CN103718939A - 一种基质栽培营养液供液控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，预先设置供液时间间隔，预先设置供液阈值，包括：S1：按照所述供液时间间隔对基质进行供液；S2：通过传感器检测基质中水的参数；S3：判断所述水的参数是否达到所述供液阈值，如果是，则停止供液，如果否，则继续供液，执行步骤S2。通过本发明提供了一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，能够根据栽培植物的耗液量来确定供液量，营养液利用效率高。

Description

一种基质栽培营养液供液控制方法及系统

技术领域

本发明涉及农业无土栽培技术领域，尤其涉及一种基质栽培营养液供液控制方法及系统。

背景技术

目前，无土基质栽培已广泛应用于温室中进行种植各种果蔬，实践证明，在温室中，这种栽培技术具有精密控制植物生长全部环境(地上部分和地下部分——根系环境)的能力，它能彻底摆脱自然条件的制约，可按照人的主观性进行自动化、机械化和工厂化生产。栽培基质与土壤完全分隔开，减少了土壤中的各种草虫病害，避免了水分的大量渗漏及流失；由于基质栽培的基质体积相对土壤栽培的根系土壤体积较小，因此基质没有土壤对养分缓冲能力强，但能通过精确管理肥水供给量来保证肥料充足、植物健壮，这样既可节约肥料、减少浪费，又可充分发挥植物产量的潜力。

现有技术中，对基质栽培的营养液供液主要采用两种方法：方法一：采用定时器按照固定的时间间隔向基质内按照经验供给一定量的营养液；方法二：根据累积光照达到一定值时便向基质内按照经验供给一定量的营养液。

通过上述描述可见，现有技术中，对于营养液的供给量是按照经验确定的，在进行供液时，有可能会造成供液量不足，也可能会造成供液量太多，浪费肥料，不能进行适量供液，营养液利用效率低。

发明内容

本发明提供了一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，能够根据栽培植物的耗液量来确定供液量，营养液利用效率高。

一方面，本发明提供了一种基质栽培营养液控制供液方法，预先设置供液时间间隔，预先设置供液阈值，包括：

S1：按照所述供液时间间隔对基质进行供液；

S2：通过传感器检测基质中水的参数；

S3：判断所述水的参数是否达到所述供液阈值，如果是，则停止供液，如果否，则继续供液，执行步骤S2。

进一步地，所述预先设置供液时间间隔，包括：

根据栽培植物所处生育期和所处外部环境，设置供液时间间隔。

进一步地，所述供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的15％-30％。

进一步地，所述通过传感器检测基质中水的参数，包括：

通过水分传感器检测基质中水分含量；和／或，

通过水势传感器检测基质水势。

进一步地，所述供液时间间隔包括：

从11点至15点，供液时间间隔为0.5-2个小时，从0点到11点和从15点到24点，供液时间间隔为2-4个小时。

另一方面，本发明提供了一种基质栽培营养液供液控制系统，所述系统包括：

供液装置，用于在控制器的控制下，按照预先设置的供液时间间隔对基质进行供液；

传感器，用于检测基质中水的参数，并将所述水的参数发送给控制器；

控制器，用于判断所述水的参数是否达到所述供液阈值，如果是，则控制供液装置停止供液，如果否，则控制供液装置继续供液。

进一步地，所述供液时间间隔是根据栽培植物所处生育期和所处外部环境来设置的。

进一步地，所述供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的15％-30％。

进一步地，所述传感器，包括：

水分传感器，和／或，水势传感器；

所述水分传感器用于检测基质中水分含量；

所述水势传感器用于检测基质水势。

进一步地，所述供液时间间隔包括：

从11点至15点，供液时间间隔为0.5-2个小时，从0点到11点和从15点到24点，供液时间间隔为2-4个小时。

通过本发明提供的一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，通过按照预先设定的时间间隔为栽培的植物供给营养液，通过传感器检测基质中水的参数，每次供液按照供液阈值来确定供液量，能够根据栽培植物的耗液量来确定供液量，营养液利用效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的一种基质栽培营养液供液控制方法流程图；

图2是本发明实施例2提供的一种基质栽培营养液供液控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例提供了一种基质栽培营养液供液控制方法，参见图1，该方法包括：预先设置供液时间间隔，预先设置供液阈值；

