基本信息
- 项目名称：
- 基于虹吸原理及物联网技术的渗透灌溉法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本方法将虹吸渗透与物联网技术相结合，对农业灌溉智能化、精确化起到推动作用。通过对新的灌溉方式的尝试，发明了虹吸灌溉管，实现了节水灌溉和作物湿度保持。依据联合国粮农组织推荐的FAO-56模型精确估算作物需水量，实现了按需灌溉。物联网技术的应用，使农业工作者能够随时随地以更为精细的方式管理生产，从而达到“智慧”农业的水平。
- 详细介绍：
- 本灌溉方法包括作物端、片区监控端、服务器端和远程终端四个部分。其中，作物端由单片机控制传感器采集田间温湿度数据，控制田间灌溉；片区监控端负责接收、更新田间实时数据，并在软件上进行监控、操作，完成数据上传；服务器端用于接收片区监控端上传的数据，起到信息平台的作用；远程终端可对田间实时情况进行监测，并进行灌溉操作。 系统采用虹吸原理进行渗透灌溉，可有效利用虹吸原理，对农作物进行灌溉补水。更为重要的是，本灌溉方法可以根据蓄水池高度、自制虹吸管规格、以及灌溉规划，使农作物生长在特定合适的湿度范围内，有效地节约水资源，达到精确农业的要求。 为指导用户进行科学灌溉，系统采用联合国粮农组织推荐FAO-56参考作物需水量（ET0），结合作物系数(KC)，估算出作物每日的需水量(ETC)。系统依据作物需水量进行灌溉，灌溉时测定土壤水分胁迫指数（KS）,使植物始终保持在良好灌溉情况下。 作物端和片区监控端通过一对2.4GHz无线模块进行单片机间数据互传；服务器通过Socket通信从片区监控端接收作物信息，运用FileStream类实现的方法将数据写入转发文件；远程终端为基于云计算技术的web终端。从而建立了智能手机、手持设备、独立显示设备和计算机的统一监控平台。物联网技术在节水灌溉中的应用，使异地监控实时、方便。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、目的：我国是一个水资源贫乏的国家，农业的自动化水平低，浪费严重。因此我们萌发出利用虹吸原理制作了高节水型虹吸管的想法，结合物联网技术，设计适用该灌溉方法，实现精准灌溉。 2、基本思路： 系统采用联合国粮农组织推荐FAO-56参考作物信息，依据作物测定土壤水分胁迫指数，实现按需灌溉，减少浪费。 本灌溉方法采用虹吸原理进行渗透灌溉，自制虹吸灌溉管，可有效地对农作物进行灌溉补水，保证土壤的湿度保持在适宜范围内。 在设施大棚中应用传感器获得大棚中农作物的土壤温湿度和空气温湿度，并通过通信模块传送给片区监控端；片区监控端与电脑相联，将信息上传到服务器；系统远程终端包括电脑端和移动手机端，连接服务器获取农田信息，进行灌溉操作。 3、创新点： 基于虹吸原理的渗透灌溉法研究。物联网技术在节水灌溉中的应用。 基于无线传感器的智能灌溉设计。 4、技术关键：虹吸管的设计和制作：应用虹吸原理，设计虹吸灌溉管，保证灌溉连续、可控；土壤含水量在线自动检测：利用土壤水分传感器获取容积含水率；农作物需水量估算：系统采用联合国粮农组织推荐FAO-56参考信息，依据作物需水量进行灌溉；低成本低功耗的农用物联网终端模块：系统终端采用太阳能供电、射频通信，支持多终端、多节点数据传输，具有很高的移植性。 5、主要技术指标：节水率：30%-50%；湿度控制精度：±5%；无线模块最远通信距离：空旷地带400m；无线模块信道：2.4GHz；通信延迟：<20s
科学性、先进性
