一种高效节水型农业灌溉系统的制作方法

1.本发明涉及农业灌溉技术领域，特别是涉及一种高效节水型农业灌溉系统。


背景技术：

2.为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。
3.传统的农业灌溉方式多为喷灌，浪费了许多的水资源，且无法精确的对作物供水，没有作物田地和田边道路上也会喷水，浪费了水资源。滴灌的方式可以最有效的节约用水，但是目前的滴灌设备造价高，且滴灌的水分集中于地表，容易挥发，浪费了水资源。节水灌溉是目前提倡及逐步广泛使用的灌溉模式。现有针对节水灌溉仍停留在滴灌等模式，虽然从用水量层面达到了节约的目的，但滴灌设备的用电量仍然较大，从能源节约角度上仍然有改良的空间。且现有的节水灌溉系统，大都是人工进行控制，操作的过程繁琐，智能化程度低，部分灌溉系统能够实现自动灌溉，然而灌溉时间和灌溉量无法有效控制，会出现水资源过度浪费的情况，而灌溉的水过多时，会影响作物的生长，无法满足现有农业领域的使用效果。
4.综上，为解决现有农业灌溉技术在实际应用时，耗水量大、水的利用率较低，达不到精准灌溉等问题，亟需一种实现自动化灌溉，节约大量水资源，实现绿色环保的节水高效型生态农业灌溉系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种高效节水型农业灌溉系统，实现自动化精准灌溉，提高灌溉水的利用率，降低灌溉耗水量。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种高效节水型农业灌溉系统，包括：监测模块、控制模块、供水模块和供电模块；
8.所述监测模块：用于监测气象、土壤墒情、储水量情况，形成监测数据，传输至所述控制模块；
9.所述控制模块：用于接收所述监测数据，生成灌溉方案，发送控制指令至所述供水模块；
10.所述供水模块：用于接收所述控制指令，根据所述控制指令进行灌溉的启停；
11.所述供电模块：用于为所述控制模块、供水模块和监测模块进行供电；
12.其中，所述供电模块分别与所述控制模块、供水模块、监测模块相连，所述监测模块与所述控制模块相连，所述控制模块与所述供水模块相连。
13.进一步地，所述监测模块包括：
14.气象监测单元：用于监测区域内的气象情况，采集未来的空气干湿度以及降水数据，传输至控制模块；
15.土壤墒情监测单元：用于监测土壤墒情，采集土壤干湿度数据，传输至所述控制模块；
16.储水水位监测单元：用于监测储水装置中的水位升降情况，采集储水量数据，传输至所述控制模块；
17.输水流量监测单元：用于监测输水装置的水流量情况，采集流量数据，传输至所述控制模块；
18.输水水压监测单元：用于监测输水装置输水时的压力情况，采集水压数据，传输至所述控制模块。
19.进一步地，所述控制模块包括：
20.数据分析单元：用于接收所述监测数据，对所述监测数据进行分析，生成灌溉方案；
21.控制面板单元：用于显示所述监测数据和所述灌溉方案，对所述灌溉方案进行确认，确认后根据所述灌溉方案生成控制指令发送至所述供水模块；
22.数据存储单元：用于存储所述监测数据和所述灌溉方案，生成历史灌溉记录。
23.进一步地，所述供水模块包括：
24.采水单元：用于采集地下水和雨水，传输至储水单元；
25.储水单元：用于将采集的地下水、雨水进行存储；
26.输水单元：用于接收控制指令，完成灌溉水的输送。
27.进一步地，所述采水单元包括：地下水采集装置和雨水采集装置；
28.其中，地下水采集装置包括潜水泵、沉淀池、过滤器、消毒池，地下水依次经过所述潜水泵、沉淀池、过滤器、消毒池，传输至储水单元；
29.雨水采集装置包括过滤器、臭氧发生器，采集的雨水依次经过所述过滤器和臭氧发生器，传输至储水单元。
30.进一步地，所述储水单元包括储水装置，所述储水装置通过水泵和电磁阀门与所述输水单元相连。
31.进一步地，所述输水单元包括输水装置，所述输水装置包括输水干管、输水支管、电磁阀门，所述输水干管通过若干电磁阀门与若干输水支管连接。