步骤S1：按照供液时间间隔对基质进行供液；

步骤S2：通过传感器检测基质中水的参数；

步骤S3：判断该水的参数是否达到供液阈值，如果是，则停止供液，如果否，则继续供液，执行步骤S2。

通过本发明实施例提供的一种基质栽培营养液供液控制方法，通过按照预先设定的时间间隔为栽培的植物供给营养液，通过传感器检测基质中水的参数，每次供液按照供液阈值来确定供液量，能够根据栽培植物的耗液量来确定供液量，营养液利用效率高。

其中，预先设置供液时间间隔，包括：

根据栽培植物所处生育期和所处外部环境，设置供液时间间隔。

供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的15％-30％。

优选地，供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的25％。

通过传感器检测基质中水的参数，包括：

通过水分传感器检测基质中水分含量；和／或，

通过水势传感器检测基质水势。

其中，通过水势传感器测得的基质水势值可以通过水分特征曲线找到对应的水分含量值，将该水分含量值与供液阈值进行比较。水分传感器测得的基质中水分含量可以通过多个水分传感器测得的水分含量值的平均值得出，水势传感器测得的基质水势可以通过多个水势传感器测得的基质水势值的平均值得出。

供液时间间隔包括：

从11点至15点，供液时间间隔为0.5-2个小时，从0点到11点和从15点到24点，供液时间间隔为2-4个小时。

随着生长进程，不同的植物供液时间间隔逐渐减小，即为增加供液次数：

苗期，每天供液次数可为4-5次；开花和结果期，每天供液次数可为7-18次。

实施例2：

本发明实施例提供了一种基质栽培营养液供液控制系统，参见图2，该系统包括：

供液装置201，用于在控制器的控制下，按照预先设置的供液时间间隔对基质进行供液；

传感器202，用于检测基质中水的参数，并将该水的参数发送给控制器；

控制器203，用于判断该水的参数是否达到供液阈值，如果是，则控制供液装置停止供液，如果否，则控制供液装置201继续供液。

供液时间间隔是根据栽培植物所处生育期和所处外部环境来设置的。

供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的15％-30％。

传感器202，包括：

水分传感器，和／或，水势传感器；

水分传感器用于检测基质中水分含量；

水势传感器用于检测基质水势。

其中，通过水势传感器测得的基质水势值可以通过水分特征曲线找到对应的水分含量值，将该水分含量值与供液阈值进行比较。

供液时间间隔包括：

从11点至15点，供液时间间隔为0.5-2个小时，从0点到11点和从15点到24点，供液时间间隔为2-4个小时。

随着生长进程，不同的植物供液时间间隔逐渐减小，即为增加供液次数：

苗期，每天供液次数可为4-5次；开花和结果期，每天供液次数可为7-18次。

实施例3：

本发明实施例提供了一种基质栽培营养液供液控制系统，主要包括基质袋或基质槽、储液罐、潜水泵、第一电磁阀、过滤器、流量计、流量计显示仪、滴灌管、数个水分／水势传感器、电导率和pH在线监测系统、控制器及上位机。

控制器包括第一接收端、第二接收端、第三接收端、第四接收端、第五接收端、第一继电器、第二继电器、单片机和数据输出端。

基质袋为封闭型，基质内固定间距栽种植物，基质袋表面对应每棵植物的位置设有孔洞，使植物穿过对应孔洞进行生长；基质袋横截面的底边为2％的坡度，由承载基质袋的地面支撑2％的坡度，使基质袋内的多余液体倾向一侧流出；基质袋底部一侧间距15cm设有排液出口，基质袋内对应排液出口处均设有无纺布，防止基质颗粒顺排出液流出，排液出口孔径为1cm；

基质槽为无上表面的长方体，在基质表面覆膜进行栽培；且在膜表面对应每棵植物的位置设有孔洞，使植物穿过对应孔洞生长；基质槽内下底设有一平板，使基质槽横截面底边为2％的坡度，可令基质槽内多余液体倾向一侧流出；基质槽底部一侧间距15cm设有排液出口，基质槽内对应排液出口处均设有无纺布，防止基质颗粒顺排出液流出，排液出口孔径为1cm。

