因此，研發(fā)一種易于推廣的大面積稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)及其方法勢在必行。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、易于推廣的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，還涉及一種采用該系統(tǒng)進行農(nóng)田灌溉的方法。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為:一種稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其創(chuàng)新點在于:包括提水泵站、農(nóng)渠、農(nóng)田灌溉自動控制裝置和稻田土壤水分監(jiān)控裝置；一提水泵站，該提水泵站設置在水源側，包括一個與水源連通的進水池，一個與農(nóng)渠連通的出水池，一組配備變頻電機的提水泵，以及一控制提水泵變頻電機啟閉的提水泵啟閉控制器；提水泵的進水口 A、出水口 A分別對應進水池和出水池，并在進水池、出水池內(nèi)分別設置有液位傳感器A和液位傳感器B，所述液位傳感器A和液位傳感器B接入提水泵啟閉控制器；若干農(nóng)渠，由干渠以及連通干渠的支渠組成，干渠與出水池直接連通；至少一設置在農(nóng)田內(nèi)的稻田土壤水分監(jiān)控裝置，包括一個地下水位觀測井，一個設置在地下水位觀測井內(nèi)的液位計，以及一個稻田土壤水分控制器，該稻田土壤水分控制器可根據(jù)液位計的輸出信號控制提水泵啟閉控制器動作；若干農(nóng)田灌溉自動控制裝置，設置在農(nóng)田與農(nóng)渠之間，用于根據(jù)農(nóng)田水位將支渠內(nèi)灌溉水自動灌入農(nóng)田或切斷灌水。
[0010]優(yōu)選的，所述稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)還包括一水質自動檢測裝置，該水質自動檢測裝置具有一個PH值檢測儀，一個溶解氧檢測儀，以及一個水質自動報警控制器，所述PH值檢測儀以及一個溶解氧檢測儀的輸出信號接入水質自動報警控制器；水質自動報警控制器還具有一個與提水泵啟閉控制器通訊的輸出端口。
[0011]優(yōu)選的，所述農(nóng)田灌溉自動控制裝置包括儲水箱、增壓機構、閥瓣和浮球引導機構；儲水箱具有一個位于底部的出水口 B，出水口 B設置有閥座，還具有一個位于底部或側壁的進水口 B，該進水口 B通過管道與支渠連通；增壓機構為一內(nèi)置于儲水箱底部的導流增壓罩，該導流增壓罩罩在儲水箱的出水口 B上；導流增壓罩的頂部具有一個位于出水口 B正上方的導流增壓口 ；所述導流增壓罩內(nèi)的空間中由導流增壓口至出水口之間形成的區(qū)域為導流增壓區(qū)，其余區(qū)域為緩沖區(qū)；閥瓣內(nèi)置于導流增壓罩內(nèi)，并可與出水口 B閥座配合實現(xiàn)出水口 B的完全密封；浮球引導機構用于根據(jù)農(nóng)田水層深度控制閥瓣動作的，包括一用于引導閥瓣動作的浮球，以及連接浮球與閥瓣的杠桿組件；該浮球設置在儲水箱外，所述浮球位于下限位狀態(tài)，浮球通過杠桿組件驅動閥瓣移動至導流增壓口一側；浮球位于上限位狀態(tài)，浮球通過杠桿組件驅動閥瓣與出水口閥座配合封閉出水口 B。
[0012]優(yōu)選的，所述稻田土壤水分控制器通過無線通訊模塊實現(xiàn)與提水泵啟閉控制器的通訊。
[0013]優(yōu)選的，所述稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的波段開關。
[0014]優(yōu)選的，所述稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的可編程數(shù)據(jù)庫，以及石英鐘模塊。
[0015]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0016]本實用新型中的自動化智能灌溉系統(tǒng)運行時，首先是根據(jù)水稻控制灌溉的高產(chǎn)節(jié)水模式和水稻各生育期土壤水分控制指標輸入至稻田土壤水分監(jiān)控裝置。稻田土壤水分監(jiān)控裝置檢測的土壤含水率達到灌水下限指標時，向提水泵站發(fā)送控制信號，自動啟動提水泵抽水進入水渠(干渠)，為農(nóng)田提供灌溉用水，灌溉水經(jīng)干渠流入支渠再流入農(nóng)渠由農(nóng)田灌溉自動控制裝置自動注入農(nóng)田；農(nóng)田灌溉自動控制裝置則根據(jù)農(nóng)田內(nèi)水位間歇性啟閉供水。當?shù)咎锿寥浪直O(jiān)控裝置檢測農(nóng)田達到相應生育期灌水上限指標時，提水泵自動關閉，停止向水渠供水，完成一次自動化智能灌溉過程，周而復始，自動檢測至下一個灌溉周期的到來。
