[发明专利]基于Arduino板的水面蒸发量的精确测量和灌溉控制装置

权利要求书

1.一种基于Arduino板的水面蒸发量的精确测量和灌溉控制装置，其特征在于：包括水面蒸发机构、补水机构、雨滴传感器、灌溉机构、监测模块、检测机构、平移机构、底座（5）；

水面蒸发机构包括蒸发器（1）、蒸发器底座（2），蒸发器底座（2）固定在底座（5）上方左侧，蒸发器（1）设置在蒸发器底座（2）上；补水机构包括微型水泵（3），蒸发器（1）通过水管（4）与微型水泵（3）连通，微型水泵（3）与水源连接；雨滴传感器固定在蒸发器底座（2）上；

平移机构包括平移行程控制开关Ⅰ（6）、导杆Ⅰ（8）、平移行程控制开关Ⅱ（9）、步进电机Ⅰ（10）、丝杆Ⅰ（11），步进电机Ⅰ（10）固定在底座（5）上方右侧，丝杆Ⅰ（11）两端通过轴承座Ⅰ（13）和轴承座Ⅱ（14）分别设置在底座（5）的2个支座（28）上且丝杆Ⅰ（11）位于蒸发器底座（2）下方，步进电机Ⅰ（10）输出轴通过联轴器Ⅰ（12）与丝杆Ⅰ（11）一端连接，2根导杆Ⅰ（8）通过导杆支撑座（15）固定在底座（5）的支座上且位于丝杆Ⅰ（11）两侧，平移行程控制开关Ⅰ（6）、平移行程控制开关Ⅱ（9）固定在底座（5）上并位于2个支座（28）之间；

检测机构包括底板（16）、移动板（17）、顶板（18）、步进电机Ⅱ（19）、丝杆Ⅱ（20）、支撑杆（21）、导杆Ⅱ（26）、水位传感器（29）；底板（16）两端通过固定导轨（22）分别设置在2根导杆Ⅰ（8）上，底板（16）下方固定有丝杆螺母（23），丝杆Ⅰ（11）穿过丝杆螺母（23）并与其螺纹配合，顶板（18）通过4根支撑杆（21）固定在底板（16）上方，移动板（17）设置在底板（16）、顶板（18）之间，2个步进电机Ⅱ（19）固定在顶板（18）上，步进电机Ⅱ（19）的输出轴穿过顶板并通过联轴器Ⅱ（24）与丝杆Ⅱ（20）连接，丝杆Ⅱ（20）穿过安装在移动板（17）上的丝杆螺母Ⅱ（25）并与其螺纹配合，4根导杆Ⅱ（26）穿过安装在移动板（17）上的直线轴承（27）固定在底板（16）、顶板（18）之间，水位传感器（29）固定在移动板（17）的下方，顶板（18）下方固定有行程开关（30）；

监测模块包括Arduino板、Esp8266无线模块，Arduino板安装在底座（5）上，Arduino板分别与雨滴传感器、微型水泵（3）、平移行程控制开关Ⅰ（6）、平移行程控制开关Ⅱ（9）、步进电机Ⅰ（10）、步进电机Ⅱ（19）、行程开关（30）、水位传感器（29）连接，Arduino板通过Esp8266无线模块与电脑或智能手机连接；

所述Arduino板还包括计算模块，用于将蒸发器中水位高度变化值换算成实际灌溉需水量，并计算灌水周期和一次灌水持续时间，计算方式如下：

（1）根据蒸发器中水位高度变化值计算作物需水量ET_c=αE0 ，式中α为作物需水系数，E0为蒸发器中水位高度变化值；

（2）采用降雨有效利用系数计算有效降雨量P_ϴ=AP，式中：P_ϴ为有效降雨量，mm；P为降雨量，mm，通过采集当地气象站数据获得；A为降雨有效利用系数；

（3）作物需水量减去作物生育期内的有效降雨量即为作物净灌溉需水量W_净=ET_c-P_ϴ；

（4）实际灌溉需水量是包含作物吸收的水量、输水过程和灌入田间的损失水量，不同灌溉方式及不同土质条件下的实际灌溉需水量W=W_净/η ，式中：η为灌溉水有效利用系数；

（5）灌水周期T=W/E，式中：T为设计灌水周期，d；E为耗水强度，mm/d；

（6）一次灌水持续时间t=0.001WS/q_d；式中：W为实际灌溉需水量；q_d灌溉带的设计流量，m³/h，S为作物种植面积。