温室精细灌溉自动控制系统及其应用分析

文章针对温室灌溉自动化程度低、灌溉模式落后、植株吸水性差等问题,以单片机为核心模块,利用传感器实时采集土壤含水量,设计精准灌溉自动控制系统,并围绕系统组成、试验结果、分析内容,探究了温室精细灌溉自动控制系统及其应用情况。试验表明,当温室灌溉控制系统响应满足设计值时,土壤的平均水分占比约为70.5%,满足温室作物生长环境需求,具有良好的实用性和控制精度。     

土壤水势控制在农业灌溉应用中的研究进展

土壤水势控制在灌溉水资源高效利用以及精确灌溉控制系统等领域发挥着重要的作用,从土壤水势控制灌溉技术在节水灌溉、水土资源化利用和精确灌溉自动化系统中的应用等方面总结了国内外基于水势控制灌溉技术应用的研究进展.根据不同水势控制灌溉下的作物生理指标制定相应的土壤水势范围控制灌溉,一方面可以用于节水灌溉,获得较高的作物产量、质量和灌溉水利用效率;另一方面可以快速高效的制定咸水和盐碱土资源化利用中作物的灌溉制度;而土壤水势与作物需水的密切关系、土壤水势传感器的精确响应和传输则为精准灌溉提供了理论与技术支持.最后指出土壤水势控制应用与发展所面临的问题并展望了未来的发展方向.     

城市草坪需水量模糊控制系统研究

为达到适时适量灌溉的目标,利用联合国粮农组织(FAO)推荐的彭曼一蒙特斯公式对参考作物蒸腾量进行逐日推算,以作物蒸腾量及土壤含水量为输入量,灌水量为输出量,使土壤含水量保持在预定范围为目标建立作物需水量模糊控制系统.以北京地区为例对作物需水量计算系统进行了测试,在测试期内,土壤含水率保持在预定范围内.同时考虑了降雨影响,避免降雨时灌溉.     

基于作物蒸散量模型的新型滑盖温室智能灌溉系统设计

为了解决温室大棚的精准灌溉问题,设计一套基于修正后的Penman-Monteith方程计算作物灌溉量的智能灌溉系统。系统选用光照传感器、温湿度传感器,土壤水分传感器采集温室大棚环境参数,由数据采集器传送至上位机,利用灌溉模型计算出作物不同生长期的蒸散量,并将蒸散量换算成灌溉量,通过上位机发出灌溉命令,控制恒压变频控制器的运行和电磁阀的启闭。远程操作系统采用GPRS与基地控制系统连接,实现参数设置、实时数据显示和查询以及控制灌溉模式。试验结果表明,该系统能够实现精准灌溉自动控制,系统稳定可靠,操作方便,适用于温室大棚精准灌溉。     

土壤水分特征曲线在作物非充分灌溉适宜水分下限确定中的应用

SPAC系统中水总是从水势高处流向水势低处,土壤水势的高低是影响植物根系吸水速率的主要因素。相对于土壤含水量来说,用土壤水势作作物非充分灌溉的下限指标更具科学性,更利于水分下限指标的推广应用。试验结果表明,对于整个生育期来说,-200 kPa是比较适宜的大棚番茄土壤水势下限。在这一指标的推广过程中,须先测定当地土壤水分特征曲线,并从曲线上找出该适宜水势对应的土壤含水量,通过控制土壤含水量达到控制土壤水势的目的,从而实现精量灌溉。     

温室集雨及低压自渗灌溉可行性研究

通过温室棚面集雨试验,及室内模拟渗灌试验,将温室棚面收集的雨水汇于地上蓄水池,利用池中水面与地下渗灌管的相对高差作为供水压力,探讨了对温室作物根区土壤进行低压微渗灌溉的可行性.结果表明,棚面径流系数fmk达0.898 9,集雨量基本上能满足温室一年三茬作物种植的需水量;在蓄水箱所能提供的供水压头范围内,基本能满足均匀供水的需要.     