[0017]本實用新型中的智能灌溉系統(tǒng)能通過稻田土壤水分監(jiān)控裝置對稻田土壤水分的實時檢測，并控制提水泵站的啟閉；在一段時間內(nèi)，為整個稻田區(qū)補充所有灌溉所需用水，進行供水總量的管理控制，避免不必要的水資源浪費。在對稻田土壤水分進行實時檢測時，利用稻田地下水埋深與土壤含水率關系曲線，由稻田地下水埋深間接計算出該片稻田的即時土壤含水率，使得實時監(jiān)測得以順利實現(xiàn)。
[0018]而農(nóng)田灌溉自動控制裝置設置在支渠與農(nóng)田之間，用于根據(jù)農(nóng)田水位將支渠內(nèi)灌溉水自動灌入農(nóng)田或切斷灌水，進而進行局部區(qū)域稻田的間歇性灌水，實現(xiàn)用水終端的管理控制，既能夠補充稻田生長所需水分，又避免秧苗長時間被水覆蓋影響生長。灌溉時，無需人工值守進行控制，且不利用電氣等監(jiān)測手段進行，結構簡單、維護方便。解決了水稻控制灌溉種植新技術難以推廣的問題，對我國現(xiàn)階段農(nóng)田水利精確灌溉、節(jié)水增效有著重大的現(xiàn)實意義。
[0019]而本實用新型中農(nóng)田灌溉自動控制裝置包括儲水箱、增壓機構、閥瓣和浮球引導機構，其在關閉時，以浮球為引導，最終利用水壓來關閉閥門，靈敏度好，供水量準確，密封效果好，不易滲漏；在淺水量供水需求下依然能夠實現(xiàn)良好的密封，并結合浮球引導機構的浮球高度可進行整體或獨立的高度調整，使得其水位深淺能夠在l_7cm的范圍內(nèi)自由調節(jié)，進而方便、靈活適應不同深度的供水需求，特別適用于水稻生長不同階段對水量的不同需求。
[0020]本實用新型中稻田土壤水分控制器通過無線通訊模塊實現(xiàn)與提水泵啟閉控制器的通訊，減少通訊布線，降低成本。而稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的波段開關，使得稻田土壤水分控制在控制補水時能夠根據(jù)不同的生育期給出合適、準確的供水需求，提高水資源有效利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型中稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)結構組成圖。
[0022]圖2為本實用新型中提水泵站結構示意圖。
[0023]圖3為本實用新型中稻田土壤水分監(jiān)控裝置結構示意圖。
[0024]圖4為本實用新型中農(nóng)田灌溉自動控制裝置結構示意圖。
[0025]圖5為本實用新型中導流增壓罩與儲水箱的底板位置關系圖。
[0026]圖6為本實用新型中導流增壓罩俯視圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1所示，本實用新型中的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，包括提水泵站2、農(nóng)渠4、農(nóng)田灌溉自動控制裝置3、稻田土壤水分監(jiān)控裝置5和水質自動檢測裝置6。
[0028]具體為:
[0029]一提水泵站2，該提水泵站2設置在水源I側，如圖2所示，包括一個與水源2連通的進水池21，一個與農(nóng)渠2連通的出水池22，一組配備變頻電機24的提水泵23，以及一控制提水泵變頻電機24啟閉的提水泵啟閉控制器；提水泵23的進水口 A、出水口 A分別對應進水池21和出水池22，并在進水池21、出水池22內(nèi)分別設置有液位傳感器A和液位傳感器B，液位傳感器A和液位傳感器B接入提水泵啟閉控制器。
[0030]提水泵站2的配電柜25配備有提水泵啟閉控制器，以及電動機多功能保護裝置，用于保護提水泵變頻電機的過載、過流、過壓、欠壓、缺相等；通過液位傳感器A和液位傳感器B的信號來檢測進、出水池內(nèi)液位高度，進而實現(xiàn)進水池超低水位自停、出水池溢流自停。
[0031]若干農(nóng)渠2，由干渠以及連通干渠的支渠組成，支渠的數(shù)量和布局根據(jù)實際稻田來設計，干渠與出水池直接連通。本實用新型中農(nóng)渠采用砼防滲渠。
[0032]至少一設置在農(nóng)田內(nèi)的稻田土壤水分監(jiān)控裝置4，如圖3所示，包括一個地下水位觀測井41，一個設置在地下水位觀測井41內(nèi)的液位計42，以及一個稻田土壤水分控制器43，該稻田土壤水分控制器43可根據(jù)液位計的輸出信號控制提水泵啟閉控制器動作。
