灌溉水温调节方法与流程

1.本发明涉及灌溉技术领域，尤其涉及一种灌溉水温调节方法。


背景技术：

2.灌溉是补充作物所需水分的技术措施，将灌溉用水经泵抽送至指定区域，而作物生长的适宜温度各不同，过低或过高的灌溉水温均不利于作物生长发育。夏季常在早上灌溉以避免水温与地温相差较大，而在烈日下温度升高蒸腾加强却不能及时灌溉补充水分，造成作物因失水而萎枯。冬季则容易出现灌溉水温过低引发根系损伤，破坏细胞正常代谢功能，影响矿物质的吸收和养分的运转。
3.现有的灌溉技术开始增加水温调节功能，但大多是粗放的、功能单一的高低限值升温或降温，没有根据作物品种及其生长周期对温度的要求进行调节，没有考虑环境温度的差异，特别灌溉水温与根系温度相差太大时将对作物造成严重的伤害。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：一种灌溉水温调节方法，根据作物生长对温度的要求，以及外部环境和进水的温度变化，调节灌溉的出水温度，避免灌溉水温过高、过低以及温度差异太大对作物造成伤害。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种灌溉水温调节方法，基于水温调节装置，所述水温调节装置包括：
7.进水管道；
8.出水管道，所述出水管道的始端连接于进水管道的末端；
9.调温模块，所述调温模块连接于进水管道和出水管道之间，用于调节进水管道末端的水温；
10.灌溉喷头，所述灌溉喷头连接于出水管道；
11.液泵，所述液泵连接于出水管道；
12.第一温度传感器，所述第一温度传感器设置于作物根部附近；
13.第二温度传感器，所述第二温度传感器连接于进水管道；
14.第三温度传感器，所述第三温度传感器连接于出水管道；
15.控制器，所述控制器分别与液泵、调温模块、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器电连接；
16.所述调控方法包括以下步骤：
17.s1：通过第一温度传感器获取作物根部附近环境的第一温度信息，通过第二温度传感器获取进水管道内水的第二温度信息；
18.s2：控制器接收第一温度和第二温度信息，并根据作物生长对温度的要求，计算出所需调节的水温目标值，控制调温模块制冷或加热工作，使出水管道的水温调节至水温目标值；
19.s3：通过第三温度传感器获取出水管道内水的第三温度信息；
20.s4：将第三温度信息与水温目标值进行比对，根据比对结果，控制微调调温模块，使第三温度接近于水温目标值。
21.进一步，上述灌溉水温调节方法中，所述控制器为plc或单片机，控制器存储作物品种及生长温度的信息。
22.进一步，上述灌溉水温调节方法中，所述调温模块包括连接在进水管道和出水管道之间的第一支管和第二支管，所述调温模块还包括保温罐，所述保温罐内设有调温器，所述保温罐的进水端连接于第二支管的前段，所述保温罐的出水端连接于第二支管的后段，所述第一支管的末端、第二支管后段的末端和出水管道的始端处连接有三通阀；
23.所述调控方法中，所述s2具体为：控制器接收第一温度和第二温度信息，并根据作物生长对温度的要求，计算出所需调节的水温目标值，通过控制调温器将保温罐内的水制冷或加热至恒定水温，控制器调节三通阀的开度，使出水管道的水温调节至水温目标值。
24.进一步，上述灌溉水温调节方法中，所述调控方法中，所述s4具体为：将第三温度信息与水温目标值进行比对，根据比对结果，控制微调三通阀，使第三温度接近于水温目标值。
25.进一步，上述灌溉水温调节方法中，所述水温调节装置还包括湿度传感器，所述湿度传感器设置于作物根部附近，所述进水管道处设有电控阀，所述湿度传感器和电控阀分别与所述控制器电连接；
26.所述调控方法中，在s1之前，还包括步骤s0：通过湿度传感器获取作物根部附近的湿度信息，控制器根据湿度信息控制电控阀打开预设的时间，控制液泵打开预设的时间。