滴灌葡萄的双线源水分分布特征及计划湿润层深度计算研究

通过葡萄的大田试验,分析了不同灌水量下滴灌双线源的土壤水分分布特征和湿润范围,并得出了适宜滴灌葡萄的土壤计划湿润层深度。结果表明:在灌水定额分别为0.40、0.67、1.11、1.60m3/hm2时,湿润宽度与灌水定额存在较好的对数函数关系。土壤含水量达到田间持水率、土壤最小含水率的土体范围随着灌水定额的增加而扩大。线源处土壤含水量在深度为0～30cm范围内达到一个最大值。根据水量平衡方程,利用代入法反算出滴灌葡萄适宜的土壤计划湿润层深度为0.3m,为滴灌技术的设计和灌溉制度决策提供了一定的依据。     

负水头灌溉系统供水规律研究

为了总结负水头灌溉系统的供水规律,进行了负水头灌溉与常规灌溉条件比较下栽培番茄实验,分析了负水头灌溉系统不同吸力值下的土壤含水率动态变化,同时分析了负水头灌溉与常规灌溉耗水量以及植株蒸腾的差异。结果表明:负水头灌溉系统运行稳定,能做到适时适量自动为作物提供水分,适当提高作物的蒸腾速率;负水头灌溉系统能通过调节吸力值的大小来精确持续控制土壤含水量的变化,且土壤含水量时间与空间分布波动都较小,表现出良好的灌水均匀性;负水头灌溉系统能有效地减少土壤渗漏,避免了土壤水分的过度波动,番茄耗水量要小于常规灌溉,节水效果良好。     

农田灌溉自动化雨水回收装置系统设计与试验

为了做到对水资源的节约和二次利用,研发与设计出适用于农田灌溉的自动化雨水回收装置系统显得非常关键。为此,通过搜集、查阅与梳理大量的国内外相关研究论著与文献资料,以农田作为主要对象,采用文献资料法、系统分析法等方法对灌溉农田的新型自动化雨水回收装置进行了科学设计和分析,并利用太阳能板蓄电池当作发电装置,根据能量转化与压力传感器等原理,运用PLC电路智能控制农田灌溉的自动化雨水回收装置,发挥出雨水的净化、存储以及灌溉的作用,并且依靠科学的论证和定量的计算分析,凸显出此自动化雨水回收装置的节能效应。同时,选用石英砂、陶瓷膜等低能耗与成本的材料,确保使用周期更长,实现水资源的节约目的。试验结果表明:该系统完成了雨水的净化与自动控制,运用基于远程监控技术的安全报警装置,达到智能化控制效果,具有良好的实用价值,有利于提高我国在灌溉农田自动化雨水回收装置方面的设计水平。     

土壤水分对温室黄瓜生长与光合特性的影响

水分是影响黄瓜生长发育的重要因子.以温室盆栽黄瓜为试验材料,研究了不同土壤含水量对温室黄瓜生长与光合特性的影响.结果表明:温室黄瓜在土壤含水量较高时,株高和产量增长较快,随着土壤含水量降低,叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶水势均下降.考虑到温室内湿度大,当土壤含水量为21.36%(波动范围在±0.2%)时,效果最好,可以作为合理灌溉的依据.     

主从分布式温室环境参数测控系统

根据农村温室大棚环境参数测控实际需要,设计了一套PC机主从控制的分布式测控系统.该系统由PC机、土壤含水率测控模块、温湿度和CO<,2>测控模块以及相应的电磁阀、电动机和风机、水箱、渗灌管网等构成.PC机数据存储量大,便于使用模糊控制专家系统,利用组态王开发PC机软件,提高了系统的可靠性,并大大缩短了开发周期,人机交互界面友好.各从机测控模块采用AT89系列单片机、传感器、继电器等构成,根据需要选择不同模块通过RS4.85总线挂接在PC机上,实现温室的分区分块控制.     

