CN105557463A - 设施栽培水肥一体化灌溉系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种设施栽培水肥一体化灌溉系统和方法，包括：供水端出水口分别连接混液罐入水口和母液罐入水口，母液罐出水口通过第一水泵连接混液罐注液口，将母液罐中的肥料原液和供水端的水体通过混液罐进行混合，所述混液罐出水口通过第一水泵连接灌溉终端，通过第一水泵抽出混合后的肥料对农作物进行灌溉，对浇灌后的回收液进行回收处理，收集在第一回收罐中，通过第一回收罐返回到混液罐入水口。本发明结构简单，安装便捷，自动化程度高，节省劳力，降低劳动强度。本发明在设施栽培过程中通过对环境数据的收集，灵活调整灌溉施肥量，并将营养液回收利用，节水、节肥效果明显。

Description

设施栽培水肥一体化灌溉系统和方法

技术领域

本发明涉及农业灌溉控制领域，尤其涉及一种设施栽培水肥一体化灌溉系统和方法。

背景技术

我国水肥一体化技术发展至今，在引进和吸收国外先进工艺的基础上，水肥一体化设备的规模化生产也逐步形成，在生产上由试验示范，逐渐发展到大面积推广。

我国水肥一体化灌溉总体技术水平已从上世纪80年代的初级阶段发展提高到现在的中级阶段。一些科研单位与企业合作，因地制宜，研发出多种施肥设备和技术，包括压差施肥罐、文丘里施肥器、移动式灌溉施肥机、自重压差施肥法、泵吸施肥法、施肥综合控制系统、膜下滴灌施肥技术、痕量灌溉技术等。但是，从整体上分析，我国水肥一体化技术系统的管理水平相对较低；应用灌溉施肥技术的覆盖面积所占比例还小，水肥耦合的理论与应用研究成果仍较少，深度不够；水肥一体化技术所需的专用肥料的研究和开发刚刚起步；国内某些微灌设备产品和配套设备的质量同国外同类先进产品相比仍存在较大差距。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种设施栽培水肥一体化灌溉系统和方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种设施栽培水肥一体化灌溉系统，包括：第一水泵、混液罐、母液罐、灌溉终端、回收罐；

供水端出水口分别连接混液罐入水口和母液罐入水口，母液罐出水口通过第一水泵连接混液罐注液口，将母液罐中的肥料原液和供水端的水体通过混液罐进行混合，所述混液罐出水口通过第一水泵连接灌溉终端，通过第一水泵抽出混合后的肥料对农作物进行灌溉，对浇灌后的回收液进行回收处理，收集在第一回收罐中，通过第一回收罐返回到混液罐入水口。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括酸液罐；

所述供水端出水口还连接酸液罐入水口，所述酸液罐出水口通过第一水泵连接混液罐入水口，通过酸液罐对混液罐中的PH值进行调整，达到灌溉要求。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括高位罐和第二回收罐；

第一回收罐出水口通过第一潜水泵连接高位罐入水口，所述高位罐出水口连接第二回收罐入水口，所述第二回收罐出水口通过第一潜水泵连接混液罐入水口，通过高位罐将回收液进行第一次过滤之后，由第二回收罐输送到混液罐。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括过滤系统；

在高位罐出水口和第二回收罐入水口之间安装过滤系统。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括紫外线消毒灯；

所述第二回收罐出水口和混液罐入水口之间的管路上安装紫外线消毒灯，对回收的回收液进行消毒。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括文丘里施肥器；

所述母液罐出水口与混液罐入水口之间安装文丘里施肥器，通过第一水泵带动控制母液罐进行输送肥料。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括流量计；

在混液罐出水口和灌溉终端的管路上安装流量计，对输出的灌溉肥料进行流量监控和显示。

本发明还公开一种设施栽培水肥一体化灌溉方法，包括如下步骤：

S1，启动自动灌溉模式，通过光照传感器判断外界阳光照射状态，如果达到灌溉条件，启动第一水泵进行工作，如果光照传感器判断不符合灌溉条件，则不启动第一水泵，等待光照状态达到灌溉条件再启动第一水泵工作；