- 一、利用虹吸原理节约用水：毛细导管缓慢持续灌溉，可用于湿度保持，增加土壤湿度的时间均匀性。本实验中采用的灌溉模式完全摆脱了水泵等动力装置，利用虹吸引水实现灌溉。 二、物联网技术在农业大棚中的应用：系统采用了高精度传感器，采集到的数据传输到用户电脑。服务器将各个监测点和控制端连成网络。手机和电脑终端可随时随地的监控。从传感器获得的海量信息经过分析、加工和处理，结合农作物种类和生长阶段，对植物需水评估。系统经过逻辑运算，连接田间终端，控制灌溉储水池水量，从而实现科学灌溉。本系统各节点数据可通过图表实时显示，导出excel格式文件、数据曲线，便于科学分析，可以用更加精细和动态的方式管理生产，达到“智慧”状态。 三、利用智能感知技术的农业大棚精准管理:智能感知技术运用于农业大棚，实现按需灌溉，保证了作物生长在最适宜的环境，节约水资源，促进作物生长发育。经过多个生长周期的统计，可对特定植物需水特性提供精确、完整的数据，为以后的进一步的研究提供理论和实践依据。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利方式技术转让
作品可展示的形式
- 本作品可通过实物产品、模型、现场演示、图片以及录像的形式展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本系统分为作物端、片区监测端、服务器端和远程终端四个模块。作物端放置于田间，用于采集实时数据。服务器端用于数据中转，完成数据上传。远程终端可对大棚农作物生长环境进行监测和操作。 技术特点和优势：1、系统借鉴了联合国粮农组织FAO-56通过对环境综合分析，得出灌溉需水量，科学准确。2、毛细导管缓慢持续灌溉，可用于湿度保持，增加土壤湿度的时间均匀性，避免了作物水分胁迫的发生。3、导管中的水直接渗透至土壤中，避免了传统漫灌中水分的流失和蒸发；4、虹吸引水节省了利用水泵引水的电能消耗。5、微控制器智能控制灌溉过程，保持土壤湿度在恒定范围。 6、远程监控方便，用户体验好。 适应范围：可用于农田科学灌溉，尤其是干旱地区经济型作物的节水灌溉。 市场分析：售产品操作复杂繁琐。本作品操作直观简便，易于在农田尤其是农业高科技大棚中示范推广。 经济效益预测：农业大棚推广使用本系统后，既可以节水、节能、减少工作量，又可以保证作物生长在最适宜的环境下，获得更好的经济收益。
同类课题研究水平概述
- 节水灌溉产品现状 中国从事节水灌溉产品的生产企业普遍存在着技术力量薄弱、产品科技创新投入不足的突出问题。国内只有不到5％的从事节水灌溉产品生产的企业拥有自己的产品研发机构或与科研院所及高等院校联合建有相对固定的研发实体。 目前国内常用的灌溉技术包括：渠道防渗技术、低压管道输水技术、喷灌技术和微灌技术等。其中微灌技术是新型高效用水灌溉技术，它比普通土渠减少60％～90％的输水损失。在我国，渠道输水是农田灌溉的主要方式，渠道防渗灌溉面积占节水工程总面积的50％以上。 国内目前缺乏针对 虹吸滴灌 当前国内虹吸灌溉仍然处于研究和实验阶段，未能产生成熟的灌溉方式。 物联网 当前世界各国都投入了大量的人力和物力开展物联网相关技术的研究，也取得了很多成绩．丹麦运输公司采用IBM的传感器技术允许园艺供应链中的参与者跟踪鲜花和盆栽植物的运输进度(从种植者到批发商，到零售商，遍及欧洲40个国家)．整条运输链的各方公司都可以利用传感器对运输的条件和气候进行跟踪，使运输过程更加透明。英国的Pachube允许给现实世界和虚拟世界中的物品、设备、建筑和环境添加标签，并分享即时传感器信息。 我国在物联网方面也展开研究，并取得了很好的成果。无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用，这套设备由lO万个微小的传感器组成，散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫鼠等动物。远望谷开发的完全拥有自主知识产权的XC型铁路车号自动识别系统已成功应用于中国铁路车号自动识别系统，在铁路货车使用费用清算中实现了精确统计货车数量；消除了铁路运输调度管理的盲区，提高列车正点率。然而我国当前在农业物联网应用上做的工作还比较少，本作品结合传感器移动网络与智能手机实现了对农田的实时监控和数据采集，对于农业节水灌溉、产品推广都有相当的指导意义。
