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一种封闭式 无土栽培自动 灌溉控制方法及系统

阅读：348发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法：a.设定Vth，VD0；第一次对无土栽培基质灌溉营养液的量为VIR1＝Vth+VD0；b.计算出VC1，ec1，SR；c.随着时间t的变化，当t＜Tmax时，判断SR＝IR1·Vth是否成立，开始第二次灌溉；如果达到Tmax时间，仍然SR＜IR1·Vth，则开始第二次灌溉。本发明综合考虑了作物蒸腾和基质内的盐分富集情况，既能实现按照作物需求进行营养液的灌溉，又能根据基质内盐分富集情况调整灌溉量，对基质进行淋洗，防止基质内盐分含量过高影响作物的生长。，下面是一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法，其特征在于：
a.设定作物耗水量阈值Vth，超量灌溉值VD0，其中VD0＝0.1～0.3Vth，连续两次灌溉最大时间间隔Tmax，从基质中排出的多余营养液电导率阈值ECDth；控制灌溉执行器第一次对无土栽培基质灌溉营养液的量为VIR1＝Vth+VD0；
b.检测第一次灌溉后，无土栽培基质排出营养液的体积VD1，电导率ECD1；计算出第一次灌溉后无土栽培基质实际得到的营养液体积VC1＝VIR1-VD1，及第一次排出营养液电导率值ECD1与设定的排出营养液电导率阈值ECDth的差值比例ec1＝(ECD1-ECDth)/ECDth；检测大棚内太阳光辐射量R，计算太阳辐射总量根据无土栽培基质实际得到的营养液体
积及太阳辐射总量计算出作物蒸腾量随太阳辐射的变化比率IR1＝SR/VC1；
c.随着时间t的变化，当t＜Tmax时，判断SR＝IR1·Vth是否成立，如果不成立，则随着时间t的变化，继续判断SR＝IR1·Vth是否成立，如果在小于Tmax时间内，满足SR＝IR1·Vth，开始第二次灌溉，第二次灌溉量VIR2＝VIR1·(1+μ)，其中μ＜0.4；如果达到Tmax时间，仍然SR＜IR1·Vth，则开始第二次灌溉，灌溉量等于VIR1；
d.第三次灌溉时间点及量相较于第二次灌溉时间点及量的计算重复以上步骤第二次灌溉时间点及量相较于第一次灌溉时间点及量的计算，以后灌溉时间点及量的计算以此类推。
2.根据权利要求1所述的封闭式无土栽培自动灌溉控制方法，其特征在于：步骤c中参数μ的确定，当该次灌溉中排出营养液电导率值ECD1与设定的排出营养液电导率阈值ECDth的差值比例ec1＜0.1时，μ＝0；当ec1＝0.1时，μ＝0.1；当0.1＜ec1≤0.2时，μ＝0.2；当0.2＜ec1≤0.3时，μ＝0.3。
3.根据权利要求1所述的封闭式无土栽培自动灌溉控制方法，其特征在于：步骤a中，VD0＝0.2Vth。
4.一种封闭式无土栽培自动灌溉控制系统，其特征在于：设置光辐射传感器测定大棚内太阳光辐射量R，设置EC值传感器测定无土栽培基质中排出营养液的电导率值ECDi，设置排水量传感器测定无土栽培基质中排出营养液的体积VDi；所述光辐射传感器、EC值传感器和排水量传感器与控制器电连接，将所测得的参数传输到控制器；控制器根据如权利要求
1-3所述的任意一项方法，按时按量控制灌溉执行器对无土栽培基质进行灌溉。

说明书全文

一种封闭式无土栽培自动 灌溉控制方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及农业灌溉领域，尤其涉及一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法及系统。

背景技术

[0002] 当前无土栽培发展较快，无土栽培是以草炭、岩棉、珍珠岩、蛭石等固体基质代替土壤，并利用营养液进行水分和养分供给的一种栽培方式。无土栽培之前多用于育苗，但是由于无土栽培所用的基质干净卫生，避免了土壤栽培模式中最易出现的土传病害问题的发生，所以今年来在设施农业中得到迅速的发展。

[0003] 和土壤栽培不同，无土栽培所使用的基质本身不含或极少量的含有营养元素，作物生长所需的营养需要依靠营养液进行供给，所以营养液的灌溉是无土栽培种的一个重要环节。而当前无土栽培技术中，灌溉的控制基本还是按照土壤栽培中的灌溉控制模式：或者是定时灌溉，即事先规定好灌溉时间表，定时开始，定时结束；或者是根据传感器数据进行灌溉，即通过插入或埋入基质里的湿度传感器实时检测基质湿度的变化，达到某一设定值时进行灌溉，根据传感器的检测数据确定灌溉停止时间；或者是根据作物蒸腾量进行灌溉，即根据特定的计算公式进行作物蒸腾量的计算，当达到某一设定值时进行灌溉，并根据计算数据确定灌溉量的大小。

