CN104938131B

CN104938131B - 一种喷灌机的施肥控制系统

Info

Publication number: CN104938131B
Application number: CN201510333997.7A
Authority: CN
Inventors: 严海军; 王春晔; 马静
Original assignee: Zhongnong Zhiguan (beijing) Technology Co Ltd; China Agricultural University
Current assignee: Zhongnong Zhiguan (beijing) Technology Co Ltd; China Agricultural University
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2017-06-09
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN104938131A

Abstract

本发明涉及一种喷灌机的施肥控制系统，所述施肥控制系统用于圆形或平移式喷灌机，本发明通过配备恒压供水单元解决喷头开闭等原因造成的水压波动，提高施肥控制系统的运行可靠性和喷洒均匀性；通过利用控制单元调节注肥泵流量随着恒压供水单元的供水流量变化，保证整个喷灌范围内施肥浓度及施肥量的精准和恒定，尤其是对于带尾枪的圆形和平移式喷灌机在尾枪开启与关闭时间段内流量变化幅度大的情况，保证了施肥浓度及施肥量的精准和恒定。

Description

一种喷灌机的施肥控制系统

技术领域

本发明属于灌溉施肥技术领域，尤其涉及一种喷灌机的施肥控制系统。

背景技术

水肥一体化技术(Fertigation)又称灌溉施肥，是现代种植业生产的一项综合水肥管理措施。近几年，我国农业规模化集约化生产不断加快，圆形和平移式喷灌机凭借适应性强、单机控制范围大、喷洒均匀性高、自动化程度高等诸多优点得到了快速推广和应用。这些大型喷灌机包括圆形喷灌机(又称中心支轴式喷灌机)、平移式喷灌机等，其中以圆形喷灌机推广面积最大。据不完全统计，2011年全国新增圆形喷灌机超过3000台套，截止2014年底，全国圆形喷灌机保有量15000台套，灌溉面积600万亩左右，约占喷灌总面积的13％。应用圆形喷灌机对作物进行喷灌施肥，可以提高水肥利用效率，最大限度地减少对环境的污染。

在实际的圆形和平移式喷灌机水肥一体化技术中，只是简单地利用隔膜泵或注肥泵将肥液注入到喷灌机主输水管内，没有过多的考虑供水单元与注肥单元的配合，导致喷洒肥液不均匀、喷洒效率低、肥料利用率低等问题。其次圆形和平移式喷灌机喷灌施肥时机组处于行走状态，对施肥装置的工作性能要求较高。当圆形喷灌机尾枪或地角臂系统在地角区域周期性的开启与关闭，使管道出水口的压力发生变化时以及当喷灌机在行走过程中遇到道路、河渠、建筑物等田间障碍，需要关闭部分喷头时，喷灌机的入机流量发生变化、但注肥泵的注肥流量却保持恒定，就会导致喷洒的肥液浓度不均，整体的肥液喷洒均匀性下降，影响作物的生长与产量。现有圆形和平移式喷灌机以及实现水肥一体化技术设备的一般只是基于设备的简单耦合，肥料罐/肥料池、搅拌器、注肥泵及配套管道构成，不具备精准计算及控制装置，仅实现肥液的生成、注入、实施粗放型施肥。

因此从精确灌溉施肥的角度出发，为了实现圆形和平移式喷灌机高均匀度喷灌施肥作业，开发研制与其配套应用的控制系统，解决尾枪启闭等造成的水压波动、调节注肥泵流量随着供水单元的供水流量变化，保证整个喷灌范围内施肥浓度及施肥量的精准和恒定，对灌溉施肥进行精确控制，对提高农作物产量、提高肥料利用率，保护生态环境等具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何精确控制灌溉施肥的施肥浓度和施肥量。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种喷灌机的施肥控制系统，所述施肥控制系统用于圆形或平移式喷灌机，所述系统包括恒压供水单元、控制单元以及施肥执行单元；