潜水泵置于储液罐内，潜水泵出水口处采用PE管依次连接过滤器、第一电磁阀、流量计和并联的数支滴灌管。

将流量计的电压输出端连接于流量计显示仪上的正负极，流量计显示仪上的变送输出端连接于控制器内第一接收端，由控制器内单片机进行采集并记录流量数据。

数个水分／水势传感器均匀分布于数行基质袋或基质槽内，每个水分／水势传感器距离滴灌管滴头水平方向约10cm。

水势传感器由张力计和压力传感器组成。

将数个水分／水势传感器的电压输出端连接于控制器内第二接收端，由单片机实时采集并记录水分／水势传感器监测到的含水量值／水势值，进而通过控制器内单片机预设程序驱动第一继电器来控制第一电磁阀的开关。

优选地，水分／水势传感器可安插一行或两行或三行栽培行，安插水分／水势传感器的行数由栽培行面积决定，其余栽培行供液量根据安插水分／水势传感器的栽培行决策供给的供液量同时进行给液。

优选地，一行基质袋或基质槽内可安插一个或两个水分／水势传感器，由栽培行长度决定。

电导率和pH在线监测系统设置在供液决策行，即安装水分／水势传感器的栽培行，电导率和pH在线监测系统位于基质袋或基质槽底部一侧的一个或两个排液出口处，其主要包括电导率在线监测仪、pH在线监测仪、储液器、液位传感器、第二电磁阀和排出液收集容器。

优选地，储液器为直径8cm且无上表面的圆柱体，位于基质袋或基质槽底部一侧排液出口下端。

优选地，电导率在线监测仪探头和pH在线监测仪探头竖直插入储液器内。

优选地，液位传感器位于储液器内。

优选地，储液器底端边壁设有一直径为2cm的孔，孔连接第二电磁阀。

优选地，排出液收集容器位于第二电磁阀出水口下部，用于收集排出液。

液位传感器电压输出端连接于控制器内第三接收端，由单片机实时采集并记录所监测到的储液器内液位值，通过单片机预设程序驱动第二继电器，进而控制第二电磁阀的开关。

电导率和pH在线监测仪的电压输出端分别连接于控制器内第四接收端和第五接收端，由单片机实时采集并记录所监测到的电导率值和pH值。

并联的数根滴灌管上的每个滴头均对应设置在一株植物的上方或根部。

控制器内的数据输出端连接上位机，由上位机显示时间数据、流量数据、电导率数据、pH数据、储液器内液位高度数据等，并提供下载功能。

实施例4：

基于实施例3的系统，本发明实施例提供了一种基质栽培营养液供液控制方法，该方法包括：

实施例3提供的系统中，使用水分传感器时，具体方法包括：

方法一：在设置的每个时间段的开始时刻，先由数个水分传感器探测决策行基质水分含量平均值，再由控制器内单片机预设程序驱动第一继电器，进而打开第一电磁阀和潜水泵，同时对决策行和被决策行进行供液。

当数个水分传感器探测的决策行基质水分含量平均值A1达到供液阈值B1值时，由控制器内单片机预设程序驱动第一继电器，进而关闭第一电磁阀和潜水泵，同时对决策行和被决策行停止供液，B1值为大于基质持水量的值。

方法二：在每个时间段开始时刻开启第一电磁阀和潜水泵时，由控制器内单片机和存储器采集并记录当时时刻的含水量，通过预设程序计算出一个水量值C1，由流量计监测流入基质内的水量，当水量达到计算出的水量值C1时驱动第一继电器，进而关闭第一电磁阀和潜水泵，同时对决策行和被决策行停止供液。

计算公式如下：

C1=(B1-A1)×V×n

式中：V为一行栽培行的基质总体积，B1为供液阈值，A1为数个水分传感器探测的决策行基质水分含量平均值，n为栽培行的总行数。

实施例3提供的系统中，使用水势传感器时，具体方法包括：

方法一：在设置的每个时间段的开始时刻，先由数个水势传感器探测决策行基质水势平均值，再由控制器内单片机预设程序驱动第一继电器，进而打开第一电磁阀和潜水泵，同时对决策行和被决策行进行供液。

当数个水势传感器探测的决策行基质水势平均值A2达到供液阈值B2值时，由控制器内单片机预设程序驱动第一继电器，进而关闭第一电磁阀和潜水泵，同时对决策行和被决策行停止供液，B2值为大于基质持水量(由体积含水量表示)在水分特征曲线上所对应的水势值。