S2，通过混液罐液位传感器判断液位是否达到灌溉要求，如果混液罐液位没有达到灌溉要求执行S5，如果混液罐液位达到灌溉要求，继续启动第一水泵工作，通过第一水泵将母液罐中的肥料原液抽入混液罐，同时混液罐进行注水配比；

S3，混液罐在混合母液罐中的肥料原液和水时，通过酸液罐对PH值进行调节，通过母液罐中的肥料原液对EC值进行调配，即当EC值高于设定值时，对混液罐进行加清水，当EC值低于设定值时，对混液罐进行加肥料操作，直到符合预先设定的值；

S4，此时灌溉终端电磁阀打开对农作物进行灌溉，在灌溉过程中，通过温度传感器和湿度传感器对农作物进行实时数据采集，判断温度状态和湿度状态是否达到预先设定值；

S5，如果达到灌溉设定值要求，灌溉终端电磁阀关闭，停止灌溉。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明结构简单，安装便捷，自动化程度高，节省劳力，降低劳动强度。本发明在设施栽培过程中通过对环境数据的收集，灵活调整灌溉施肥量，并将营养液回收利用，节水、节肥效果明显，可以根据不同品种、不同季节、不同气候环境精确调节肥料配比和灌溉施肥量，并实现对水肥用量和灌溉时间等的有效控制，充分发挥水肥耦合作用，提高了水肥利用效率，降低了地表水蒸发及肥料消耗，减轻对环境的污染。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明装置示意图；

图2是本发明工作流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，一种设施栽培水肥一体化灌溉系统，包括：第一水泵、混液罐、母液罐、灌溉终端、回收罐；

供水端出水口分别连接混液罐入水口和母液罐入水口，母液罐出水口通过第一水泵连接混液罐注液口，将母液罐中的肥料原液和供水端的水体通过混液罐进行混合，所述混液罐出水口通过第一水泵连接灌溉终端，通过第一水泵抽出混合后的肥料对农作物进行灌溉，对浇灌后的回收液进行回收处理，收集在第一回收罐中，通过第一回收罐返回到混液罐入水口。在供水端出水口安装球阀对水量进行控制，在混液罐入水口处也安装球阀进行输送控制，并且在混液罐入水口还安装止回阀和电磁阀，所述止回阀用于防止水源倒流，所述电磁阀能够通过远程终端对电磁阀进行控制通断，所述母液罐的入水口处也安装球阀或者电磁阀对母液罐的水量进行控制，所述母液罐出水口处安装球阀和过滤器，通过过滤器对水质进行净化过滤，在过滤器两端分别安装活接头，能够定期对过滤器进行清洗或者更换，所述第一水泵控制母液罐向混液罐中注入液体肥料，在混液罐注液口处安装文丘里施肥器，所述文丘里施肥器水泵控制端连接第一水泵输液端，所述文丘里施肥器母液注液端连接母液罐出水口，所述文丘里施肥器混液注液端连接混液罐注液口，所述混液罐注液口还安装有转子流量计、止回阀和电磁阀，对从母液罐注入的肥料原液进行流量监控和实时控制，所述第一水泵与混液罐出水口之间和第一水泵与灌溉终端连接端分别安装活接头，用于对第一水泵的拆卸和清洗，所述第一水泵出水口还安装球阀、止回阀和压力表，通过压力表监控第一水泵的实时压力状态，能够通过并联若干所述母液罐以及上述相关的管路部件配置，设置若干个母液罐进行液体肥料的调配。所述灌溉终端根据需要灌溉的农作物的多少进行拓扑安装，在每个灌溉终端与第一水泵出水口的管路之间安装电磁阀，通过电磁阀对灌溉终端的水量进行控制，并且每个灌溉终端的管路尽头都安装管堵，为了保护管路尽头。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括酸液罐；

所述供水端出水口还连接酸液罐入水口，所述酸液罐出水口通过第一水泵连接混液罐入水口，通过酸液罐对混液罐中的PH值进行调整，达到灌溉要求。所述酸液罐出水口安装球阀或者电磁阀和过滤器，在过滤器两端分别安装活接头，能够定期对过滤器进行清洗或者更换。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括高位罐和第二回收罐；

