CN104067913B - 一种精准灌溉和施肥系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精准灌溉及施肥系统及其控制方法，包括控制器、土壤湿度传感器和供水系统，土壤湿度传感器与控制器连接，供水系统包括渗水管、混水器、供肥水箱和承压水泵，渗水管通过水量调节阀与混水器连通，混水器通过第一电动阀门与供肥水箱连通，混水器通过第二电动阀门与承压水泵连通，控制器分别与第一电动阀门和第二电动阀门连接。本发明可以根据不同作物及作物不同生长阶段所需要的水分和养分含量在特定部位、特别是根部进行水分和营养成分的投放，不仅可以节约大量水资源和肥料的投入，而且可以营造作物生长的最优水肥条件，从而实现高产和稳产。本发明具有结构简单，成本低廉，效果显著的特点，可在灌溉和施肥领域内广泛使用。

Description

一种精准灌溉和施肥系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种精准灌溉和施肥系统及其控制方法，属于节水灌溉、特别是根灌技术和施肥技术领域。

背景技术

农业是中国国民经济的基础，农业可持续发展一直面临水资源偏低及化肥施用量逐年增加等资源和管理问题。但粮、棉等主要农产品的刚性需求持续增长。据此国家中长期科技发展纲要指出农业的发展战略思路是通过高新技术的研发持续提高农业综合生产能力。并将高产高效栽培等新技术的研发列为重点发展方向。中国农业目前的灌溉和施肥方式以粗放型的大水漫灌和表面施肥为主，这种方式不仅造成有限水资源的巨大浪费，也造成所施用养分向大气和地下水的流失，既增加肥料的投入又污染环境。而对作物而言，粗放型的灌溉和施肥方式常常造成不适当的水分和养分含量，不利于作物的生长和产量的提高。解决这一落后现状的途径是研发精准的灌溉和施肥技术，这是实现我国农业现代化不可或缺的技术。

发明内容

本发明提供一种精准灌溉和施肥系统及其控制方法，可以根据不同作物及作物不同生长阶段所需要的水分和养分含量在特定部位、特别是根部进行水分和营养成分的投放，不仅可以节约大量水资源和肥料的投入，而且可以营造作物生长的最优水肥条件，从而实现高产和稳产。

本发明的技术方案：

一种精准灌溉及施肥系统，包括控制器、土壤湿度传感器和供水系统，所述土壤湿度传感器与控制器连接，所述供水系统包括渗水管、混水器、供肥水箱和承压水泵，其中渗水管通过水量调节阀与混水器连通，混水器通过第一电动阀门与供肥水箱连通，混水器通过第二电动阀门与承压水泵连通，所述控制器分别与第一电动阀门和第二电动阀门连接。

作为优选，上述的控制器为水分调控仪。

作为优选，上述的土壤湿度传感器为1个以上。

作为优选，上述的渗水管安装深度为0～1米。

前述一种精准灌溉及施肥系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，土壤湿度传感器检测土壤的湿度值并传输给控制器；

步骤二，控制器将湿度值与事先在控制器上设定好的适合作物生长的水分含量上、下端值进行比较；

步骤三，当湿度值低于水分含量的下端值时，控制器控制第一电动阀门和第二电动阀门打开以进行灌溉施肥；

步骤四，当湿度值处于水分含量的上、下端值范围内时，控制器保持之前的动作不变；

步骤五，当湿度值高于水分含量的上端值时，控制器控制第一电动阀门和第二电动阀门关闭，停止灌溉施肥。

本发明的有益效果：

本发明通过采用土壤湿度传感器检测农作物生长土壤的湿度信息，并将该信息传输给控制器，控制器根据已设定好的程序判定是否要进行灌溉，与现有技术相比，本发明可以根据不同作物及作物不同生长阶段所需要的水分和养分含量在特定部位进行水分和营养成分的投放，不仅可以节约大量水资源和肥料的投入，而且可以营造作物生长的最优水肥条件，从而实现高产和稳产。本发明结构简单，方便实用，能够自动的检测农作物的土壤湿度，根据作物需要设定并控制供水量和供肥量、以及供水和供肥的速率，可以在从地表到地下1米深度范围内实现定位供水和供肥操作。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

本发明系统部件及连接：

参照图1，本发明中的控制器、土壤湿度传感器、承压水泵、混水器、渗水管和电动阀门均为市购产品，其中混水器是一种商业化的小型电子设备，能够根据预先设定精准地控制承压水与供肥水之间的比例，从而实现精准施肥，电动阀门用来实现供肥水的开闭，水量调节阀用来实现管道流量大小的控制，控制器选用水分调控仪，具有价格低廉、调控方便的优点。

