玉米地节水灌溉系统及灌溉方法

摘要

本发明涉及一种玉米地节水灌溉系统，包括水塔、水泵、输出总管道、输送分支管、喷管和喷头。水泵与若干根输送分支管连接，每根输送分支管上设有独立控制的支路阀。在输送分支管通过该卡箍和定位桩将输送分支管沿地面固定；输送分支管外侧设防护盒，防护盒内设有无线发射器和土壤水分传感器，该土壤水分传感器的探测端头插入到地面以下。在玉米地上设有中继收发器；该土壤水分传感器感测的土壤湿度数据，通过无线发射器发送给附近的中继收发器；多个中继收发器将数据接力式传输，最终发送至数据集中控制器，经数据集中控制器传送给控制后台，控制后台根据预设程序对输送分支管的支路阀的启闭和开度及水泵的功率进行调节，以达到节水灌溉的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及农田灌溉设施，具体涉及玉米地节水灌溉系统及灌溉方法。

背景技术

在我国北方，降雨比较少，不适合种植水稻。而玉米具有较好的抗旱性，是北方农民最主要的种植作物。玉米可以用于食品加工和饲料加工，是重要的粮食作物。尽管玉米具有较好的抗旱性，但是在玉米生长的重要环节，也需要进行浇水灌溉。开花期一株玉米每天耗水约2kg，每亩每天耗水3-4方，全生育期耗水250-350方。不同生育用玉米对水分的需要不同。抽雄前10天至抽雄后10天是玉米一生中需水最多，对水分最敏感的时期，称为“需水临界期”。这个时期要进行灌溉。玉米一生中一般要浇水3-4次，依不同地区，具体情况而异。灌水方法，我国目前多为沟灌、畦灌，最近发展利用喷灌、滴灌，后两种方法，既节约用水，又灌溉均匀。在玉米开花期和抽雄前，若实现人工走动或机器设备走动浇水，容易碰撞玉米枝叶使，使其花和雄穗等受损，影响结果。由于北方水资源十分宝贵，因此节约用水对国家对农民自身都具有重要的意义，但节约用水的前提仍然是要保证玉米得到充分的灌溉，以免影响其产量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种玉米地节水灌溉系统及方法，通过多点自动检测玉米地中土壤的湿度，集中控制器根据感测的土壤湿度，调节灌溉力度，在保证有效灌溉的基础上达到节水目的。

进一步地，考虑到玉米地通常面积较大，采用有线传输湿度检测数据需要使用大量的网线，而无线传输又具有信号不稳定、不及时等问题，本发明采用将玉米地设置成若干个区块，每10-50平米范围内设置一个无线信号中继收发器，采用接力棒的形式无线传输远程信号至集中控制器，且考虑到能源问题，各湿度传感器使用的电池、无线发射器使用的电池、数据采集器使用的电池、无线信号中继收发器的电池，都可采用太阳能发电板发电和补给。

此外，在灌溉时，尽可能使灌溉的水喷头相对玉米根部较低的位置以一定压力喷射到玉米根部的土壤中，通过喷射冲击出一定盛水“凹坑”，使水积蓄很渗透到玉米根部土面以下，尽量避免对玉米枝叶直接喷水(蒸发太快不易吸收利用，避免损坏花穗等)。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种玉米地节水灌溉系统，包括水塔(2)、水泵(5)、输出总管道(13)、输送分支管(12)、喷管(8)、调节器(7)和喷头(6)；

其中水塔(2)用于储水，通过输出总管道(13)连接水泵(5)，水泵(5)连接若干根输送分支管(12)，每个输送分支管(12)与水泵(5)的连接管路上设有单独控制的支路阀(121)；每个输送分支管(12)上间隔连接由多个竖直的喷管(8)，喷管(8)通过调节器(7)连接喷头(6)，喷头(6)将水向斜向下的方向喷出；

其中，在输送分支管(12)上每隔一段距离即设有一个卡箍(11)，该卡箍(11)下方连接定位桩(10)，通过该卡箍(11)和定位桩(10)将输送分支管(12)沿地面实现等高固定和走线；输送分支管(12)外侧间隔设有防护盒(9)，在该防护盒(9)内设有电池、无线发射器、土壤水分传感器(14)，该土壤水分传感器(14)的探测端头插入到地面以下；所述电池给所述无线发射器与所述土壤水分传感器(14)提供电能；