32.进一步地，所述输水单元还连接有自来水单元，当所述储水单元水量不足时，自动切换为所述自来水单元进行灌溉。
33.进一步地，所述供电模块包括太阳能供电单元和交流供电单元，其中，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板和太阳能蓄电池，所述太阳能电池板与所述太阳能蓄电池电性连接，当所述太阳能蓄电池内储电不足时，自动切换为交流供电。
34.本发明的有益效果为：
35.本发明提供了一种高效节水型农业灌溉系统，通过采集地下水和雨水进行存储利用，实现水资源的最大化利用；通过太阳能供电和交流供电结合的方式，优先使用太阳能供电，达到节能环保的效果；通过智能系统的建立，结合分析土壤墒情和气象信息，自动生成灌溉方案和控制指令，能够精准控制灌溉用水量，及时启停灌溉系统，实现智能灌溉。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例中的一种高效节水型农业灌溉系统结构图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
40.本实施例提供了一种高效节水型农业灌溉系统，如图1所示，包括：监测模块、控制模块、供水模块和供电模块。
41.监测模块：用于监测气象、土壤墒情、储水量情况，形成监测数据，并传输至控制模块；
42.控制模块：用于接收监测数据，生成灌溉方案，发送控制指令至供水模块；
43.供水模块：用于接收控制模块的控制指令，根据控制指令进行灌溉的启停；
44.供电模块：用于为控制模块、供水模块、监测模块进行供电。
45.供电模块分别与控制模块、供水模块、监测模块电性相连，监测模块与控制模块数据相连，控制模块与供水模块数据相连。
46.其中，监测模块包括：
47.气象监测单元：用于监测区域内的气象情况，采集未来的空气干湿度以及降水数据，传输至控制模块；
48.土壤墒情监测单元：用于监测土壤墒情，采集土壤干湿度数据，传输至控制模块；
49.储水水位监测单元：用于监测储水装置中的水位升降情况，采集储水量数据，传输至控制模块；
50.输水流量监测单元：用于监测输水装置的水流量情况，采集流量数据，传输至控制模块；
51.输水水压监测单元：用于监测输水装置输水时的压力情况，采集水压数据，传输至控制模块。
52.气象监测单元与当地天气预报系统连接，实时监测气候变化情况，采集未来空气的干湿度变化以及降水情况；土壤墒情监测单元采用太阳能土壤湿度探测器，太阳能土壤湿度探测器部分插入土中，实时监测土壤的干湿度情况；储水水位监测单元采用水位传感器，设置在储水装置中，监测储水装置中水位变化，传输至控制模块计算出储水量；输水流量监测单元采用水流量电磁流量计，设置在输水装置上，采集输水装置的流量数据；输水水压监测单元采用压力变送器，设置在输水装置上，采集输水时的压力数据。
53.输水流量和水压的监测一方面便于制定灌溉方案，另一方面可以对输水装置进行保护和及时维修，减少流量或者水压过大对输水装置造成的损坏。
54.结合气象数据和土壤干湿度数据共同决策是否需要进行灌溉，若需要灌溉，通过储水量、输水装置的流量以及水压承受能力制定灌溉方案，包括灌溉用水量、灌溉时间、输水装置的开合状态以及打开的大小等，生成控制指令，发送至供水模块进行自动灌溉。
55.控制模块包括：
56.数据分析单元：用于接收监测数据，对数据进行分析生成灌溉方案；
57.控制面板单元：用于显示监测数据和灌溉方案，便于人为进行方案确认以及数据信息的查看；
58.数据存储单元：用于将监测数据和灌溉方案进行存储，便于后续工作人员进行历史数据查询。