[0033]為避免灌溉水中雜質較多影響檢測準確性，本實施例中，液位計選擇磁致伸縮液位計。磁致伸縮液位計的傳感器工作時，傳感器的電路部分將在波導絲上激勵出脈沖電流，該電流沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產(chǎn)生脈沖電流磁場。在磁致伸縮液位計的傳感器測桿外配有一浮子，此浮子可以沿測桿隨液位的變化而上下移動。在浮子內(nèi)部有一組永久磁環(huán)。當脈沖電流磁場與浮子產(chǎn)生的磁環(huán)磁場相遇時，浮子周圍的磁場發(fā)生改變從而使得由磁致伸縮材料做成的波導絲在浮子所在的位置產(chǎn)生一個扭轉波脈沖，這個脈沖以固定的速度沿波導絲傳回并由檢出機構檢出。通過測量脈沖電流與扭轉波的時間差可以精確地確定浮子所在的位置，即液面的位置。本實施例中，在地下水位觀測井41靠近底面處澆筑混凝土層44，在混凝土層44上放置稻田土壤水分監(jiān)控裝置4的控制箱45，稻田土壤水分控制器43以及液位計42的上部分位于控制箱45內(nèi)。
[0034]若干農(nóng)田灌溉自動控制裝置3，設置在農(nóng)田與農(nóng)渠之間，用于根據(jù)農(nóng)田水位將支渠內(nèi)灌溉水自動灌入農(nóng)田或切斷灌水。如圖4、5、6所示，其主要包括儲水箱31、導流增壓罩32、閥瓣33和浮球引導機構34。儲水箱31主要用于臨時儲存從水源引入的灌溉用水，該儲水箱31具有一個位于底部的出水口 311，該出水口 311通常設置在儲水箱31的底板上，即儲水箱I的最底端；儲水箱31還具有一個位于底部或側壁的進水口 312。出水口 311可配備一個可與閥瓣配合提高密封效果的閥座。水源的灌溉用水通過進水口進入儲水箱31，并在箱體內(nèi)形成具有一定高度的液面，當出水口 311打開時，灌溉用水則通過最底部的出水口 311排出流入農(nóng)田。增壓機構用于在儲水箱關閉時，利用儲水箱31內(nèi)灌溉用水的水壓為閥瓣33提供一個向下的壓力，以便快速以及更好的壓緊出水口 311閥座，實現(xiàn)停止供水。增壓機構為一內(nèi)置于儲水箱底部的導流增壓罩32，該導流增壓罩32罩在儲水箱的出水口311上。導流增壓罩32為一個矩形箱體，該矩形箱體罩于儲水箱31的出水口上，導流增壓罩32的頂板靠近側板處開有一個矩形的導流增壓口 321，矩形導流增壓口 321的長度方向與矩形箱體的頂板寬度方向相同，且該導流增壓口的長度等于矩形箱體的頂板寬度；該矩形導流增壓口 321位于出水口 311正上方，出水口 311采用與矩形導流增壓口 321對應的矩形結構；同樣的，導流增壓罩32內(nèi)的空間中由導流增壓口 321至出水口 311之間形成的區(qū)域為導流增壓區(qū)，其余區(qū)域為非灌溉用水直接沖擊的緩沖區(qū)。閥瓣33用于與出水口閥座配合實現(xiàn)出水口啟閉，該閥瓣33內(nèi)置于導流增壓罩32內(nèi)；閥瓣33的結構形狀與出水口 311及出水口閥座相配。
[0035]浮球引導機構34用于根據(jù)農(nóng)田水層深度控制閥瓣動作，包括一用于引導閥瓣動作的浮球341，以及連接浮球341與閥瓣33的杠桿組件；杠桿組件包括杠桿支架342、轉軸343、閥瓣連接段杠桿344、浮球連接段杠桿345，一對杠桿支架342安裝在導流增壓罩32外的儲水箱31內(nèi)，兩杠桿支架342的頂部之間安裝有轉軸343，閥瓣連接段杠桿344的一端與轉軸343固定，另一端從導流增壓口 321伸入導流增壓罩32內(nèi)與閥瓣33連接；浮球連接段杠桿345的一端與轉軸343固定，另一端連接浮球341。該浮球341設置在儲水箱31外，浮球341位于下限位狀態(tài)，浮球341通過杠桿組件驅動閥瓣移動至緩沖區(qū)；浮球341位于上限位狀態(tài)，浮球341通過杠桿組件驅動閥瓣3與出水口閥座配合封閉出水口 311。
[0036]水質自動檢測裝置105具有一個PH值檢測儀,一個溶解氧檢測儀，以及一個水質自動報警控制器，所述PH值檢測儀以及一個溶解氧檢測儀的輸出信號接入水質自動報警控制器；水質自動報警控制器還具有一個與提水泵啟閉控制器通訊的輸出端口。
[0037]本實用新型中水質自動檢測裝置主要采用PH值檢測儀和溶解氧檢測儀對P H值、溶解氧值進行自動監(jiān)測，P H值在6-9之間，溶解氧 > 飽和率90%(或7.5) 6 5 3 2，灌溉水質分類分別為I類、11類III類、IV類、乂類。當檢測量超過設定限量報警時，通過報警脈沖信號自動關閉提水泵并進行聲光報警，避免將污染水源送入農(nóng)渠。