所述控制单元根据灌溉要求以及圆形或平移式喷灌机的固有参数生成第一控制信号和第二控制信号；

所述恒压供水单元与所述控制单元连接，用于根据所述控制单元发送的所述第一控制信号进行供水压力的调整和供水流量的调整；

所述施肥执行单元与所述控制单元连接，用于根据所述控制单元发送的所述第二控制信号配置对应浓度和对应体积的肥液，并且调整向圆形或平移式喷灌机注入肥液的流量。

优选地，所述恒压供水单元包括第一变频器、压力传感器以及供水水泵；所述压力传感器用于测量圆形或平移式喷灌机首部主输水管的压力，并将测量的压力信号传递给所述第一变频器，由所述第一变频器根据所述圆形或平移式喷灌机主输水管的压力调整所述供水水泵的供水压力；所述第一变频器根据所述第一控制信号调整所述供水水泵的供水压力和供水流量。

优选地，所述施肥执行单元包括注肥泵、第二变频器以及肥液容器；

所述肥液容器用于盛放肥液，所述注肥泵与所述肥液容器连接，用于将所述肥液容器内的肥液注入所述圆形或平移式喷灌机；所述第二变频器根据所述第二控制信号控制所述注肥泵的注肥流量。

优选地，所述控制单元包括处理器、温度传感器、流量传感器以及人机交互终端；

所述温度传感器安装于所述圆形或平移式喷灌机的首部主输水管中，并且将检测的给水温度传递给所述处理器；

所述人机交互终端与所述处理器连接，用于设置所述灌溉要求，并将所述灌溉要求传递给所述处理器；其中所述灌溉要求包括肥料类型、单位面积施肥量以及所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度；

所述流量传感器安装于所述恒压供水单元的出水管道内，用于将检测的所述恒压供水单元的供水流量传递给所述处理器；

所述处理器，根据所述温度传感器上传的温度、所述流量传感器上传的流量、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及所述灌溉要求生成所述第二控制信号和第一控制信号。

优选地，所述处理器包括第一控制单元，所述第一控制单元根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型计算得到对应肥料类型的肥液浓度；利用所述肥液浓度、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及单位面积施肥量计算得到圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积；利用所述圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积、所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度以及所述圆形或平移式喷灌机运行的时间得到所述注肥泵的所述注肥流量和所述供水水泵的供水流量。

优选地，所述处理器还包括第二控制单元，所述第二控制单元根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型计算得到对应肥料类型的肥液浓度；利用所述肥液浓度、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及单位面积施肥量计算得到圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积；利用所述圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积、所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液浓度以及所述流量传感器上传的供水流量得到所述注肥泵的注肥流量以及所述圆形或平移式喷灌机的百分率计时器设定值。

优选地，所述控制单元还包括数据传输子单元，所述数据传输子单元与所述处理器连接，用于将所述温度传感器检测到的温度和流量传感器检测到的流量、所述肥液浓度、肥液体积以及所述灌溉要求传递给远程服务端。

优选地，所述控制单元还包括液位传感器，所述液位传感器安装于肥液容器内，用于检测液位并传递给所述处理器，由所述处理器根据所述液位对所述施肥执行单元和恒压供水单元的启停进行控制。

优选地，所述施肥执行单元还包括搅拌器，设置于所述肥液容器内。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明通过配备恒压供水单元解决喷头开闭等原因造成的水压波动，提高施肥控制系统的运行可靠性和喷洒均匀性；通过利用控制单元调节注肥泵流量随着恒压供水单元的供水流量变化，保证整个喷灌面积内施肥浓度及施肥量的精准和恒定，尤其是对于带尾枪的圆形和平移式喷灌机在尾枪开启与关闭时间段内流量变化幅度大的情况，保证了施肥浓度及施肥量的精准和恒定；另外本发明综合考虑水温、肥料特性以及喷灌机特性，按照肥料在不同温度水中的溶解度精确计算，提高了肥液浓度，从而提高了施肥效率。