59.数据分析单元接收监测模块所采集的监测数据，根据土壤干湿度数据以及未来降水情况判断是否需要灌溉，若土壤达到一定干度，未来48小时内有大量降水，则不需要灌溉；若土壤达到一定干度，未来48小时内无降水，则需要灌溉；若土壤达到一定干度，未来48小时内有降水，但降水量不足以达到土壤所需的完全灌溉，则根据未来降水量制定灌溉方案，做到尽可能的节省灌溉用水量。控制面板单元可为远程手持终端显示，如手机app，微信小程序客户端等，灌溉方案生成后，弹出窗口提醒使用者进行人为确认，使用者可通过控制面板单元查看监测数据以及灌溉方案详情，也可进行灌溉方案的人为更改，确认灌溉方案后，生成控制指令发送至供水模块，自动控制灌溉的进行。数据存储单元对监测数据以及确定实施的灌溉方案进行配套存储，形成历史灌溉记录，便于使用者进行查看。
60.供水模块包括：
61.采水单元：用于采集地下水和雨水，灌溉时优先使用，采水单元中包括：地下水采集装置、雨水采集装置。
62.其中，地下水采集装置包括潜水泵、沉淀池、过滤器、消毒池等，地下水依次经过潜水泵、沉淀池、过滤器、消毒池等装置后，输送至储水单元进行存储；雨水采集装置包括过滤器、臭氧发生器等，采集的雨水经过过滤器、臭氧发生器等装置后，输送至储水单元进行存储。
63.储水单元：即储水装置，用于将采集的地下水、雨水进行存储，通过水泵和电磁阀门与输水单元相连。
64.输水单元：即输水装置，用于灌溉水的输送，包括输水干管、输水支管、电磁阀门等，输水干管通过若干电磁阀门与若干输水支管连接。
65.地下水和雨水经过过滤、沉淀、消毒等流程后，进入储水装置进行存储，储水装置接收到控制指令后，启动水泵和电磁阀将水输送至输水干管，根据控制指令打开灌溉相应的输水支管，进行灌溉，其中，电磁阀的开度根据水管流量和承受压力决定。
66.供水模块中还包括自来水单元，若储水装置中的水量不足以完成本次灌溉，则在储水装置中的水将要用尽时自动切换成自来水灌溉模式，自来水单元通过电磁阀门连接输水干管。
67.供电模块包括：太阳能供电单元和交流供电单元，其中，太阳能供电单元包括太阳能电池板和太阳能蓄电池，太阳能电池板与太阳能蓄电池电连接，太阳能电池板所倾斜的
角度可按照当地的日照光强等参量计算后确定，太阳能电池板可优选为单晶硅电池板组件或多晶硅电池板组件，系统用电优先使用太阳能供电模式，当太阳能蓄电池内储电不足时，自动切换交流供电模式。
68.系统还包括通信模块，用于监测模块、控制模块、供水模块之间的数据传输，采用5g或无线网络通信技术。
69.本实施例中控制模块中设置有总开关以及plc控制电路，通过plc控制电路实现各个模块之间配合。
70.进一步说明，本实施例所提供的一种高效节水型农业灌溉系统的运行过程为：地下水采集装置和雨水采集装置根据地下水情况和降水情况自动进行工作，采集的水传输至储水装置中进行存储，土壤墒情监测单元监测到土壤湿度过低需要补充水分，结合气象监测中的未来48小时是否有降水，以及降水量的预测，判断是否要进行灌溉，若需要进行灌溉，则根据储水量、输水管流量和压力数据，制定灌溉方案，控制面板弹窗提示灌溉方案，需要使用者手动进行灌溉方案的确定，灌溉方案确定后，生成控制指令发送至储水和输水单元，自动打开储水装置中的水泵和电磁阀门，以及输水管中的电磁阀门，进行灌溉，储水量不足时，自动切换到自来水灌溉，灌溉结束，自动关闭电磁阀门和水泵。
71.本发明通过采集地下水和雨水进行存储利用，实现水资源的最大化利用；通过太阳能供电和交流供电结合的方式，优先使用太阳能供电，达到节能环保的效果；通过智能系统的建立，结合分析土壤墒情和气象信息，自动生成灌溉方案和控制指令，能够精准控制灌溉用水量，及时启停灌溉系统，实现智能灌溉。
72.以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，包括：监测模块、控制模块、供水模块和供电模块；所述监测模块：用于监测气象、土壤墒情、储水量情况，形成监测数据，传输至所述控制模块；所述控制模块：用于接收所述监测数据，生成灌溉方案，发送控制指令至所述供水模块；所述供水模块：用于接收所述控制指令，根据所述控制指令进行灌溉的启停；所述供电模块：用于为所述控制模块、供水模块和监测模块进行供电；其中，所述供电模块分别与所述控制模块、供水模块、监测模块相连，所述监测模块与所述控制模块相连，所述控制模块与所述供水模块相连。