第一回收罐出水口通过第一潜水泵连接高位罐入水口，所述高位罐出水口连接第二回收罐入水口，所述第二回收罐出水口通过第一潜水泵连接混液罐入水口，通过高位罐将回收液进行第一次过滤之后，由第二回收罐输送到混液罐。所述第二回收罐出水口通过第二潜水泵连接混液罐入水口，通过第二潜水泵将第二回收罐的回收液抽取到混液罐中，所述高位罐出水口安装球阀、电磁阀和过滤器，通过高位罐对回收液进行过滤之后，通过过滤器进行再次过滤，在过滤器两端分别安装活接头，能够定期对过滤器进行清洗或者更换。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括紫外线消毒灯；

所述第二回收罐出水口和混液罐入水口之间的管路上安装紫外线消毒灯，对回收的回收液进行消毒。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括文丘里施肥器；

所述母液罐出水口与混液罐入水口之间安装文丘里施肥器，通过第一水泵带动控制母液罐进行输送肥料。

所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，优选的，还包括流量计；

在混液罐出水口和灌溉终端的管路上安装流量计，对输出的灌溉肥料进行流量监控和显示。

如图2所示，本发明还公开一种设施栽培水肥一体化灌溉方法，包括如下步骤：

S1，启动自动灌溉模式，通过光照传感器判断外界阳光照射状态，如果达到灌溉条件，启动第一水泵进行工作，如果光照传感器判断不符合灌溉条件，则不启动第一水泵，等待光照状态达到灌溉条件再启动第一水泵工作；

S2，通过混液罐液位传感器判断液位是否达到灌溉要求，如果混液罐液位没有达到灌溉要求执行S5，如果混液罐液位达到灌溉要求，继续启动第一水泵工作，通过第一水泵将母液罐中的肥料原液抽入混液罐，同时混液罐进行注水配比；

S3，混液罐在混合母液罐中的肥料原液和水时，通过酸液罐对PH值进行调节，通过母液罐中的肥料原液对EC值进行调配，即当EC值高于设定值时，对混液罐进行加清水，当EC值低于设定值时，对混液罐进行加肥料操作，直到符合预先设定的值；

S4，此时灌溉终端电磁阀打开对农作物进行灌溉，在灌溉过程中，通过温度传感器和湿度传感器对农作物进行实时数据采集，判断温度状态和湿度状态是否达到预先设定值；

S5，如果达到灌溉设定值要求，灌溉终端电磁阀关闭，停止灌溉。

水肥一体化灌溉是目前最先进的灌溉施肥技术之一。针对我国现有灌溉施肥系统管理水平低下、自动化程度低、农药化肥施用量大等不足，设计提供一种新的水肥一体化灌溉系统，满足设施栽培过程中灌溉施肥的需要，达到节约水肥、节省劳力、控温降湿、减少农药化肥使用及改善品质等多重效果。

本发明中，设施栽培水肥一体化灌溉系统由母液配制、精确配肥、定量灌溉、营养液回收等部分组成。母液配制包括多种肥料的高浓度母液配制和调节PH值的酸液配制。精确配肥包括管道泵、转子流量计、文丘里施肥器、吸肥电磁阀、PH传感器和EC传感器等，其中EC值是用来测量溶液中可溶性盐浓度的，也可以用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度。定量灌溉包括流量计、光照传感器、土壤温湿度传感器和灌溉管网等。营养液回收包括回收管网、过滤系统、紫外线消毒系统等。

本系统由母液配制、精确配肥、定量灌溉和营养液回收等部分组成。

母液配制由多个营养液母液罐和一个调节PH值的酸液罐组成，并分别配有进水管、过滤器等。高浓度的母液和酸液均由人工进行配制。

精确配肥包括混液罐、立式多级离心泵、文丘里施肥器、转子流量计、EC传感器、PH传感器和吸肥电磁阀等。混液罐安装有进水管，混液罐出口连接立式多级离心泵。离心泵出口分为两条管路，一条为配肥管路，另一条为灌溉管路。混液罐中的液体经过离心泵加压后，进入配肥管路，作为文丘里施肥器的动力来源，通过球阀手动调节配肥管路压力。母液罐和酸液罐内的溶液在文丘里施肥器的作用下被吸入配肥管路，通过转子流量计手动调节各路溶液的流量大小，与配肥管路的液体混合，并回到混液罐。EC传感器和PH传感器安装在混液罐内。同时混液罐内还安装有液位传感器，用于控制混液罐内液位，防止液位过低离心泵空转或者液位过高营养液溢出。