[0038]本實用新型中，為增加便捷性，稻田土壤水分控制器通過無線通訊模塊實現(xiàn)與提水泵啟閉控制器的通訊。
[0039]為了適應水稻不同生育期對灌溉水的需求，稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的波段開關。當然，這里的波段開關僅僅是示例性的，不是局限性的。稻田土壤水分控制器還可配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的可編程數(shù)據(jù)庫，以及石英鐘模塊。利用石英鐘模塊提供的時間自動調用可編程數(shù)據(jù)庫中與之對應的該時段水稻生育期所需灌水量上、下限。
【權利要求】
1.一種稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:包括提水泵站、農(nóng)渠、農(nóng)田灌溉自動控制裝置和稻田土壤水分監(jiān)控裝置； 一提水泵站，該提水泵站設置在水源側，包括一個與水源連通的進水池，一個與農(nóng)渠連通的出水池，一組配備變頻電機的提水泵，以及一控制提水泵變頻電機啟閉的提水泵啟閉控制器；提水泵的進水口 A、出水口 A分別對應進水池和出水池，并在進水池、出水池內(nèi)分別設置有液位傳感器A和液位傳感器B，所述液位傳感器A和液位傳感器B接入提水泵啟閉控制器； 若干農(nóng)渠，由干渠以及連通干渠的支渠組成，干渠與出水池直接連通； 至少一設置在農(nóng)田內(nèi)的稻田土壤水分監(jiān)控裝置，包括一個地下水位觀測井，一個設置在地下水位觀測井內(nèi)的液位計，以及一個稻田土壤水分控制器，該稻田土壤水分控制器可根據(jù)液位計的輸出信號控制提水泵啟閉控制器動作； 若干農(nóng)田灌溉自動控制裝置，設置在農(nóng)田與農(nóng)渠之間，用于根據(jù)農(nóng)田水位將支渠內(nèi)灌溉水自動灌入農(nóng)田或切斷灌水。
2.根據(jù)權利要求1所述的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)還包括一水質自動檢測裝置，該水質自動檢測裝置具有一個PH值檢測儀，一個溶解氧檢測儀，以及一個水質自動報警控制器，所述PH值檢測儀以及一個溶解氧檢測儀的輸出信號接入水質自動報警控制器；水質自動報警控制器還具有一個與提水泵啟閉控制器通訊的輸出端口。
3.根據(jù)權利要求1所述的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述農(nóng)田灌溉自動控制裝置包括儲水箱、增壓機構、閥瓣和浮球引導機構；儲水箱具有一個位于底部的出水口B，出水口 B設置有閥座，還具有一個位于底部或側壁的進水口 B，該進水口 B通過管道與支渠連通；增壓機構為一內(nèi)置于儲水箱底部的導流增壓罩，該導流增壓罩罩在儲水箱的出水口 B上；導流增壓罩的頂部具有一個位于出水口 B正上方的導流增壓口 ；所述導流增壓罩內(nèi)的空間中由導流增壓口至出水口之間形成的區(qū)域為導流增壓區(qū)，其余區(qū)域為緩沖區(qū)；閥瓣內(nèi)置于導流增壓罩內(nèi)，并可與出水口 B閥座配合實現(xiàn)出水口 B的完全密封；浮球弓I導機構用于根據(jù)農(nóng)田水層深度控制閥瓣動作的，包括一用于引導閥瓣動作的浮球，以及連接浮球與閥瓣的杠桿組件；該浮球設置在儲水箱外，所述浮球位于下限位狀態(tài)，浮球通過杠桿組件驅動閥瓣移動至導流增壓口一側；浮球位于上限位狀態(tài)，浮球通過杠桿組件驅動閥瓣與出水口閥座配合封閉出水口 B。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述稻田土壤水分控制器通過無線通訊模塊實現(xiàn)與提水泵啟閉控制器的通訊。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的波段開關。
6.根據(jù)權利要求1、2或3所述的稻田自動化智能灌溉系統(tǒng)，其特征在于:所述稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時段所需灌水量上、下限的可編程數(shù)據(jù)庫，以及石英鐘模塊。
【文檔編號】A01G25/16GK203775831SQ201420040719
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】黃勇, 陳子潤, 陳志良, 曹衛(wèi)紅 申請人:江蘇冠甲水利科技有限公司