一種地下智能節(jié)水滲灌及排水系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)田水利灌溉領(lǐng)域，具體涉及一種地下智能節(jié)水滲灌及排水系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)十分嚴(yán)重，隨著我國水資源日益缺乏，如何在農(nóng)田中高效利用水資源逐漸成為我國亟待解決的難題。目前，我國在農(nóng)田灌溉中使用的灌溉技術(shù)較多，以噴灌為主，另外還有軟管式人工澆灌、灑水車澆灌、漫灌、噴灌機(jī)噴灌等。目前，我國農(nóng)田灌溉的特點(diǎn)主要體現(xiàn)為智能化程度較低，噴灑漂移、灌溉不均勻和灌溉量不當(dāng)?shù)葐栴}較為突出，由此引發(fā)的地表積水、滲漏或干旱造成的水分損失多達(dá)20%-30%，最終導(dǎo)致土壤板結(jié)和大量的水資源浪費(fèi)。此外，現(xiàn)有灌溉技術(shù)在沙漠、戈壁、鹽堿土壤和荒山荒丘上并不適用，不僅不能夠節(jié)能減排，而且很難控制鹽堿對作物的損害以及化肥的利用率。近年來使用的滴灌技術(shù)提高了水的利用率，減少了雜草滋生，改善了土壤結(jié)構(gòu)，但滴灌技術(shù)易于引起堵塞并可能限制根系的發(fā)展，而且滴灌技術(shù)未能充分考慮排澇問題。
[0003]隨著科技的發(fā)展，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田水利建設(shè)中是一種必然的趨勢，主要涉及無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件編程技術(shù)、電磁控制系統(tǒng)技術(shù)等。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉基本依靠人工灌溉，浪費(fèi)了大量的人力、物力，利用智能化控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化管理能夠大幅節(jié)省成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有農(nóng)田灌溉技術(shù)中存在的水資源利用率低、排澇困難和自動化程度低等缺陷，本發(fā)明提供了一種地下智能節(jié)水滲灌及排水系統(tǒng)。
[0005]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種地下智能節(jié)水滲灌及排水系統(tǒng)，包括供水裝置、滲灌網(wǎng)管、排水裝置、控制模塊和濕度傳感模塊。供水裝置包括外接水源的供水泵、與供水泵相連的壓力罐以及設(shè)置在連接壓力罐和滲灌網(wǎng)管的管道上的第一電磁閥XI。排水裝置包括真空泵以及設(shè)置在連接滲灌網(wǎng)管和真空泵的管道上的第二電磁閥X2?？刂颇K包括控制芯片Ul和控制芯片外圍電路，控制芯片Ul的兩個輸出端分別接第一電磁閥Xl和第二電磁閥X2。濕度傳感模塊包括濕度傳感器U2、濕度傳感器外圍電路以及兩個測試電極J1~J2，兩個測試電極J1~J2分別接濕度傳感器U2的兩個輸入端，濕度傳感器U2的輸出端接控制芯片Ul的輸入端。
[0006]具體的，滲灌網(wǎng)管包括塑料軟管和設(shè)置在塑料軟管上用于滲水的通透材料層，塑料軟管上設(shè)置有等間距排布的滲灌孔。
[0007]具體的，控制模塊還包括無線路由器。
[0008]具體的，濕度傳感模塊還包括無線發(fā)射芯片U3，無線發(fā)射芯片U3的輸入端接濕度傳感器U2的輸出端，無線發(fā)射芯片U3利用無線路由器生成的wifi信號將濕度傳感器U2測定的土壤濕度信息發(fā)送至控制芯片Ul0
[0009]具體的，控制芯片Ul為AT89S52型單片機(jī)，濕度傳感器U2為WTH-215型濕度傳感器，無線發(fā)射芯片U3為XC4388型芯片。
[0010]本發(fā)明的有益效果:利用本發(fā)明的智能地下滲灌及排澇系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)田灌溉，節(jié)水效果明顯，一次滲灌用水量約為25m3，約為普通大水漫灌用水量的1/4，約為噴灌用水量的1/3，約為滴灌用水量的1/2。當(dāng)農(nóng)田灌水量過大或出現(xiàn)洪澇時，通過本系統(tǒng)中第二電磁閥X2和真空泵能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)田排澇。本系統(tǒng)中控制模塊和濕度傳感模塊能夠?qū)崟r監(jiān)控農(nóng)田的濕度信息，根據(jù)濕度信息實時調(diào)整第一電磁閥Xl和第二電磁閥X2的開啟或關(guān)閉，實現(xiàn)滲灌或排澇的自動化管理。