CN105052336A - 一种水肥一体滴灌智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于系统由滴灌带带体、滴头节点、每个滴头附近的土壤属性传感器模块节点、滴灌带内水肥压力传感器、滴灌水输入管道、滴灌水输入管道电磁阀、滴灌肥输入管道、滴灌肥输入管道电磁阀、嵌入式模块和远端决策主机组成。本智能控制系统通过在滴管带滴头处安装相关传感器，实时采集土壤情况，并将信息传回至主机，辅助决策者对水肥的比例和滴管量等参数做出最佳判断，从而实现自动调节水肥比例和流速，达到节水灌溉和精准水肥一体灌溉等目标。

Description

一种水肥一体滴灌智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种可智能控制水肥一体灌溉的系统，属于农业节水机械领域。

背景技术

我国作为农业大国，提高农业生产效率一直以来是我国农业技术的发展方向。国务院在关于积极推进“互联网+”行动的指导意见(国发[2015]40号)文件中提出“在基础较好的领域和地区，普及基于环境感知、实时监测、自动控制的网络化农业环境监测系统。在大宗农产品规模生产区域，构建天地一体的农业物联网测控体系，实施智能节水灌溉、测土配方施肥、农机定位耕种等精准化作业。”可见“节水灌溉”和“测土配方施肥”是发展农业技术的重要手段之一。

水肥一体技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，是将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量，浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

专利一种移动式水肥一体滴灌泵站(专利号：CN103168546A)和专利水肥一体定量追肥器(专利号：CN104303680A)均设计了新型装置实现高效的水肥一体滴管。然而，施肥是一个长期过程，要不断的对土壤进行检测，才可以实现精准的“测土配方施肥”。因此需要一种可测量土壤状况，并根据土壤情况反馈调节滴定方式和水肥比例的水肥一体滴灌智能控制系统，目前的农机设备中并无此类设备。

本发明结合传感器技术、电子计算机、机械和软件等多方面技术，实现了一种水肥一体滴灌智能控制系统，通过在滴管带滴头处安装相关传感器，实时采集土壤情况，并将信息传回至主机，辅助决策者对水肥的比例和滴管量等参数做出最佳判断，从而实现精准的水肥一体滴灌，为国家“节水灌溉”和“测土配方施肥”的发展提供农业机械设备保证。

发明内容

本发明公布一种水肥一体滴灌智能控制系统。本智能控制系统可实现实时测量滴管带滴头附近土壤属性状况，自动调节水肥比例和流速，达到节水灌溉和精准灌溉等目标。

本发明技术方案是这样的，本发明公布的水肥一体滴灌智能控制系统如图1所示，由滴灌带带体1、滴头节点2、每个滴头附近的土壤属性传感器模块节点3、滴灌带内水肥压力传感器4、滴灌水输入管道5、滴灌水输入管道电磁阀6、滴灌肥输入管道8、滴灌肥输入管道电磁阀7、嵌入式模块9和远端决策主机10组成。

智能控制流程如图2所示，流程主要分为11、12、13和14四个步骤，循环进行。

本发明的工作原理是，嵌入式模块9控制滴灌带滴头附近的传感器模块3获得土壤属性信息，如土壤湿度、温度、肥料浓度、氧气浓度和二氧化碳浓度等。通过电缆、光缆或无线信息通道，将数据发送至决策主机10中。数据经整理分析后，呈现给决策者，下达水肥滴灌溉决策指令。决策指令传输到嵌入式模块9中，通过控制水路电磁阀6和肥路电磁阀7，以及读取水压传感器4中的数据，实现对滴灌带中水肥混合比例、流速、流量等参数的控制，并保持滴灌带内此些参数准确、稳定。

滴灌带滴头附近的传感器模块3通常由多种传感器组成，如测量土壤湿度、温度、肥料浓度、氧气浓度和二氧化碳浓度的传感器等。传感器采集到的数据信息通过电缆、光纤或无线方式传输汇总到嵌入式模块9中。根据农田条件，嵌入式9中的数据结果可通过有线电缆、光纤或无线传输通道将数据传输至远端主机。主机往往具有强大的运算能力和足够的存储空间。通过对实时数据的分析和与历史数据的对比，并可以与其他系统传回来的土壤属性进行对比，利用大数据分析方法，可以深入挖掘测量数据的内部含义，指导水肥一体滴灌策略。