附图说明

图1为本发明的一种喷灌机的施肥控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明的一种喷灌机的施肥控制系统的结构示意图，施肥控制系统用于圆形或平移式喷灌机，所述系统包括恒压供水单元、控制单元以及施肥执行单元；所述恒压供水单元与所述控制单元连接，用于根据所述控制单元发送的第一控制信号进行供水压力的调整和供水流量的调整；所述施肥执行单元与所述控制单元连接，用于根据所述控制单元发送的第二控制信号配置对应浓度和对应体积的肥液，并且按照对应的流量向所述喷灌机注入肥液；所述控制单元根据灌溉要求以及圆形或平移式喷灌机的固有参数生成所述第一控制信号和第二控制信号。

进一步地，所述恒压供水系统包括第一变频器、压力传感器以及供水水泵；所述压力传感器用于测量圆形或平移式喷灌机主输水管的压力，并将测量的压力信号传递给所述第一变频器，由所述第一变频器根据所述圆形或平移式喷灌机主输水管的压力以及所述第一控制信号调整所述供水水泵的供水压力。供水水泵的出水管道与喷灌机的首端主输水管连接。

恒压供水单元具有调节供水压力，为圆形或平移式喷灌机恒压供水的功能。可对变频器做相应设置，如打开其PID功能(闭环自动控制技术)，将压力传感器作为其外部给定等，使之工作于恒定控制模式，开启现场总线通信功能，并设置相关通信参数。

进一步地，所述施肥执行单元包括注肥泵、第二变频器以及肥液容器；所述肥液容器用于盛放肥液，所述注肥泵与所述肥液容器连接，用于将所述肥液容器内的肥液注入所述圆形或平移式喷灌机；所述第二变频器根据所述第二控制信号控制所述注肥泵的注肥流量。注肥泵与肥液容器等构成喷灌机泵注式施肥装置。

施肥执行单元可对单元内变频器做相应设置，使其工作于随动控制模式，将其外部给定设置为外部通信给定，开启现场总线通信功能，并设置相关通信参数；所述施肥执行单元与控制单元相耦合，具有调节注肥流量及入机流量随动注肥等功能。

所述施肥执行单元与控制单元相耦合，并且受控制单元控制注肥运行及停止、搅拌运行及停止、调节注肥流量等。

进一步地，所述控制单元包括处理器、温度传感器、流量传感器以及人机交互终端；所述温度传感器安装于圆形或平移式喷灌机首部主输水管道中，并且将检测的给水温度传递给所述处理器；所述人机交互终端与所述处理器连接，用于设置所述灌溉要求，并将所述灌溉要求传递给所述处理器；其中所述灌溉要求包括肥料类型、单位面积施肥量以及所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液浓度；所述流量传感器安装于恒压供水单元的出水管道，用于将检测的所述恒压供水单元的供水流量；所述处理器，根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及所述灌溉要求生成所述第二控制信号和/或第一控制信号。

所述处理器包括第一控制单元，其根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型计算得到对应肥料类型的肥液浓度；利用所述肥液浓度、所述喷灌机的固有参数以及单位面积施肥量计算得到所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的所述肥液的体积；利用所述喷灌机的固有参数计算得到所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度的时间；利用所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的所述肥液的体积、所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度以及所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度的时间得到所述注肥泵的所述注肥流量和所述供水水泵的供水流量。

所述处理器还包括第二控制单元，其根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型计算得到对应肥料类型的肥液浓度；利用所述肥液浓度、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及单位面积施肥量计算得到所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的所述肥液的体积；利用所述喷灌机的固有参数计算得到所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度的时间；利用所述圆形喷灌机运行一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的所述肥液的体积、所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度以及所述流量传感器上传的供水流量得到所述注肥泵的所述注肥流量、所述供水水泵的供水流量以及所述喷灌机的运动时间与停止时间的百分比(喷灌机的百分率计时器设定值)。

