基本信息
- 項目名稱：
- 基于虹吸原理及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的滲透灌溉法
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本方法將虹吸滲透與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，對農(nóng)業(yè)灌溉智能化、精確化起到推動作用。通過對新的灌溉方式的嘗試，發(fā)明了虹吸灌溉管，實現(xiàn)了節(jié)水灌溉和作物濕度保持。依據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的FAO-56模型精確估算作物需水量，實現(xiàn)了按需灌溉。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)工作者能夠隨時隨地以更為精細的方式管理生產(chǎn)，從而達到“智慧”農(nóng)業(yè)的水平。
- 詳細介紹：
- 本灌溉方法包括作物端、片區(qū)監(jiān)控端、服務(wù)器端和遠程終端四個部分。其中，作物端由單片機控制傳感器采集田間溫濕度數(shù)據(jù)，控制田間灌溉；片區(qū)監(jiān)控端負責(zé)接收、更新田間實時數(shù)據(jù)，并在軟件上進行監(jiān)控、操作，完成數(shù)據(jù)上傳；服務(wù)器端用于接收片區(qū)監(jiān)控端上傳的數(shù)據(jù)，起到信息平臺的作用；遠程終端可對田間實時情況進行監(jiān)測，并進行灌溉操作。 系統(tǒng)采用虹吸原理進行滲透灌溉，可有效利用虹吸原理，對農(nóng)作物進行灌溉補水。更為重要的是，本灌溉方法可以根據(jù)蓄水池高度、自制虹吸管規(guī)格、以及灌溉規(guī)劃，使農(nóng)作物生長在特定合適的濕度范圍內(nèi)，有效地節(jié)約水資源，達到精確農(nóng)業(yè)的要求。 為指導(dǎo)用戶進行科學(xué)灌溉，系統(tǒng)采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦FAO-56參考作物需水量（ET0），結(jié)合作物系數(shù)(KC)，估算出作物每日的需水量(ETC)。系統(tǒng)依據(jù)作物需水量進行灌溉，灌溉時測定土壤水分脅迫指數(shù)（KS）,使植物始終保持在良好灌溉情況下。 作物端和片區(qū)監(jiān)控端通過一對2.4GHz無線模塊進行單片機間數(shù)據(jù)互傳；服務(wù)器通過Socket通信從片區(qū)監(jiān)控端接收作物信息，運用FileStream類實現(xiàn)的方法將數(shù)據(jù)寫入轉(zhuǎn)發(fā)文件；遠程終端為基于云計算技術(shù)的web終端。從而建立了智能手機、手持設(shè)備、獨立顯示設(shè)備和計算機的統(tǒng)一監(jiān)控平臺。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用，使異地監(jiān)控實時、方便。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1、目的：我國是一個水資源貧乏的國家，農(nóng)業(yè)的自動化水平低，浪費嚴重。因此我們萌發(fā)出利用虹吸原理制作了高節(jié)水型虹吸管的想法，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計適用該灌溉方法，實現(xiàn)精準灌溉。 2、基本思路： 系統(tǒng)采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦FAO-56參考作物信息，依據(jù)作物測定土壤水分脅迫指數(shù)，實現(xiàn)按需灌溉，減少浪費。 本灌溉方法采用虹吸原理進行滲透灌溉，自制虹吸灌溉管，可有效地對農(nóng)作物進行灌溉補水，保證土壤的濕度保持在適宜范圍內(nèi)。 在設(shè)施大棚中應(yīng)用傳感器獲得大棚中農(nóng)作物的土壤溫濕度和空氣溫濕度，并通過通信模塊傳送給片區(qū)監(jiān)控端；片區(qū)監(jiān)控端與電腦相聯(lián)，將信息上傳到服務(wù)器；系統(tǒng)遠程終端包括電腦端和移動手機端，連接服務(wù)器獲取農(nóng)田信息，進行灌溉操作。 3、創(chuàng)新點： 基于虹吸原理的滲透灌溉法研究。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用。 基于無線傳感器的智能灌溉設(shè)計。 4、技術(shù)關(guān)鍵：虹吸管的設(shè)計和制作：應(yīng)用虹吸原理，設(shè)計虹吸灌溉管，保證灌溉連續(xù)、可控；土壤含水量在線自動檢測：利用土壤水分傳感器獲取容積含水率；農(nóng)作物需水量估算：系統(tǒng)采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦FAO-56參考信息，依據(jù)作物需水量進行灌溉；低成本低功耗的農(nóng)用物聯(lián)網(wǎng)終端模塊：系統(tǒng)終端采用太陽能供電、射頻通信，支持多終端、多節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸，具有很高的移植性。 5、主要技術(shù)指標：節(jié)水率：30%-50%；濕度控制精度：±5%；無線模塊最遠通信距離：空曠地帶400m；無線模塊信道：2.4GHz；通信延遲：<20s
科學(xué)性、先進性