[0004] 以上所述多种灌溉控制模式都是按照土壤栽培的灌溉思路执行的，即由控制器根据时间表、传感器或蒸腾计算模型进行灌溉控制，它们都忽略了一个重要的问题：与土壤栽培不同，无土栽培所用的基质都是放置在一个固定的容器中，或者是栽培槽，或者是基质袋，或者是花盆，基质是处于一个容量有限的封闭式环境中；作物生长所需养分需要依靠营养液提供，作物通过蒸腾作用将水分以蒸汽状态散失到空气中，其无法吸收的营养元素就会存留在基质中，造成盐分的积累，当盐分积累到一定程度后，就会影响作物根系的呼吸和代谢活动，导致作物生长受到影响。所以，无土栽培过程中，营养液的灌溉是需要根据作物的生长、环境的变化以及基质内盐分的积累情况不断进行动态调整的，而当前无土栽培中所使用的自动灌溉控制方法或系统却很少考虑这一问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法系统，解决现有无土栽培灌溉方法或系统都是按照土壤栽培的灌溉思路执行的，会造成影响作物根系的呼吸和代谢活动，导致作物生长受到影响的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，发明采用如下技术方案：

[0007] 本发明一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法，

[0008] a.设定作物耗水量阈值Vth，超量灌溉值VD0，其中VD0＝0.1～0.3Vth，连续两次灌溉最大时间间隔Tmax，从基质中排出的多余营养液电导率阈值ECDth；控制灌溉执行器第一次对无土栽培基质灌溉营养液的量为VIR1＝Vth+VD0；

[0009] b.检测第一次灌溉后，无土栽培基质排出营养液的体积VD1，电导率ECD1；计算出第一次灌溉后无土栽培基质实际得到的营养液体积VC1＝VIR1-VD1，及第一次排出营养液电导率值ECD1与设定的排出营养液电导率阈值ECDth的差值比例ec1＝(ECD1-ECDth)/ECDth；检测大棚内太阳光辐射量R，计算太阳辐射总量根据无土栽培基质实际得到的营养液体积及太阳辐射总量计算出作物蒸腾量随太阳辐射的变化比率IR1＝SR/VC1；

[0010] c.随着时间t的变化，当t

[0011] d.第三次灌溉时间点及量相较于第二次灌溉时间点及量的计算重复以上步骤第二次灌溉时间点及量相较于第一次灌溉时间点及量的计算，以后灌溉时间点及量的计算以此类推。

[0012] 进一步的，步骤c中参数μ的确定，当该次灌溉中排出营养液电导率值ECD1与设定的排出营养液电导率阈值ECDth的差值比例ec1<0.1时，μ＝0；当ec1＝0.1时，μ＝0.1；当0.1

[0013] 再进一步的，步骤a中，VD0＝0.2Vth。

[0014] 一种封闭式无土栽培自动灌溉控制系统，设置光辐射传感器测定大棚内太阳光辐射量R，设置EC值传感器测定无土栽培基质中排出营养液的电导率值ECDi，设置排水量传感器测定无土栽培基质中排出营养液的体积VDi；所述光辐射传感器、EC值传感器和排水量传感器与控制器电连接，将所测得的参数传输到控制器；控制器根据如上述的任意一项方法，按时按量控制灌溉执行器对无土栽培基质进行灌溉。

[0015] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

[0016] 当前用于封闭式无土栽培模式中的灌溉控制系统和方法基本很少考虑根据基质内盐分富集情况调整灌溉量，一般都是采用定时灌溉的方式，少数根据作物蒸腾进行灌溉的也只是根据蒸腾量进行营养液的补充和灌溉。本发明所阐述的“一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法及系统”根据作物蒸腾和基质内盐分积累情况，灵活有效的实现变量灌溉；根据从基质中农排出的多余的营养液的EC值，反映基质内盐分富集情况，并根据该值进行灌溉量的调整；根据太阳光照辐射计算作物蒸腾量，并根据太阳光照辐射积累量确定何时需要进行灌溉；即综合考虑了作物蒸腾和基质内的盐分富集情况，既能实现按照作物需求进行营养液的灌溉，又能根据基质内盐分富集情况调整灌溉量，对基质进行淋洗，防止基质内盐分含量过高影响作物的生长。
附图说明