具体的，上述肥液浓度利用下面公式计算得到：

肥液浓度指在肥液容器中配制的肥料原液的质量百分浓度，可以表示为：

式中：C——原液浓度，％；

m——肥料的质量，kg；

m_w——水的质量，可由配置肥料原液时加入水的体积和水的密度求得，kg。

当按照某温度下肥料的最大溶解度进行肥液配置时，上式等价于：

式中：S——最大溶解度，即某温度下100mL水中可溶解的最大肥料质量，g/100mL；

ρ_w——水的密度，kg/m³；

C——同上。

上述肥液的体积按照下面步骤计算得到：

(1)计算控制面积：

对于圆形喷灌机的控制面积是其绕中心支轴旋转一圈所控制的灌溉总面积，亦为施肥面积，可表示为：

A＝π(L+R_e)²×10^-4

式中：A——圆形喷灌机旋转一圈控制的灌溉面积，hm²；

L——圆形喷灌机整机长，m；

R_e——末端喷枪的有效射程，m。

R_e＝aR

式中：R——末端喷枪的射程，m；

a——系数。

对于平移式喷灌机的控制面积是其沿矩形田块运行所控制的灌溉总面积，亦为施肥面积，可表示为：

A＝(L×L₁+2πR_e ²)×10^-4

式中：A——平移式喷灌机走完L₁长距离控制的灌溉面积，hm²；

L——平移式喷灌机整机长，m；

L₁——矩形田长度，m；

R_e——末端喷枪的有效射程，m。

R_e＝aR

式中：R——末端喷枪的射程，m；

a——系数。

(2)计算施肥量：圆形喷灌机和平移式喷灌机所控制的灌溉面积内需要施用肥料的总量，计算如下：

M_c＝m_cA

式中：M_c——控制灌溉面积内施肥量，kg；

m_c——某种肥料的单位面积施肥量，kg/hm²；

A——同上。

(3)计算肥液的体积：根据施肥量和肥液浓度得到的控制面积内所需肥料原液的总体积，可以表示为：

式中：V——原液总体积，L；

ρ_f——原液的密度，kg/m³；

M_c、C——同上。

当按照某温度下肥料的最大溶解度配制原液时，得到：

实际运用中，不同类型的肥料配制的原液的密度差别很大，往往难以确定。而采用喷灌机进行喷灌施肥时，每次的施肥量很少，而且可以实现少量多次施肥，因此可以认为所配置肥液的密度和水的密度差别不大，即ρ_f≈ρ_w＝1000kg/m³，则肥液总体积可按下式估算：

估算的肥液体积比实际体积偏大一点，大约为实际体积的ρ_f/ρ_w倍。

(4)计算喷洒肥液浓度：喷洒之前已给定了喷洒的肥液浓度(与上面求得肥液浓度不同)，即是指喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度(即肥液与供水单元提供的混合后的浓度)，可以表示为：