本系統(tǒng)的成本較低，每畝農(nóng)田的建設(shè)成本約為2000元，使用年限約為40至50年，一次投資長期受益，年均畝投入僅為50元，相對于噴灌和滴灌技術(shù)，本系統(tǒng)的建設(shè)成本更低。本發(fā)明的智能地下滲灌及排澇系統(tǒng)適用于各類農(nóng)田及農(nóng)作物，實現(xiàn)農(nóng)田灌溉的全自動化，并且節(jié)水效果顯著，具有較大的推廣應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為滲灌網(wǎng)管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為濕度傳感模塊的電路原理圖。
[0014]圖4為控制模塊的電路原理圖。
[0015]其中，I供水泵，2壓力罐，3第一電磁閥Xl，4 +12V直流電壓源，5分壓電阻，6控制芯片Ul，7滲灌網(wǎng)管，7-1塑料軟管，7-2通透材料層，7-3滲灌孔，8濕度傳感器U2，9無線路由器，10真空泵，11第二電磁閥X2。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]參照圖1，實施例包括供水泵1、與供水泵I相連的壓力罐2、滲灌網(wǎng)管7、設(shè)置在連接壓力罐2和滲灌網(wǎng)管7的管道上的第一電磁閥X1、真空泵10、設(shè)置在連接滲灌網(wǎng)管7和真空泵10的管道上的第二電磁閥X2、控制芯片Ul及其外圍電路、無線路由器9、濕度傳感器U2及其外圍電路、與濕度傳感器U2的輸出端相連的無線發(fā)射芯片U3以及分別接在濕度傳感器U2的輸入端的兩個測試電極J1~J2。其中，控制芯片Ul的兩個輸出端分別經(jīng)兩個分壓電阻5接第一電磁閥Xl和第二電磁閥X2，+12V直流電壓源4為第一電磁閥Xl和第二電磁閥X2供電，濕度傳感器U2的輸出端接控制芯片Ul的輸入端。
[0018]參照圖2，滲灌網(wǎng)管7包括塑料軟管7-1和設(shè)置在塑料軟管7-1上用于滲水的通透材料層7-2，塑料軟管7-1上設(shè)置有等間距排布的滲灌孔7-3。本實施例中，通透材料層為厚度25g/m2的阻沙滲水布。
[0019]本實施例中，控制芯片Ul為具有wifi無線接收信號功能的AT89S52型單片機(jī)，濕度傳感器U2為WTH-215型濕度傳感器，無線發(fā)射芯片U3為XC4388型芯片。
[0020]由濕度傳感器U2及其外圍電路、無線發(fā)射芯片U3和兩個測試電極J1~J2組成的濕度傳感模塊的電路原理圖，如圖3所示。由于土壤中含有礦物質(zhì)離子，這些礦物質(zhì)離子都溶解在土壤中的水中。將兩個測試電極J1~J2插入土壤中，測試電極J1~J2之間就可以通過這些離子導(dǎo)電，兩個測試電極J1~J2之間的電阻值可表征土壤濕度的大小。由于兩級間的電阻與電壓成正比，所以通過計算兩級間的電壓可表征土壤濕度，濕度傳感器U2將插入土壤中的兩個測試電極J1~J2間的電壓數(shù)據(jù)，即土壤濕度信息，通過無線發(fā)射芯片U3發(fā)送到控制芯片Ul0無線發(fā)射芯片U3利用無線路由器9生成的wifi信號將濕度傳感器U2測定的土壤濕度信息發(fā)送至控制芯片Ul。
[0021]控制芯片Ul接收土壤濕度信息并據(jù)此控制第一電磁閥Xl和第二電磁閥X2的開啟或關(guān)閉，控制芯片Ul對第一電磁閥Xl和第二電磁閥X2的控制電路結(jié)構(gòu)相同，如圖4所示。以控制芯片Ul對第一電磁閥Xl的控制為例，控制芯片Ul的輸出端通過分壓電阻5接三極管Tl的基極，三極管Tl的發(fā)射極接地，三極管Tl的集電極接第一電磁閥Xl的一個電源控制端，第一電磁閥Xl的另一個電源控制端接+12V直流電壓源4。本實施例中，三極管Tl為2N222A型三極管。當(dāng)與三極管Tl基極相連的控制芯片Ul輸出端輸出高電平時，三極管Tl導(dǎo)通，第一電磁閥Xl開啟，系統(tǒng)執(zhí)行滲灌操作；當(dāng)與三極管Tl基極相連的控制芯片Ul輸出端輸出低電平時，三極管Tl截止，第一電磁閥Xl關(guān)閉，系統(tǒng)停止執(zhí)行滲灌操作。本實施例中，第二電磁閥X2開啟則系統(tǒng)通過真空泵10向外排澇，第二電磁閥X2關(guān)閉則系統(tǒng)停止向外排澇。
[0022]本實施例的工作過程如下:
1.鋪設(shè)滲灌網(wǎng)管
2014年10月10日，申請人在河北省滄州市東光縣大單鎮(zhèn)辛店村選取一面積為225m2的長方形地塊作為試驗田，試驗田土質(zhì)為沙性加少許紅土。在平整土地后，使用機(jī)械在試驗田上開溝，東西開溝17條，南北開溝2條，溝深45cm，行距90cm，全長200m。開溝完成后在溝底鋪設(shè)滲灌網(wǎng)管7，滲灌網(wǎng)管7全長210m。鋪設(shè)滲灌網(wǎng)管7時應(yīng)當(dāng)盡量使?jié)B灌網(wǎng)管7平