2.根据权利要求1所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述监测模块包括：气象监测单元：用于监测区域内的气象情况，采集未来的空气干湿度以及降水数据，传输至控制模块；土壤墒情监测单元：用于监测土壤墒情，采集土壤干湿度数据，传输至所述控制模块；储水水位监测单元：用于监测储水装置中的水位升降情况，采集储水量数据，传输至所述控制模块；输水流量监测单元：用于监测输水装置的水流量情况，采集流量数据，传输至所述控制模块；输水水压监测单元：用于监测输水装置输水时的压力情况，采集水压数据，传输至所述控制模块。3.根据权利要求1所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述控制模块包括：数据分析单元：用于接收所述监测数据，对所述监测数据进行分析，生成灌溉方案；控制面板单元：用于显示所述监测数据和所述灌溉方案，对所述灌溉方案进行确认，确认后根据所述灌溉方案生成控制指令发送至所述供水模块；数据存储单元：用于存储所述监测数据和所述灌溉方案，生成历史灌溉记录。4.根据权利要求1所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述供水模块包括：采水单元：用于采集地下水和雨水，传输至储水单元；储水单元：用于将采集的地下水、雨水进行存储；输水单元：用于接收控制指令，完成灌溉水的输送。5.根据权利要求4所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述采水单元包括：地下水采集装置和雨水采集装置；其中，地下水采集装置包括潜水泵、沉淀池、过滤器、消毒池，地下水依次经过所述潜水泵、沉淀池、过滤器、消毒池，传输至储水单元；雨水采集装置包括过滤器、臭氧发生器，采集的雨水依次经过过滤器和臭氧发生器，传输至储水单元。6.根据权利要求4所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述储水单元包括储水装置，所述储水装置通过水泵和电磁阀门与所述输水单元相连。7.根据权利要求4所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述输水单元包括输水装置，所述输水装置包括输水干管、输水支管、电磁阀门，所述输水干管通过若干电磁阀
门与若干输水支管连接。8.根据权利要求7所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述输水单元还连接有自来水单元，当所述储水单元水量不足时，自动切换为所述自来水单元进行灌溉。9.根据权利要求1所述的高效节水型农业灌溉系统，其特征在于，所述供电模块包括太阳能供电单元和交流供电单元，其中，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板和太阳能蓄电池，所述太阳能电池板与所述太阳能蓄电池电性连接，当所述太阳能蓄电池内储电不足时，自动切换为交流供电。

技术总结
本发明涉及一种高效节水型农业灌溉系统，包括：监测模块：用于监测气象、土壤墒情、储水量情况，形成监测数据，并传输至控制模块；控制模块：用于接收监测数据，生成灌溉方案，发送控制指令至供水模块；供水模块：用于接收控制指令，根据控制指令进行自动灌溉；供电模块：用于为控制模块、供水模块、监测模块进行供电；其中，供电模块分别与控制模块、供水模块、监测模块电性相连，监测模块与控制模块数据相连，控制模块与供水模块数据相连。本发明能够精准控制灌溉用水量，及时启停灌溉系统，实现智能灌溉。溉。溉。


技术研发人员：唐瑞 侯峥 刘学军 李金泽 焦炳忠 王怀博 汤英 田巍
受保护的技术使用者：宁夏回族自治区水利科学研究院
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/7/12