在玉米地上每隔10-50平方米设有一个中继收发器；该土壤水分传感器(14)感测的土壤湿度数据，通过所述无线发射器发送给附近的中继收发器；中继收发器的数量为多个，多个中继收发器将数据接力式传输，最终将数据发送至数据集中控制器(16)，经数据集中控制器(16)标准化数字化处理后传送给控制后台，控制后台根据预设程序对每个输送分支管(12)上的支路阀(121)的启闭和开度、以及水泵(5)的功率进行调节。

根据本发明较佳实施例，每个所述喷管(8)连接至输送分支管(12)的位置设有独立控制的喷管电磁阀(81)。控制后台还会根据土壤水分传感器(14)感测的土壤湿度数据和预设程序对每个喷管(8)上的喷管电磁阀(81)的启闭和开度进行调节。

根据本发明较佳实施例，所述水塔(2)顶部设有盖体(3)，在盖体(3)上设有把手(4)；水塔(2)内侧上方设有滤网筛(105)；其中滤网筛(105)为可取放结构；在水塔(2)内侧壁上方设有若干个支撑块(104)；该滤网筛(105)搁放在该支撑块(104)上；该滤网筛(105)的两端侧靠近边缘的铰接有提手(103)；该水体(2)上方还设有入水口，该入水口位于该滤网筛(105)上方；该入水口连接附近可供使用的水源。包括自来水、地下水、湖、河流、水库、池塘、储水水沟等。

根据本发明较佳实施例，所述水塔(2)内设有搅拌轮(106)，该搅拌轮(106)包括轴杆，搅拌轮(106)的轴杆下端伸入到罩体(109)内部，且该轴杆下端设有伞齿轮，与另一个由外部电机(101)驱动的伞齿轮啮合。该搅拌轮(106)用于将水和浓缩肥料或农药搅拌均匀。

根据本发明较佳实施例，所述防护盒(9)内还设有紫外线传感器(15)，所述紫外线传感器(15)感测日照强度，并通过所述无线发射器发送给附近的中继收发器，通过中继收发器将数据接力式传输，最终将数据发送至数据集中控制器(16)，经数据集中控制器(16)标准化数字化处理后传送给控制后台，控制后台根据预设程序对每个输送分支管(12)上的支路阀(121)的启闭和开度、以及水泵(5)的功率进行调节。

根据本发明较佳实施例，所述防护盒(9)内的电池为可充电电池，在所述防护盒(9)外部或防护盒(9)附近设有光伏发电板，该光伏发电板发电电量储存到所述可充电电池；所述中继收发器也设有光伏发电组件，通过该光伏发电组件补给电量。光伏发电板或太阳能发电装置用支架固定在高于玉米植株的位置。

根据本发明较佳实施例，所述调节器(7)包括球体结构(705)、旋转座(702)、密封圈(704)和横管(706)，球体结构(705)固定连接在喷管(8)顶端，球体结构(705)内设有第一通孔(701)，该旋转座(702)形成凹面，恰好包覆在球体结构(705)外部并能够相对该球体结构(705)旋转，该旋转座(702)内设有第二通孔(703)；该第一通孔(701)与该第二通孔(703)的一端连通；该横管(706)与第二通孔(703)的另一端连通；该横管(706)两端设有喷头(6)；在该球体结构(705)与旋转座(702)之间设有密封圈(704)。

根据本发明较佳实施例，所述喷头(6)为360度自旋转喷头。利用水喷出的压力打击弹簧，再利用弹簧反弹的力量进行自动旋转。

(三)有益效果

本发明提供的玉米地节水灌溉系统及方法，通过多点自动检测玉米地中土壤的湿度和日照强度，集中控制器根据土壤湿度和日照强度，调节水泵的工作功率和支路阀及喷管电磁阀的启闭开合度，从而调节灌溉力度，在保证有效灌溉的基础上达到节水目的。

进一步地，考虑到玉米地通常面积较大，将玉米地设置成若干个区块，每10-50平米范围内设置一个无线信号中继收发器，采用接力棒形式无线传输远程信号至集中控制器，保证数据传输的准确性和及时性，避免使用线缆。考虑到供电问题，各湿度传感器和紫外线传感器及无线发射器使用的电池、无线信号中继收发器的电池，都可采用太阳能发电板发电和补给。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的整体示意图。

