一种多路智能灌溉装置

本实用新型涉及田间灌溉技术领域，特别涉及一种多路智能灌溉装置。

背景技术：

中国是农业大国，传统灌溉和水肥方式粗放，耗水量占全国总水量的70％以上，不仅造成资源浪费还对生态造成一定破坏。及时、准确预测作物需水需肥并科学合理施测进行智能化灌溉亟需发展。目前针对大范围农田中受自然环境影响较大、多种作物同时期生长的多路智能灌溉方式很少涉及。当前在较大范围的农田使用的灌溉设备大多从工业环境中迁移至农业中组合使用，设备价格昂贵，占用空间大，且很少考虑环境的影响，在极端天气条件下易被损坏；

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种多路智能灌溉装置，可实现智能精准控制多片区灌溉、节水节肥效果明显的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种多路智能灌溉装置，包括多级离心水泵1，所述的多级离心水泵1的出水口连接有镀锌金属管道5，所述的镀锌金属管道5上依次安装有电磁流量计2、气动电磁阀3，气动电磁阀3下部连接有水位压力传感器4，电动阀3与镀锌金属管道5的出水口相连。

所述的镀锌金属管道5并联设置有9路。

所述的多级离心水泵1采用立式结构。

所述的镀锌金属管道5的出水口处连接滴灌带或喷灌阀。

本实用新型的有益效果：

本实用新型中多路智能灌溉装置系统包含多路灌溉管道，可实现多个不同片区的灌溉，可以单独执行灌溉，并且可在多路灌溉的基础上进一步扩展灌溉路数，相比单路灌溉大大提高了灌溉效率。

本实用新型中多路智能灌溉装置系统中的多级离心水泵采用立式结构，占地面积小，可以安装在管道的任何部分，适合室外大田多种天气条件下的场景使用。

附图说明

图1为基于基于知识工程的多路智能灌溉系统结构图。

图2为模型库和智能决策结构原理示意图。

图3为多路智能感知灌溉系统结构图。

图3中多级离心水泵1、电磁流量计2、气动电磁阀3、水位压力传感器4、镀锌金属管道5.

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图3所示：所述多路智能感知灌溉系统结构如图3所示，属于基于知识工程的多路智能灌溉系统的实施系统结构，该系统包括多级离心水泵1，所述多级离心水泵出水口连接有9路并联的镀锌金属管道5，在每一路镀锌金属管道5上首先安装有电磁流量计2，之后连接气动电磁阀3，目的在于防止因气动电磁阀3打开后对电磁流量计造成过大压力而损坏，所述气动电磁阀3位置处连接有水位压力传感器4，电动阀3与镀锌金属管道5的出水口相连。

所述多级离心水泵1采用立式结构，占地面积小，离心泵口径相同，可以安装在管道的任何部分，所述离心泵采用国家高效节能水力模型，运行稳定振动小，可输送水以及各类水肥混合液，适合多种天气条件下的大田作物使用场景。

镀锌金属管道5的出水口处可以连接滴灌带、喷灌阀等灌溉类型，具有耐腐蚀的性能。

所述多路智能感知灌溉系统有9路灌溉管道，可实现9个不同片区的灌溉，可以单独执行灌溉，并且可在9路灌溉的基础上进一步扩展灌溉路数，相比单路灌溉大大提高了灌溉效率。

所述气动电磁阀3是多路智能感知灌溉系统的执行器，其特点在于气动电磁阀有一个近似等百比的固有流量特性，采用双轴承结构，启动扭矩小，在远程控制过程中具有较好的灵敏度和感应速度。

所述多路智能感知灌溉系统，在每一条灌溉通路上配有电磁流量计4和水位传感器2，可检测流经不同灌溉路的水的流量以及灌溉区域的水位和水压情况，内置通信模块，通过串行通信方式将数据反馈给智能决策系统进行灌溉方案的调整。