式中：C_s——喷洒肥液浓度，％；

q——注肥泵流量，m³/h；

Q——喷灌机入机流量(恒压供水单元的供水流量)，m³/h；

C——同上。

(5)计算机组行走速度：喷灌机的机组行走速度取决于末端塔架车的平均行走速度，可以表示为：

式中：v_e——末端塔架车的平均行走速度，m/s；

k——百分率计时器设定值，％；

n——驱动电动机转速，r/min；

r——轮胎动力半径，m；

i₁——电动机减速器传动比；

i₂——车轮减速器传动比。

(6)计算喷灌机的行走时间：

对于圆形喷灌机旋转一圈所用的时间，可以表示为：

式中：T₁——单圈行走时间，h；

L_e——末端塔架车至中心支轴的距离，m。

对于平移式喷灌机走完L₁长距离所用的时间，可以表示为：

式中：T₁——走完L₁长距离所用的时间，h；

L₁——同上。

当喷灌机百分率计时器设定值为100％时，所需要的行走时间最短。

(7)计算注肥时间：指注肥泵注射完肥料原液所需的总时间，可以表示为：

式中：T₂——注肥时间，h；

V、q——同上。

喷灌机的单圈行走时间内，注肥泵需要把原液总体积V的肥液全部泵入喷灌机，即T₂等于T₁。

注肥泵流量随动喷灌机流量原理：要求喷灌机在运行过程中的入机总流量发生变化时，注肥泵通过改变电源频率注肥流量随动变化，使喷灌面积内喷洒肥液浓度恒定。

注肥原理：要求喷灌机在所控制面积内的施肥量刚好与注肥泵所注入的肥量相等。当喷灌机百分率计时器设定值为100％时，圆形喷灌机单圈运行时间或平移式喷灌机走完整个地块长度运行时间最短，此处记作T₁。按照最大溶解度配置肥料原液时，原液浓度最高，注肥泵的注肥时间最短，此处记为T₂。

(1)当T₁＝T₂时，表明圆形喷灌机行走完一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度时注肥泵刚好注肥完毕，此情况下不需要调整参数。

(2)当T₁>T₂时，表明在注肥泵的注肥时间内圆形喷灌机行走不足一圈或平移式喷灌机走不完L₁长度，因此需要延长注肥时间，此时可以减小注肥泵的注肥流量q或者降低原液的浓度C，使得原液总体积恰好能供圆形喷灌机行走一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度，即：

或

若改变注肥泵流量，则原液总体积(肥液体积)V保持不变；降低肥液浓度时，原液总体积V变为：

(3)当T₁<T₂时，表明圆形喷灌机行走完一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度时注肥泵还未注完所有的原液，因此需要降低喷灌机的行走速度，延长其行走时间，使得圆形喷灌机行走完一圈或平移式喷灌机走完整个地块长度时原液恰好注完，此时百分率计时器应调整为：

另外根据灌溉要求还可以计算得到：

(8)计算喷灌水肥深度：指喷灌机喷洒到田间的肥液的深度，可以表示为：

式中：h_f——喷灌水肥深度，mm；

q、Q、T、A——同上。

(9)计算喷灌清水深度：在喷灌机的水肥一体化作业中，施肥与灌水要协同考虑，每次施肥完毕还须喷洒一定深度的清水以满足作物所需的灌水定额，并对叶面进行清洗，喷灌清水深度可以表示为：

h_w＝h-h_f

式中：h_w——喷灌清水深度，mm；

h——灌水定额，mm。

进一步地，所述控制单元还包括数据传输子单元，其与所述处理器连接，用于将所述温度传感器检测到的温度和流量传感器检测到的流量以及所述肥液浓度、肥液的体积以及所述灌溉要求传递给远程服务端。

进一步地，所述控制单元还包括液位传感器，其安装于肥液容器内，用于检测液位并传递给处理器，由所述处理器根据所述液位对所述施肥执行单元和恒压供水单元的启停进行控制。

控制单元可以为PLC，嵌入系统或工控机等，与喷灌机、恒压供水单元、施肥执行单元相耦合。控制单元通过人机交互终端HMI如液晶触摸屏等接受用户设置信息及信息输出；通过现场总线(RS485/CAN总线)与恒压供水单元，施肥执行单元进行组网通信功能；通过数据传输单元能够与远端控制系统相通信，实现数据及指令的中继转发。控制单元具有控制喷灌机所需输出端口、喷灌机行进百分率计时器设定值输出端口，具有取得喷灌机运行状态输入端口等功能；具有控制恒压供水单元运行、停止、压力调节，监视恒压供水单元运行状态等功能；具有控制施肥执行单元注肥运行及停止、搅拌运行及停止、调节注肥流量，监视施肥执行单元运行状态等功能；具有肥水配合计算等计算功能，工作人员可根据施肥量、喷灌机有效控制面积、喷灌机特性参数、肥料特性参数、当前入机水温、灌水定额、施肥执行单元参数等信息计算施肥所需肥水总量、各种肥料投入量、肥液配制次数、喷灌机行进速率等；具有施肥控制功能，如根据计算结果，自动设置喷灌机行进百分率(喷灌机运动和停止的时间百分率)，调节施肥执行单元注肥流量等。