- 一、利用虹吸原理節(jié)約用水：毛細導(dǎo)管緩慢持續(xù)灌溉，可用于濕度保持，增加土壤濕度的時間均勻性。本實驗中采用的灌溉模式完全擺脫了水泵等動力裝置，利用虹吸引水實現(xiàn)灌溉。 二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚中的應(yīng)用：系統(tǒng)采用了高精度傳感器，采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩綦娔X。服務(wù)器將各個監(jiān)測點和控制端連成網(wǎng)絡(luò)。手機和電腦終端可隨時隨地的監(jiān)控。從傳感器獲得的海量信息經(jīng)過分析、加工和處理，結(jié)合農(nóng)作物種類和生長階段，對植物需水評估。系統(tǒng)經(jīng)過邏輯運算，連接田間終端，控制灌溉儲水池水量，從而實現(xiàn)科學(xué)灌溉。本系統(tǒng)各節(jié)點數(shù)據(jù)可通過圖表實時顯示，導(dǎo)出excel格式文件、數(shù)據(jù)曲線，便于科學(xué)分析，可以用更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)，達到“智慧”狀態(tài)。 三、利用智能感知技術(shù)的農(nóng)業(yè)大棚精準管理:智能感知技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)大棚，實現(xiàn)按需灌溉，保證了作物生長在最適宜的環(huán)境，節(jié)約水資源，促進作物生長發(fā)育。經(jīng)過多個生長周期的統(tǒng)計，可對特定植物需水特性提供精確、完整的數(shù)據(jù)，為以后的進一步的研究提供理論和實踐依據(jù)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 本作品可通過實物產(chǎn)品、模型、現(xiàn)場演示、圖片以及錄像的形式展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：本系統(tǒng)分為作物端、片區(qū)監(jiān)測端、服務(wù)器端和遠程終端四個模塊。作物端放置于田間，用于采集實時數(shù)據(jù)。服務(wù)器端用于數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，完成數(shù)據(jù)上傳。遠程終端可對大棚農(nóng)作物生長環(huán)境進行監(jiān)測和操作。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：1、系統(tǒng)借鑒了聯(lián)合國糧農(nóng)組織FAO-56通過對環(huán)境綜合分析，得出灌溉需水量，科學(xué)準確。2、毛細導(dǎo)管緩慢持續(xù)灌溉，可用于濕度保持，增加土壤濕度的時間均勻性，避免了作物水分脅迫的發(fā)生。3、導(dǎo)管中的水直接滲透至土壤中，避免了傳統(tǒng)漫灌中水分的流失和蒸發(fā)；4、虹吸引水節(jié)省了利用水泵引水的電能消耗。5、微控制器智能控制灌溉過程，保持土壤濕度在恒定范圍。 6、遠程監(jiān)控方便，用戶體驗好。 適應(yīng)范圍：可用于農(nóng)田科學(xué)灌溉，尤其是干旱地區(qū)經(jīng)濟型作物的節(jié)水灌溉。 市場分析：售產(chǎn)品操作復(fù)雜繁瑣。本作品操作直觀簡便，易于在農(nóng)田尤其是農(nóng)業(yè)高科技大棚中示范推廣。 經(jīng)濟效益預(yù)測：農(nóng)業(yè)大棚推廣使用本系統(tǒng)后，既可以節(jié)水、節(jié)能、減少工作量，又可以保證作物生長在最適宜的環(huán)境下，獲得更好的經(jīng)濟收益。
同類課題研究水平概述
- 節(jié)水灌溉產(chǎn)品現(xiàn)狀 中國從事節(jié)水灌溉產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)普遍存在著技術(shù)力量薄弱、產(chǎn)品科技創(chuàng)新投入不足的突出問題。國內(nèi)只有不到5％的從事節(jié)水灌溉產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)擁有自己的產(chǎn)品研發(fā)機構(gòu)或與科研院所及高等院校聯(lián)合建有相對固定的研發(fā)實體。 目前國內(nèi)常用的灌溉技術(shù)包括：渠道防滲技術(shù)、低壓管道輸水技術(shù)、噴灌技術(shù)和微灌技術(shù)等。其中微灌技術(shù)是新型高效用水灌溉技術(shù)，它比普通土渠減少60％～90％的輸水損失。在我國，渠道輸水是農(nóng)田灌溉的主要方式，渠道防滲灌溉面積占節(jié)水工程總面積的50％以上。 國內(nèi)目前缺乏針對 虹吸滴灌 當(dāng)前國內(nèi)虹吸灌溉仍然處于研究和實驗階段，未能產(chǎn)生成熟的灌溉方式。 物聯(lián)網(wǎng) 當(dāng)前世界各國都投入了大量的人力和物力開展物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研究，也取得了很多成績．丹麥運輸公司采用IBM的傳感器技術(shù)允許園藝供應(yīng)鏈中的參與者跟蹤鮮花和盆栽植物的運輸進度(從種植者到批發(fā)商，到零售商，遍及歐洲40個國家)．整條運輸鏈的各方公司都可以利用傳感器對運輸?shù)臈l件和氣候進行跟蹤，使運輸過程更加透明。英國的Pachube允許給現(xiàn)實世界和虛擬世界中的物品、設(shè)備、建筑和環(huán)境添加標簽，并分享即時傳感器信息。 我國在物聯(lián)網(wǎng)方面也展開研究，并取得了很好的成果。無錫傳感網(wǎng)中心的傳感器產(chǎn)品在上海浦東國際機場和上海世博會被成功應(yīng)用，這套設(shè)備由lO萬個微小的傳感器組成，散布在墻頭墻角墻面和周圍道路上。傳感器能根據(jù)聲音、圖像、震動頻率等信息分析判斷，爬上墻的究竟是人還是貓鼠等動物。遠望谷開發(fā)的完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的XC型鐵路車號自動識別系統(tǒng)已成功應(yīng)用于中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)，在鐵路貨車使用費用清算中實現(xiàn)了精確統(tǒng)計貨車數(shù)量；消除了鐵路運輸調(diào)度管理的盲區(qū)，提高列車正點率。然而我國當(dāng)前在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上做的工作還比較少，本作品結(jié)合傳感器移動網(wǎng)絡(luò)與智能手機實現(xiàn)了對農(nóng)田的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，對于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉、產(chǎn)品推廣都有相當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)意義。