如图1图2所示：

所述基于知识工程的多路智能灌溉系统，主要由数据库、知识库、模型库、智能决策系统和多路智能感知灌溉系统组成，总体框架如图1所示。

所述数据库主要功能是采集和保存数据，包含数据类型有气象数据、作物数据、地理数据、土壤数据、灌溉数据和降水数据，气象数据通过气象服务中心和地面小型气象站获取；作物数据、地理数据、土壤数据、灌溉数据和降水数据通过布置在田间的地面传感器以及无人机低空遥感影像分析获取。

所述数据库中存储的气象数据主要有：各地区最高气温、最低气温、相对湿度、平均风速、固定高度处的风速、日照时长等。

所述数据库存储的数据可为知识库和模型库的计算提供支持，且模型计算后的相关数据也由数据库存储。

所述知识库，主要为当地或同类地区的不同作物的灌溉制度、作物水分和产量的关系，可存储不同年份、不同水文条件和不同灌溉方式下的参考灌溉用水量以及目标产量，在使用时可通过可视化终端查询获知。

所述知识库的表示，通过“产生式规则灌溉知识进行问题推理”来实现，即“如果a则b”，其中a代表前提条件，b代表结论或者应进行的响应，以灌溉时长为例，根据空气干燥，土壤为干壤土，水资源为地下水，风速为2m/s，可得到灌溉时长为3小时。

所述模型库，是进行综合分析处理和利用数据的工具系统，首先通过penman-monteith公式、hargreaves公式和priestley-taylor公式计算参照作物蒸散量，然后借助作物需水量计算模型得出作物需水量，参照作物蒸散量的三种计算公式如下：

penman-monteith公式

式中，et0为参照作物蒸散量，δ反映温度-饱和水气压关系曲线上温度值为t时所在点处的切线；rn代表净辐射量，单位：mj/(m²·d)；g代表土壤热通量，单位：mj/(m²·d)；rns代表净短波辐射，单位：mj/(m²·d)；t代表平均气温，单位：℃；ea代表饱和水气压，单位kpa；ed为实际水气压，单位kpa；u2代表2m高度处的风速值，单位：m/s。

hargreaves公式

ra为大气顶太阳辐射，单位：mj/m2·d；tmax为最高气温，单位℃；tmin为最低气温，单位℃；λ为公式中的参数，为经验常数。

priestley-taylor公式

式中，α为经验常数，取值为1.26；δ反映温度-饱和水气压关系曲线上温度值为t时所在点处的切线；g代表土壤热通量，单位：mj/(m²·d)；rn代表净辐射量，单位：mj/(m²·d)。

所述模型库作物需水量的计算，通过2种方式计算，一种是基于水面蒸发为参数的需水量计算方法，et＝α×e0，其中，et为某段时间内的作物需水量，单位为mm；e0为和et同时段的水面蒸发量，以水层深度单位来计，α为需水系数。另一种是基于参照作物蒸散量的方法，该方法以参照作物蒸腾量和修正系数为基础进行计算，计算公式为：et＝kc×et0，et0代表参照作物蒸散量，单位是mm/d，其计算方式如6中所述，可通过三种方式计算；kc是作物综合系数，根据土壤因子的不同设置。

所述智能灌溉决策系统，通过计算作物需水量后，结合水量平衡方程得出作物灌溉用水量，从而生成灌溉决策，水平衡方程为：i+p+g＝et+d+r±asw，式中，i为时段t内的灌水量；p为t时段内的降水量；g为时段t内的地下水补给量；et为t时段内的作物需水量；d为深层渗透量；r为地面径流量；asw为时段初土壤的有效储水量，根据此方程计算得出灌溉量为：i＝et+d+r-p-g±asw。

所述智能灌溉决策系统，得出灌溉量后依据多路灌溉智能感知系统中的水泵流量和流速进行相应的设定，通过stm32单片机利用串行通信modbus协议将灌溉指令远程发送至水泵和电磁阀，实现作物灌溉。