[0017] 下面结合附图说明对发明作进一步说明。

[0018] 图1为本发明封闭式无土栽培自动灌溉控制方法控制流程图；

[0019] 图2为本发明封闭式无土栽培自动灌溉控制系统结构示意图；

具体实施方式

[0020] 封闭式无土栽培模式中，非常重要的一个灌溉原则就是要考虑栽培基质内盐分富集情况，避免因为盐分含量过高而影响作物的正常生长。一般情况下，土壤或基质内盐分含量通过电导率值EC来反映，所以检测其EC值是应用封闭无土栽培的一个重要条件，现有的EC传感器直接测量基质内的EC值准确度相对不高，且单个位置的EC值也无法全面反映基质整体的盐分积累情况；封闭式无土栽培模式中，为了充分供给作物生长所需营养，同时避免基质内盐分的富集，一般采用的灌溉方法是按照一定比例超量供给作物生长所需的营养液，通过这种方式可以将基质内积累的盐分淋洗出一部分，从基质中排出来的多余营养液可以进行回收利用。因此，可以通过检测排出营养液的EC值来反映基质内盐分的积累情况。此外，封闭式无土栽培一般应用于温室种植，作物营养液的消耗主要通过蒸腾作用实现，而温室环境内影响作物蒸腾作用的最重要的参数就是太阳光辐射强度，所以，可以根据太阳辐射强度来控制灌溉行为的实施。

[0021] 如图1所示，一种封闭式无土栽培自动灌溉控制方法的具体实施方式。

[0022] 本发明根据太阳辐射强度的积累量来控制何时进行灌溉，根据从基质中排出的营养液的体积和EC值控制灌溉量，具体控制流程如下：

[0023] 1.设定作物耗水量阈值Vth，超量灌溉值VD0，其中VD0＝0.2Vth，连续两次灌溉最大时间间隔Tmax，从基质中排出的多余营养液电导率阈值ECDth。

[0024] 2.根据公式(1)得到首次灌溉量为VIR1,灌溉结束后，测量排出营养液的容量VD1，电导率ECD1；根据公式(2)计算本次灌溉结束后基质中实际得到的营养液量VC1，根据公式(3)计算本次排出营养液电导率值ECD1与设定的排出营养液电导率阈值ECDth的差值比例ec1，根据公式(4)计算太阳辐射总量SR，根据公式(5)计算作物蒸腾量随太阳辐射的变化比率IR1。

[0025] VIR1＝Vth+VD0 (1)

[0026] VC1＝VIR1-VD1 (2)

[0027] ec1＝(ECD1-ECDth)/ECDth (3)

[0028]

[0029] IR1＝SR/VC1 (5)

[0030] 3.判断SR＝IR1·Vth是否成立，如果不成立，继续根据公式(4)计算SR并再次判断，如果在小于Tmax时间内，满足SR＝IR1·Vth，开始第2次灌溉，灌溉量根据公式(6)得到，当ec1<0.1时，μ＝0，当ec1＝0.1时，μ＝0.1，当0.1

[0031] VIR2＝VIR1·(1+μ) (6)

[0032] VC2＝VIR2-VD2 (7)

[0033] ec2＝(ECD2-ECDth)/ECDth (8)

[0034] IR1＝SR/VC2 (9)

[0035] 4.依次类推，判断SR＝IRi·Vth是否成立，如果不成立，继续根据公式(4)计算SR并再次判断，如果在小于Tmax时间内，满足SR＝IRi·Vth，开始第i次灌溉，灌溉量根据公式(10)得到，当ec1<0.1时，μ＝0，当ec1＝0.1时，μ＝0.1，当0.1

[0036] VIRi＝VIR1·(1+μ) (10)

[0037] VCi＝VIRi-VDi (11)

[0038] eci＝(ECDi-ECDth)/ECDth (12)

[0039] IRi＝SR/VCi (13)

[0040] 如图2所示，一种封闭式无土栽培自动灌溉控制系统，安装光辐射传感器测定大棚内太阳光辐射量R，安装EC值传感器测定无土栽培基质中排出营养液的电导率值ECDi，安装排水量传感器测定无土栽培基质中排出营养液的体积VDi；所述光辐射传感器、EC值传感器和排水量传感器与控制器电信号连接，将所测得的参数传输到控制器。在控制器中利用程序根据上述的方法计算，按时按量控制灌溉执行器对无土栽培基质进行灌溉。

[0041] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，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。

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