将多个土壤湿度传感器的模拟输出端与水分调控仪的模拟输入端连接，供水装置包括渗水管、混水器、供肥水箱和承压水泵，渗水管通过水量调节阀与混水器连通，混水器通过第一电动阀门与供肥水箱连通，混水器通过第二电动阀门与承压水泵连通，然后将水分调控仪的模拟输出端分别与第一电动阀门和第二电动阀门的控制端连接，以实现对电动阀门的自动控制。

实施例1：在干旱区棉田中的应用实施例

灌溉面积1.5亩。在平行棉花植株的方向将渗水管埋设于两垄棉花植株之间的土壤中，埋设深度为15－20cm。在与渗水管隔一垄棉花植株的距离埋设土壤湿度传感器，埋设深度15－20cm。在水分调控仪上设定好适合棉株生长的最佳的水分含量上下端值，此处为土壤田间持水量的70%±1%。。在供肥水箱内放好待灌溉的营养液，此处是是将0.5kg尿素溶解于10立方米中。对难溶于水的肥料如磷肥、慢效钾肥（如钾长石）或农家肥，按预先计划的施用量施用于土壤5cm深度内。将混水器的混合比设定为2:1，将水量调节阀调节至约5L/hr。通电开机，则当湿度传感器检测到土壤的湿度值低于69%的田间持水量，水分调控仪输出信号给电动阀门，阀门自动打开，水分和溶解的氮肥会以每小时5升的速率在根部进行渗透供水和供肥。当湿度传感器检测到土壤的湿度值达到71%的田间持水量时，水分调控仪输出信号给电动阀门，使阀门自动关闭。在约6个小时的时间内可以将30立方米混合的水肥混合液输送到1.5亩棉花作物根部，灌溉结果是表层土壤依然干燥，但棉花植株根部却具有最佳的水分和养分含量。

实施例2：在枣树园林中的应用实施例

在平行枣树植株行的方向将渗水管埋设于枣树根部一侧土壤中，埋设深度为20－50cm，视树龄而定。树龄越老，埋深越大。在枣树根部另一侧土壤中埋设土壤湿度传感器，埋设深度20－50cm。在水分调控仪上设定好适合枣树生长的最佳的水分含量上下端值，此处为土壤田间持水量的50%－80%。在供肥水箱内放好待灌溉的营养液，此处是是将1kg二铵溶解于10升水中。对难溶于水的肥料如磷肥、慢效钾肥（如钾长石）或农家肥，按预先计划的施用量施用于土壤15cm深度内。将混水器的混合比设定为3:1，将水量调节阀调节至约10L/hr。通电开机，则土壤湿度传感器检测到土壤的湿度值低于50%的田间持水量，此时水分调控仪打开电动阀门，精准混合的承压水和营养液会以每小时10升的速率在根部进行渗透供水和供肥。当湿度传感器检测到土壤的湿度值达到80%的田间持水量时，电动阀门自动关闭。灌溉结果是表层土壤依然干燥，但枣植株根部却具有最佳的水分和养分含量。

Claims (5)

1.一种精准灌溉及施肥系统，其特征在于：包括控制器、土壤湿度传感器和供水系统，所述土壤湿度传感器与控制器连接，所述供水系统包括渗水管、混水器、供肥水箱和承压水泵，其中渗水管通过水量调节阀与混水器连通，混水器通过第一电动阀门与供肥水箱连通，混水器通过第二电动阀门与承压水泵连通，所述控制器分别与第一电动阀门和第二电动阀门连接。

2.根据权利要求1所述的一种精准灌溉及施肥系统，其特征在于：所述的控制器为水分调控仪。

3.根据权利要求1所述的一种精准灌溉及施肥系统，其特征在于：所述的土壤湿度传感器为1个以上。

4.根据权利要求1所述的一种精准灌溉及施肥系统，其特征在于：所述的渗水管安装深度为0～1米。

5.如权利要求1所述的一种精准灌溉及施肥系统的控制方法，其特征在于：

步骤一，土壤湿度传感器检测土壤的湿度值并传输给控制器；

步骤二，控制器将湿度值与事先在控制器上设定好的适合作物生长的水分含量上、下端值进行比较；

步骤三，当湿度值低于水分含量的下端值时，控制器控制第一电动阀门和第二电动阀门打开以进行灌溉施肥；

步骤四，当湿度值处于水分含量的上、下端值范围内时，控制器保持之前的动作不变；

步骤五，当湿度值高于水分含量的上端值时，控制器控制第一电动阀门和第二电动阀门关闭，停止灌溉施肥。