进一步地，所述施肥执行单元还包括搅拌器，设置于所述肥液容器内。

利用上述喷灌机控制系统进行喷灌时，包括以下几个步骤：

步骤1

信息设置。使用者通过本地或远程HMI(人机交互终端)对施肥控制单元进行以下信息设置：

1、喷灌圈信息，包括地形大小、形状(如圆形、方形)等。

2、喷灌机信息，包括型式(如圆形、平移式)、有效控制面积、行走速度、悬臂长度、尾枪有无等；

3、肥料信息，包括肥料类别、名称、固态肥时各种温度下的溶解度，以及其他理化特性；

4、控制信息，包括恒压供水单元、施肥执行单元的通信参数、识别ID；

步骤2

系统启动及运行状态建立。

1、现场系统给电，各单元启动后进行初始化并建立现场总线数据连接。

2、控制单元通过现场总线查询恒压供水单元、施肥执行单元工作状态信息。

3、状态正异常时系统进入相应状态。

4、配置有HMI(人机交互终端)时，HMI做相应提示。

5、配置有数据传输单元时，可向远端发送状态信息，或接受远端信息请求。

步骤3

施肥准备。

1、肥料及施肥量设置。

可通过施肥控制单元HMI选择一种或多种肥料，并制定施肥量。

2、设置灌水定额。可通过施肥控制单元HMI设置本次施肥的灌水定额。

3、施肥控制单元判定所选多种肥料的化学相容性，以及混合、稀释时的热学特性，不相容或有投入次序时，给与提示。

4、固态水溶肥的情况下，控制单元通过温度传感器测量当前给水温度，并以此温度下各种肥料的溶解度作为依据，计算水肥配合比例及肥水总量。

根据施肥执行单元所配置肥料容器如肥料罐的容积计算本次是否需要分多次配合肥液，以及分施次数、每次各种肥水投入数量。

5、控制单元结合所给定灌水定额计算喷灌机的行进百分率。

6、施肥控制单元控制施肥执行单元将肥液充分搅拌混合。

步骤4

施肥(水肥一体化灌溉)。

1、根据计算结果配置肥液。

2、通过HMI指示施肥开始。

3、控制单元启动恒压供水单元。

4、控制单元监测恒压供水单元的压力值到达设定值后输出百分率信号，启动喷灌机。

5、控制单元向施肥执行单元发送启动指令。

6、施肥执行单元的变频器根据喷灌机的喷洒流量不同随动控制注肥泵流量实施注肥。

7、控制单元直接或间接定期采集入机流量传感器、液位传感器、压力传感器信息。

8、控制单元根据流量传感器数值，通过逻辑计算，变换为施肥执行单元变频器频率数字，通过现场总线，作为外部给定传送至施肥执行单元变频器。

9、控制单元通过HMI或数据传送单元提示或发送施肥运行状态及本次施肥结束时间等。

步骤5

中途肥液准备及异常。

1、控制单元检测到液位传感器数值为肥液无时，停止施肥执行单元，延时一定时间后停止喷灌机及恒压供水系统。通过HMI或数据传送单元发送状态，并等待下次肥液准备。

2、控制单元检测到预期外传感信息、运行状态异常时，停止施肥执行单元，延时一定时间后停止喷灌机及恒压供水系统。通过HMI或数据传送单元发送状态，并等待使用者处理。也可根据预先设定采取动作。