本发明的优点和积极效果是：

本发明所述的水肥一体滴灌智能控制系统，有别与其他水肥滴灌控制系统。本发明是通过实时测量滴管带滴头处的土壤属性，指导选取水肥一体滴灌的水肥配比、水肥流速和水肥流量等重要参数。实现了真正的闭环控制，使得水肥灌溉更加精准，提高了水肥灌溉的效率和精准度，可提高农业生产效率，提升农业发展技术。

附图说明

图1是水肥一体滴灌智能控制系统设计示意图。

图2是水肥一体滴灌智能控制系统运行示意图。

具体实施方式

实施方式一：

在滴灌带滴头处的传感器模块中放置湿度传感器、二氧化碳传感器和元素氮浓度传感器。将此滴灌带按照要求埋入地下，滴灌带滴头处于农作物根部附近。根据农作物生长情况和种类，设置预期达到的土壤水肥目标值。光纤通信具有抗腐蚀、稳定、成本低等优点，本实施方式采用光纤通讯作为各个传感器节点间的通讯方式。首先，嵌入式单元通过光纤与各个滴头处的传感器模块通信，从传感器中获得滴头附近的土壤信息，判断是否达到预设目标值，若未达到，则开启输入水路或输入肥路的电磁阀，调整水肥比例。开启一段时间后，会再次通过传感器获得滴头附近处的土壤湿度、二氧化碳浓度和肥料浓度信息，不断调整水肥的混合比例和滴管流量等，使其最终达到水肥滴管预设值并输出稳定。嵌入式主机通过无线的方式，将其所控制的滴灌带附近的土壤信息发回至主机数据库中。主机上有数据统计软件，将此片农田的历史数据和现在数据等信息展现给经验丰富的操作人员，由操作人员决策下一步水肥一体滴灌策略。主机将策略下传给农田现场的嵌入式主机中，嵌入式主机根据获得的滴灌方案，定时开启、停止和调整滴灌过程。并保持定时的发送数据至远端主机。

远端主机中的分析软件，具有报警和辅助决策功能。如当系统判断到土壤中水肥比例或水肥含量需进一步调整，但通过控制电子阀等部件无明显效果时，系统会主动发出报警信息，通知主机前的最高决策者，系统会怀疑可能出现了滴管带滴头堵塞等状况。结合使用初始化时输入的农作物信息，其预计生长曲线及预期的水肥灌溉曲线，本系统会将实时检测到的土壤信息与此类预置信息比较，做出智能判断，提示用户目前作物的生长环境与预期的偏差，建议调整水肥比例和水肥浓度。

Claims (6)

1.一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于：系统由滴灌带带体、滴头节点、每个滴头附近的土壤属性传感器模块节点、滴灌带内水肥压力传感器、滴灌水输入管道、滴灌水输入管道电磁阀、滴灌肥输入管道、滴灌肥输入管道电磁阀、嵌入式模块和远端决策主机组成。

2.根据权利要求1所述的一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于系统控制水肥一体滴灌的过程是首先传感器模块节点获取土壤属性信息，反馈给嵌入式模块，并传输至远端决策主机，由远端决策主机下发灌溉策略至嵌入式模块中，嵌入式模块控制相关器件实施。此运行过程是个循环、闭环过程。

3.根据权利要求1所述的一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于各个传感器模块节点中可以放置的传感器有土壤湿度、温度、肥料浓度、氧气浓度和二氧化碳浓度传感器等与土壤、环境相关的传感器。

4.根据权利要求1所述的一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于各个传感器模块节点与嵌入式主机的通讯方式可以是有线电缆连接、光纤通讯和无线传输方式。

5.根据权利要求1所述的一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于嵌入式主机与远程决策主机间的信息通讯可以是有线电缆连接、光纤通讯和无线传输方式。

6.根据权利要求1所述的一种水肥一体滴灌智能控制系统，其特征在于远端决策主机做出最终决策的主体可以是富有经验的操作者，也可以是具有自学习功能的电脑程序。