图2为防护盒内设置的土壤水分传感器和紫外线传感器。

图3为喷管顶端设置的调节器的结构示意图。

图4为水塔内部结构示意图。

图5图4的A部结构示意图。

图6为本发明的系统框图结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，为本发明的一种玉米地节水灌溉系统，包括水塔2、水泵5、输出总管道13、输送分支管12、喷管8、调节器7和喷头6。

水塔2用于储水，通过输出总管道13连接水泵5，水泵5连接若干根输送分支管12，每个输送分支管12与水泵5的连接管路上设有单独控制的支路阀121；每个输送分支管12上间隔设有多个竖直的喷管8，喷管8通过调节器7连接喷头6，喷头6将水向斜向下的方向喷出，避免水喷洒到玉米枝叶上很快被蒸发掉而造成浪费。

如图2所示，在输送分支管12上每隔一段距离即设有一个卡箍11，该卡箍11下方连接定位桩10，通过该卡箍11和定位桩10将输送分支管12沿地面实现等高固定和走线。部分的定位桩10外侧设有防护盒9，在该防护盒9内设有电池、无线发射器、土壤水分传感器14和紫外线传感器15，该土壤水分传感器14的探测端头插入到地面以下，紫外线传感器15可被太阳光照射(防护盒9局部为透光材质制成)；电池给无线发射器、土壤水分传感器14及紫外线传感器15提供电能。电池为可充电电池，在防护盒9外部或防护盒9附近设有光伏发电板，该光伏发电板发电电量储存到所述可充电电池；所述中继收发器也设有光伏发电组件，通过该光伏发电组件补给电量。光伏发电板或光伏发电组件用支架固定在高于玉米植株的位置。

进一步地，如图2所示，每个喷管8连接至输送分支管12的位置设有独立控制的喷管电磁阀81。喷管电磁阀81的调节所需驱动电能来自蓄电池或来自附近的光伏发电组件。支路阀121的调节所需驱动电能可来自蓄电池或来自附近的光伏发电组件。

如图6所示，在玉米地上每隔10-50平方米设有一个中继收发器；该土壤水分传感器14感测的土壤湿度数据、以及紫外线传感器15感测的日照强度，通过无线发射器发送给附近的中继收发器；中继收发器的数量为多个，多个中继收发器将数据接力式传输，最终将数据发送至数据集中控制器16，经数据集中控制器16标准化数字化处理后传送给控制后台，控制后台根据预设程序对每个输送分支管12上的支路阀121、喷管电磁阀81的启闭和开度、以及水泵5的功率进行调节。

如图4-图5所示，水塔2顶部设有盖体3，在盖体3上设有把手4，通过把手4可以打开盖体3。水塔2内侧上方设有滤网筛105，滤网筛105为可取放结构；在水塔2内侧壁上方设有若干个支撑块104，该滤网筛105搁放在该支撑块104上，滤网筛105的两端侧靠近边缘的铰接有提手103；该水体2上方还设有入水口，该入水口位于该滤网筛105上方；该入水口连接附近可供使用的水源，包括自来水、地下水、湖、河流、水库、池塘、储水水沟等。该滤网筛105用于对水过滤去渣，防止对水泵5及输送分支管12、喷管8等构成堵塞。水塔2内设有搅拌轮106，该搅拌轮106包括轴杆，搅拌轮106的轴杆下端伸入到罩体109内部，且该轴杆下端设有伞齿轮，与另一个由外部电机101驱动的伞齿轮啮合。该搅拌轮106用于将水和浓缩肥料或农药搅拌均匀。

如图3所示，调节器7包括球体结构705、旋转座702、密封圈704和横管706，球体结构705固定连接在喷管8顶端，球体结构705内设有第一通孔701，该旋转座702形成凹面，恰好包覆在球体结构705外部并能够相对该球体结构705旋转，该旋转座702内设有第二通孔703；该第一通孔701与该第二通孔703的一端连通；该横管706与第二通孔703的另一端连通；该横管706两端设有喷头6；在该球体结构705与旋转座702之间设有密封圈704。进一步地，喷头6为360度自旋转喷头。利用水喷出的压力打击弹簧，再利用弹簧反弹的力量进行自动旋转。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。