3、施肥执行单元配备多个肥料容器时，一个容器肥液用完后，通过电磁阀将肥液通道自动切换另一个。(此时要求用户预先配置好肥液。)

步骤6

外部干预。

通过HMI或数据传送单元接受各单元控制信息及指令输入及传感信息、运行状态的实时查询。

步骤7

施肥结束后，施肥清洗。

控制单元自动停止施肥执行单元。考虑水肥一体化灌溉的需求，调节百分率计时器，清洗并达到灌水定额。

步骤8

清洗结束，系统断电。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

通过配备恒压供水单元解决喷头开闭造成的水压波动，提高施肥控制系统的运行可靠性和喷洒均匀性。

通过变频器调节注肥泵流量随着喷灌机的入机流量(恒压供水单元的供水流量)变化，尤其是对于带尾枪的圆形喷灌机和平移式喷灌机在尾枪开启与关闭时间段内流量变化幅度大的情况，保证整个喷灌范围内施肥浓度及施肥量的精准和恒定。

综合考虑入机水温、肥料特性、喷灌机特性、按照肥料在不同温度水中的溶解度精确计算，合理提高肥液浓度，提高施肥效率。精确调控注肥泵注肥量与喷灌机的喷洒流量的精准配合，实现喷灌机控制范围内精准施肥。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种喷灌机的施肥控制系统，所述施肥控制系统用于圆形或平移式喷灌机，其特征在于，所述系统包括恒压供水单元、控制单元以及施肥执行单元；

所述施肥执行单元与所述控制单元连接，用于根据所述控制单元发送的所述第二控制信号配置对应浓度和对应体积的肥液，并且调整向圆形或平移式喷灌机注入肥液的流量；

所述控制单元包括处理器、温度传感器、流量传感器以及人机交互终端；

所述处理器，根据所述温度传感器上传的温度、所述流量传感器上传的流量、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及所述灌溉要求生成所述第二控制信号和第一控制信号；

所述处理器还包括第二控制单元，所述第二控制单元根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型计算得到对应肥料类型的肥液浓度；利用所述肥液浓度、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及单位面积施肥量计算得到圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积；利用所述圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积、所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度以及所述流量传感器上传的供水流量得到注肥泵的注肥流量以及所述圆形或平移式喷灌机的百分率计时器设定值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述恒压供水单元包括第一变频器、压力传感器以及供水水泵；所述压力传感器用于测量圆形或平移式喷灌机首部主输水管的压力，并将测量的压力信号传递给所述第一变频器，由所述第一变频器根据所述圆形或平移式喷灌机主输水管的压力调整所述供水水泵的供水压力；所述第一变频器根据所述第一控制信号调整所述供水水泵的供水压力和供水流量。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述施肥执行单元包括注肥泵、第二变频器以及肥液容器；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器包括第一控制单元，所述第一控制单元根据所述温度传感器上传的温度、所述肥料类型计算得到对应肥料类型的肥液浓度；利用所述肥液浓度、所述圆形或平移式喷灌机的固有参数以及单位面积施肥量计算得到圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积；利用所述圆形喷灌机运行一圈喷灌的肥液体积或平移式喷灌机走完整个地块长度喷灌的肥液体积、所述圆形或平移式喷灌机喷洒到田间的肥液的浓度以及所述圆形或平移式喷灌机运行的时间得到所述注肥泵的所述注肥流量和所述供水水泵的供水流量。

5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述控制单元还包括数据传输子单元，所述数据传输子单元与所述处理器连接，用于将所述温度传感器检测到的温度和流量传感器检测到的流量、所述肥液浓度、肥液体积以及所述灌溉要求传递给远程服务端。

6.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述控制单元还包括液位传感器，所述液位传感器安装于肥液容器内，用于检测液位并传递给所述处理器，由所述处理器根据所述液位对所述施肥执行单元和恒压供水单元的启停进行控制。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述施肥执行单元还包括搅拌器，设置于所述肥液容器内。