27.进一步，上述灌溉水温调节方法中，所述调温器为冷热水机。
28.本发明的有益效果在于：通过在作物根部附近设置第一温度传感器，用于感应作物根部的环境温度；通过在进水管道设置第二温度传感器，用于感应进水温度；根据作物生长对温度的要求，以及外部环境和进水的温度变化，调节灌溉的出水温度，避免灌溉水温过高、过低以及温度差异太大对作物造成伤害。
29.根据进水温度和水温目标值的固有关系直接调节调温模块调控至预设的程度，使水温高效地直接地调节至水温目标值附近，然后通过第三温度传感器对调温后的水温进行校准，再通过微调调温模块使出水的实际温度无限接近于水温目标值，从而使水温快速、准确地调节至目标值，避免在调节过久而造成前段出水温度过多偏离水温目标值而对作物造成伤害。
附图说明
30.图1为本发明具体实施方式的一种灌溉水温调节方法所涉及的水温调节装置的结构示意图；
31.图2为本发明具体实施方式的一种灌溉水温调节方法所涉及的水温调节装置的结构示意图；
32.图3为本发明具体实施方式的一种灌溉水温调节方法所涉及的水温调节装置的结构示意图；
33.标号说明：
34.1、进水管道；11、电控阀；
35.2、出水管道；
36.3、调温模块；31、第一支管；32、第二支管；33、三通阀；34、保温罐；35、调温器；
37.4、灌溉喷头；
38.5、液泵；
39.6、第一温度传感器；
40.7、第二温度传感器；
41.8、第三温度传感器；
42.9、湿度传感器；
43.10、控制器。
具体实施方式
44.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
45.请参照图1至图3，本发明具体实施方式涉及一种灌溉水温调节方法，所述水温调节装置包括：
46.进水管道1；
47.出水管道2，所述出水管道2的始端连接于进水管道1的末端；
48.调温模块3，所述调温模块3连接于进水管道1和出水管道2之间，用于调节进水管道1末端的水温；
49.灌溉喷头4，所述灌溉喷头4连接于出水管道2；
50.液泵5，所述液泵5连接于出水管道2；
51.第一温度传感器6，所述第一温度传感器6设置于作物根部附近；
52.第二温度传感器7，所述第二温度传感器7连接于进水管道1；
53.第三温度传感器8，所述第三温度传感器8连接于出水管道2；
54.控制器10，所述控制器10分别与液泵5、调温模块3、第一温度传感器6、第二温度传感器7和第三温度传感器8电连接；
55.所述调控方法包括以下步骤：
56.s1：通过第一温度传感器6获取作物根部附近环境的第一温度信息，通过第二温度传感器7获取进水管道1内水的第二温度信息；
57.s2：控制器接收第一温度和第二温度信息，并根据作物生长对温度的要求，计算出所需调节的水温目标值，控制调温模块3制冷或加热工作，使出水管道2的水温调节至水温目标值；
58.例如：第一温度为30℃，第二温度为20℃，预置作物(樱桃番茄)最佳生长温度范围为18℃～24℃，计算出所需调节的水温目标值为24℃，控制调温模块3加热工作，提高出水温度以避免出水温度和环境温度相差过大。当第一温度降到26℃，而第二温度仍为20℃时，计算出所需调节的水温目标值为20℃，进水足以满足灌溉温度要求，控制调温模块3停止工作。
59.s3：通过第三温度传感器8获取出水管道2内水的第三温度信息；
60.s4：将第三温度信息与水温目标值进行比对，根据比对结果，控制微调调温模块3，使第三温度接近于水温目标值。
61.请参照图1，由于通过调温模块3调温后，出水管道2内的水温会接近于24℃，但依然会有所偏差，此时可通过第三温度进行校准，例如检测到第三温度为25℃，则微调调温模块3，降低输出的水温，例如检测到第三温度为23℃，则微调调温模块3，提高输出的水温，直至无限接近24℃，通过该步骤，可有效提高调温的准确性。
62.作为一种可选的实施方式，所述控制器10为plc或单片机，控制器10可存储作物品种及生长温度的信息。