方法二：在每个时间段开始时刻开启第一电磁阀和潜水泵时，由控制器内单片机和存储器采集并记录当时时刻的含水量，通过预设程序计算出一个水量值C2，由流量计监测流入基质内的水量，当水量达到计算出的水量值C2时驱动第一继电器，进而关闭第一电磁阀和潜水泵，同时对决策行和被决策行停止供液。

计算公式如下：

C2=(XB2-XA2)×V×n

式中：XB2为目标水势B2值在水分特征曲线上所对应的含水量值；XA2为数个水势传感器探测的决策行基质水势平均值A2在水分特征曲线上所对应的含水量值；V为一行栽培行的基质总体积；n为栽培行的总行数。

另外，当液位传感器探测储液器内水位高度达到既定值时，则由控制器内单片机预设程序驱动第二继电器，进而打开第二电磁阀对储液器内进行放水。

当液位传感器探测储液器内水位高度未达到既定值时，由控制器内单片机预设程序驱动第二继电器，关闭第二电磁阀控制储液器内进行储水。

在储水过程中，当液位传感器探测到储液器内的液体高度为D值时，由置于储液器内的电导率在线监测仪探头和pH在线监测仪探头实时在线监测排出液的电导率值和pH值，并由单片机实时采集并记录。

供液时排出的液体均由对应于第二电磁阀的排出液收集容器收集液体，防止污染地下环境。

通过上述描述可见，本发明实施例具有如下有益效果：

1、通过本发明实施例提供的一种基质栽培营养液供液控制方法，通过按照预先设定的时间间隔为栽培的植物供给营养液，通过传感器检测基质中水的参数，每次供液按照供液阈值来确定供液量，能够根据栽培植物的耗液量来确定供液量，营养液利用效率高。

2、本发明实施例提供的一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，自动测定和存储基质含水量／水势值、电导率值和pH值的动态值，并控制电磁阀开关和潜水泵的启闭，无需人为干预，节约人力资源，操作简单，省去了人力定期供液和测定电导率值和pH值的麻烦，能及时给植物更适宜的生长环境，减少供液时间误差。

3、本发明实施例提供的一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，设定了启动和停止供液的指标，可以实现在一天当中可供液多次且有适宜的排出液量对基质进行淋洗的目标，使基质内的水分和养分处于平衡状态，且不浪费营养液。

4、通过本发明提供的一种基质栽培营养液供液控制方法及系统，根据栽培植物不同的生育期和不同的外部环境来确定供液时间间隔，能够同时根据植物在不同的生育期和不同的外部环境下对营养液的不同的需求量对植物进行供给营养液。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基质栽培营养液供液控制方法，其特征在于，预先设置供液时间间隔，预先设置供液阈值，包括：

S1：按照所述供液时间间隔对基质进行供液；

S2：通过传感器检测基质中水的参数；

S3：判断所述水的参数是否达到所述供液阈值，如果是，则停止供液，如果否，则继续供液，执行步骤S2。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置供液时间间隔，包括：

根据栽培植物所处生育期和所处外部环境，设置供液时间间隔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的15％-30％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过传感器检测基质中水的参数，包括：

通过水分传感器检测基质中水分含量；和／或，

通过水势传感器检测基质水势。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述供液时间间隔包括：

从11点至15点，供液时间间隔为0.5-2个小时，从0点到11点和从15点到24点，供液时间间隔为2-4个小时。

6.一种基质栽培营养液供液控制系统，其特征在于，所述系统包括：

供液装置，用于在控制器的控制下，按照预先设置的供液时间间隔对基质进行供液；

传感器，用于检测基质中水的参数，并将所述水的参数发送给控制器；

控制器，用于判断所述水的参数是否达到所述供液阈值，如果是，则控制供液装置停止供液，如果否，则控制供液装置继续供液。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述供液时间间隔是根据栽培植物所处生育期和所处外部环境来设置的。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述供液阈值满足每次的排出液量是每次供液量的15％-30％。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传感器，包括：

水分传感器，和／或，水势传感器；

所述水分传感器用于检测基质中水分含量；

所述水势传感器用于检测基质水势。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述供液时间间隔包括：

从11点至15点，供液时间间隔为0.5-2个小时，从0点到11点和从15点到24点，供液时间间隔为2-4个小时。

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