基于作物蒸散量模型的智能化滴灌控制系统研究

为解决中小规模温室大棚的滴灌问题,设计出一套由作物蒸散量模型计算作物灌溉量的智能化滴灌控制系统。系统采用温湿度传感器测量不同高度上的温湿度差,利用波文比-能量平衡法计算出作物的蒸散量,并将蒸散量换算为灌溉量,通过单片机设定程序控制电磁阀的开关时间即控制灌溉量多少。对比试验证明,该方法方便、可靠,可应用于温室大棚的精确灌...     

基于物联网技术的设施农业智能管理系统

该文以设施农业中的温室作为研究对象,运用物联网技术,实时远程获取温室内部的空气温湿度、土壤水分、土壤温度、CO2浓度、光照强度及视频图像等参数信息,通过WSN和GPRS网络传输到上位机的设施农业智能管理系统,可远程自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、加温补光等设备,保证温室内环境最适宜作物生长,从而实现温室的集约化、智能化管理,有效降低劳动强度和生产成本,减少病害发生,提升农产品品质和经济效益。      

基于分段多区间的温室夏季温湿度智能控制策略

温室环境调控能有效改善作物生产条件,为有效针对温室温度相对湿度进行精准调控,设计了一种基于物联网的温室智能监控系统,分别进行了降温、除湿、增湿和无设备运行4种处理下的试验,构建了温室无设备运行状态下温度和相对湿度变化的数学模型,通过对比同一条件下无设备运行状态的模拟值与设备调控后的实测值,定量分析出不同设备的调控能力。提出了根据作物需求分时间段、根据设备调控能力分温度区间的分段多区间温湿度调控方法,并进行了试验验证。结果表明：分段多区间控制策略可以有效地调控温度和相对湿度,全天59.46%时间内的温度处于适宜区间中,全天6680%时间内的相对湿度处于适宜区间中;设备运行稳定且未造成设备频繁启闭。分时间段多温度区间控制策略结合智能控制系统可实现远程自动控制。     

不同灌溉方式下温室湿度变化及对青椒生长的影响

以土壤含水率下限作为灌水控制指标,即60%~70%占田持,灌水定额为15 mm,研究了小管出流、渗灌、滴灌与沟灌4种灌溉方式下温室内湿度的变化趋势以及对青椒生长情况的影响,并分析了不同灌溉方式下的作物病虫害发病率以及灌溉方式和温室内大气湿度的相关性。结果表明,灌溉方式和温室内大气湿度相关性显著,不同灌溉方式下的湿度差异明显,其中渗灌条件下温室的大气湿度最低。温室内温度和湿度呈异步变化,当温室温度控制在25~28℃范围内,可使温室内的湿度保持在低水平范围内,减少病虫害发生。渗灌条件下作物病虫害的发生率最小,与小管出流较接近,比沟灌降低约35%;而且渗灌条件下青椒的产量最高,为34650 kg/hm2。滴灌、渗灌和小管出流较沟灌增产分别为17%、39%、34%。     

温室膜下滴灌条件下黄瓜需水规律研究

根据试验区温室黄瓜生育期环境因子实测资料,采用土壤水量平衡原理模拟了黄瓜生育期土壤含水量的变化过程,以模拟计算的土壤含水率与实际测试的土壤含水率的误差平方和最小为目标函数来确定温室膜下滴灌条件下的作物系数和作物需水量。结果表明,黄瓜生长期土壤含水率的模拟值和实测值较为吻合,两者相对误差在10%以内。作物系数在生长前期是逐渐变大,在作物生长旺盛时期作物系数达到最大值,随后逐渐减小,与作物叶面积指数的变化规律一致。温室黄瓜需水量在生长期的前期随时间的变化幅度较小,变化为1.5~3.5mm/d;中期随时间的变化幅度较大,变化为0.2~7.5mm/d;后期随时间的变化幅度又变小,变化为3.5~7.2mm/d。     