63.以上实施方式中，可将上述步骤通过控制程序烧写入单片机或输入plc中，使控制器10根据控制程序实现以上步骤。
64.请参照图2，作为一种可选的实施方式，所述调温模块3包括连接在进水管道1和出水管道2之间的第一支管31和第二支管32，所述调温模块3还包括保温罐34，所述保温罐34内设有调温器35，所述保温罐34的进水端连接于第二支管32的前段，所述保温罐34的出水端连接于第二支管32的后段，所述第一支管31的末端、第二支管32后段的末端和出水管道2的始端处连接有三通阀33；
65.所述调控方法中，所述s2具体为：控制器10接收第一温度和第二温度信息，并根据作物生长对温度的要求，计算出所需调节的水温目标值，通过控制调温器35将保温罐34内的水制冷或加热至恒定水温，控制器10调节三通阀33的开度，使出水管道2的水温调节至水温目标值。
66.以上实施方式中，通过将保温罐34内的水温调节至恒定水温，则决定出水温度的因素则在于进水温度和三通阀33开度，即通过进水温度和保温罐34内的水混合达到控温的目的，为了提高出水温度控制的稳定性和准确度，可尽量将保温罐34内的水温控制在于进水温度落差较大的温度值，例如进水温度(第一温度)是20℃，出水的温度(水温目标值)设定在24℃，可设置保温罐34内的水温为60-80℃，这样在调节三通阀33开度时，通过第二支管32(保温罐34所在支管)流向出水管道2的水量相对较少，调温器35能够稳定地将保温罐34内的水温控制在预设的温度，从而保证出水温度波动较小。
67.需要说明的是，在保温罐34水温保持恒定的情况下，进水水温、保温罐34内的水温以及三通阀33开度和出水水温具有固有规律，即线性规律，具体的对应关系可通过有限次实验获得，例如，将保温罐34内的水温保持在80℃，测量到的进水温度为20℃，先将三通阀33切换至水完全从第一支管31通过，此时出水水温也是20℃，然后缓慢切换三通阀33，调节从第二支管32向出水管道2的水流量从少到多，同时调节从第一支管31向出水管道2的水流量从多到少，此时出水温度缓慢升高，通过记录并存储出水温度升高过程中，每个点值所对应的三通阀33开度即可，当下次需要调节至相应出水水温(水温目标值)时，只需要读取之前存储的数据即可快速控制出水水温。
68.可通过以上方式测得的点值数据，通过数学推导出进水温度、保温罐34水温、进水温度、出水温度之间的函数关系。将得到的相应算法写入控制程序中，从而通过获取保温罐34内的水温、进水水温和出水水温目标值的情况下，就能够快速算出所需控制的三通阀33开度，进而控制实际出水温度接近于水温目标值。
69.通过调整进水温度，重复以上方式，即可获得不同进水温度下，对应出水水温所对
应的三通阀33开度。从而获得进水水温、出水水温和三通阀33开度之间的对应关系。
70.以上实施方式通过进水水温、保温罐34内的水温以及三通阀33开度和出水水温的固有规律，使得在获取进水水温的实际值以及保温罐34内的水温的情况下，能够通过控制器10相应地得到三通阀33对应的开度，从而快速控制出水水温达到预设值，能够保证灌溉水从一开始出水就能达到预设的水温，相比现有技术中先出水再调温的方式，能够有效避免在调节前出水温度偏离预设水温的问题，从而更好地保护植物，使植物在灌溉的初始阶段就获得适宜的水温。
71.作为一种可选的实施方式，所述调控方法中，所述s4具体为：将第三温度信息与水温目标值进行比对，根据比对结果，控制微调三通阀33，使第三温度接近于水温目标值。
72.请参照图3，作为一种可选的实施方式，所述水温调节装置还包括湿度传感器9，所述湿度传感器9设置于作物根部附近，所述进水管道1处设有电控阀11，所述湿度传感器9和电控阀11分别与所述控制器10电连接；
73.所述调控方法中，在s1之前，还包括步骤s0：通过湿度传感器9获取作物根部附近的湿度信息，控制器10根据湿度信息控制电控阀11打开预设的时间，控制液泵5打开预设的时间。