温室灌溉控制策略研究进展

灌溉是温室生产中的一个重要环节,不合理的灌溉控制方法会造成水资源的浪费。通过对温室灌溉控制策略的发展和应用情况进行综述,从基于蒸腾模型、土壤/基质湿度传感器、作物特性3个方面阐述当前温室生产中灌溉控制策略的研究进展。针对用于制定灌溉控制策略的不同蒸腾模型分析对比各自优缺点和适用条件;针对常见湿度传感器,分析其测量原理并讨论具体应用;从形态学和生理两个角度对基于作物特性的灌溉控制测量进行分类讨论。最后,对当前温室灌溉控制策略从控制策略融合度、灌溉控制策略与灌溉控制装备匹配度和泛化性以及普适性方面进行总结和展望,通过分析展望发现土壤水分传感器和植物信息传感器很有发展前景。在未来的发展中,灌溉控制策略与灌溉控制装备的发展将会不断交互融合,温室节水灌溉控制技术的发展趋势必定向着更高效、更简便以及更智能化的方向发展。     

基于K-means聚类算法的草莓灌溉策略研究

为进一步提高日光温室封闭式栽培下草莓灌溉水肥利用率,研究了基质含水率和温度影响下的草莓灌溉策略优化方法。采用土壤水分传感器对草莓果期基质含水率进行实时监测,通过对基质含水率随时间变化的规律分析,并结合日平均温度进行K-means聚类分析,提出一种草莓优化灌溉策略。试验结果表明,灌溉第1阶段基质含水率快速上升,在灌溉结束时达到峰值,每次灌溉基质含水率平均提高21.5个百分点;第2阶段快速下降,在20 min内基质含水率平均下降3.5个百分点;第3阶段变化趋于平稳,在30 min内基质含水率平均下降1.2个百分点。在每个灌溉周期内,含水率呈线性下降趋势,在整个果期内,其斜率随日平均温度的升高逐渐增加,由0.0114增加至0.0365。研究结果表明,根据基质含水率变化和日平均温度区间进行定量灌溉,理论上果期每株草莓仅需要4.51 L水,可节水15.4%,该方法能有效提高水肥利用率,实现节水节肥。     

温室膜下滴灌条件下黄瓜经济灌溉制度及其下限值的研究

以温室黄瓜为试验材料,采用膜下滴灌,对最适宜作物生长的温度、水分胁迫指数和干物质转化因子3个作物生长模型参数进行了率定,并以此为依据分析确定了膜下滴灌黄瓜的经济灌溉制度。结果表明:采用经济灌溉制度比实际灌水有显著的增产增收效果,产量和效益分别增加2.54t/hm~2和2.36万元/hm~2,节约灌溉水量7.59%;在经济灌溉条件下灌水前土壤含水率(0~60cm)随时间的变化幅度较作物生长期土壤含水率的变化幅度小得多,取各次灌水前土壤含水率的平均值作为作物经济灌溉的灌水下限值,对于本研究中的黄瓜,其值为0.240。按照该灌水下限值灌水,可使温室膜下滴灌黄瓜单位面积的灌溉效益最大。     

温室番茄最适宜生态环境管理指标的研究

在湖北省鄂州节水示范基地展开试验研究,利用LPS-05型植物生长检测仪对温室番茄的生理状况及室内环境进行实时监测,定性分析番茄主要器官(茎、叶)对室内温湿环境所响应的微动态变化,以作物自身生理状况为参考标准,确定了适宜番茄生长的温室环境指标。番茄茎粗生长最优的临界夜间最低温度为17.8℃;2类典型天气条件下叶表面露水汽化时间分别为09:30(晴)和11:30(阴雨),均比空气滞后1h;在充分灌水条件下,温室番茄发生水分胁迫时空气饱和水汽压差的临界值约为2.7kPa。