74.以上实施方式可根据植物目前的湿度状况自动控制灌溉的水量，具体可通过在电控阀11连接延时开关来实现。
75.作为一种可选的实施方式，所述调温器35为冷热水机。
76.以上实施方式中，冷热水机可以是电加热器、热泵或冷水机等。
77.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.灌溉水温调节方法，其特征在于，基于水温调节装置，所述水温调节装置包括：进水管道；出水管道，所述出水管道的始端连接于进水管道的末端；调温模块，所述调温模块连接于进水管道和出水管道之间，用于调节进水管道末端的水温；灌溉喷头，所述灌溉喷头连接于出水管道；液泵，所述液泵连接于出水管道；第一温度传感器，所述第一温度传感器设置于作物根部附近；第二温度传感器，所述第二温度传感器连接于进水管道；第三温度传感器，所述第三温度传感器连接于出水管道；控制器，所述控制器分别与液泵、调温模块、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器电连接；所述调控方法包括以下步骤：s1：通过第一温度传感器获取作物根部附近环境的第一温度信息，通过第二温度传感器获取进水管道内水的第二温度信息；s2：控制器接收第一温度和第二温度信息，并根据作物生长对温度的要求，计算出所需调节的水温目标值，控制调温模块制冷或加热工作，使出水管道的水温调节至水温目标值；s3：通过第三温度传感器获取出水管道内水的第三温度信息；s4：将第三温度信息与水温目标值进行比对，根据比对结果，控制微调调温模块，使第三温度接近于水温目标值。2.根据权利要求1所述的灌溉水温调节方法，其特征在于，所述控制器为plc或单片机，控制器存储作物品种及生长温度的信息。3.根据权利要求1所述的灌溉水温调节方法，其特征在于，所述调温模块包括连接在进水管道和出水管道之间的第一支管和第二支管，所述调温模块还包括保温罐，所述保温罐内设有调温器，所述保温罐的进水端连接于第二支管的前段，所述保温罐的出水端连接于第二支管的后段，所述第一支管的末端、第二支管后段的末端和出水管道的始端处连接有三通阀；所述调控方法中，所述s2具体为：控制器接收第一温度和第二温度信息，并根据作物生长对温度的要求，计算出所需调节的水温目标值，通过控制调温器将保温罐内的水制冷或加热至恒定水温，控制器调节三通阀的开度，使出水管道的水温调节至水温目标值。4.根据权利要求3所述的灌溉水温调节方法，其特征在于，所述调控方法中，所述s4具体为：将第三温度信息与水温目标值进行比对，根据比对结果，控制微调三通阀，使第三温度接近于水温目标值。5.根据权利要求1所述的灌溉水温调节方法，其特征在于，所述水温调节装置还包括湿度传感器，所述湿度传感器设置于作物根部附近，所述进水管道处设有电控阀，所述湿度传感器和电控阀分别与所述控制器电连接；所述调控方法中，在s1之前，还包括步骤s0：通过湿度传感器获取作物根部附近的湿度信息，控制器根据湿度信息控制电控阀打开预设的时间，控制液泵打开预设的时间。6.根据权利要求3所述的灌溉水温调节方法，其特征在于，所述调温器为冷热水机。

技术总结
本发明涉及灌溉技术领域，尤其涉及一种灌溉水温调节方法；通过在作物根部附近设置第一温度传感器，用于感应作物根部的环境温度；通过在进水管道设置第二温度传感器，用于感应进水温度；根据作物品种及其生长周期对温度的要求，以及外部环境和进水的温度变化，调节灌溉的出水温度，避免灌溉水温过高、过低以及温度差异太大对作物造成伤害。差异太大对作物造成伤害。差异太大对作物造成伤害。


技术研发人员：陈晓 陈锋平
受保护的技术使用者：福建省农业机械化研究所（福建省机械科学研究院）
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/9/22