定量灌溉包括立式多级离心泵、流量计、过滤器、灌溉电磁阀、灌溉管路、滴箭、光照传感器和土壤温湿度传感器等。光照传感器和土壤温湿度传感器安装在通风良好，无遮挡的地方。灌溉与配肥共用一台离心泵，离心泵出口灌溉管路上安装有流量计和过滤器。栽培区分区域分别安装有灌溉电磁阀，某一区域需要灌溉施肥时，打开区域灌溉电磁阀，通过灌溉管路和滴箭进行灌溉施肥。

营养液回收包括回收管路、两个回收罐、高位罐、过滤系统和紫外线消毒器等。没有被植物吸收的营养液经过回收管路汇合到回收罐一，通过潜水泵提升至高位罐，在重力作用下自流进入过滤系统。过滤后的营养液收集在回收罐二，经过潜水泵加压后，通过紫外线消毒器，然后再回到混液罐。

首先，人工配置好母液罐和酸液罐内的高浓度溶液。

其次，通过光照传感器和土壤温湿度传感器收集环境数据。当环境参数达到设定值时，水肥一体化灌溉系统启动。EC传感器和PH传感器检测混液罐内营养液EC和PH值是否在设定范围内。当EC低于设定值时，各路母液电磁阀打开，进行吸肥；当EC达到设定范围时，母液电磁阀关闭，完成配肥；当EC高于设定值时，混液罐进水电磁阀打开，稀释混液罐内营养液至设定EC范围。同理，当PH高于设定值时，酸液电磁阀打开，进行吸肥；当PH达到设定范围时，酸液电磁阀关闭，完成PH调节；当PH低于设定值时，混液罐进水电磁阀打开，调节混液罐内营养液至设定PH范围。自动打开各区域灌溉电磁阀，进行灌溉施肥。直到土壤温湿度传感器检测到土壤温湿度数据满足植物生长需求，自动关闭水肥一体化自动灌溉系统。

最后，没有被植物吸收的多余营养液经过回收、过滤、消毒等一系列步骤之后，回到混液罐进行循环利用。

本发明结构简单，安装便捷，自动化程度高，节省劳力，降低劳动强度。本发明在设施栽培过程中通过对环境数据的收集，灵活调整灌溉施肥量，并将营养液回收利用，节水、节肥效果明显，可以根据不同品种、不同季节、不同气候环境精确调节肥料配比和灌溉施肥量，并实现对水肥用量和灌溉时间等的有效控制，充分发挥水肥耦合作用，提高了水肥利用效率，降低了地表水蒸发及肥料消耗，减轻对环境的污染。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，包括：第一水泵、混液罐、母液罐、灌溉终端、回收罐；

供水端出水口分别连接混液罐入水口和母液罐入水口，母液罐出水口通过第一水泵连接混液罐注液口，将母液罐中的肥料原液和供水端的水体通过混液罐进行混合，所述混液罐出水口通过第一水泵连接灌溉终端，通过第一水泵抽出混合后的肥料对农作物进行灌溉，对浇灌后的回收液进行回收处理，收集在第一回收罐中，通过第一回收罐返回到混液罐入水口。

2.根据权利要求1所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，还包括酸液罐；

所述供水端出水口还连接酸液罐入水口，所述酸液罐出水口通过第一水泵连接混液罐入水口，通过酸液罐对混液罐中的PH值进行调整，达到灌溉要求。

3.根据权利要求1所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，还包括高位罐和第二回收罐；

第一回收罐出水口通过第一潜水泵连接高位罐入水口，所述高位罐出水口连接第二回收罐入水口，所述第二回收罐出水口通过第一潜水泵连接混液罐入水口，通过高位罐将回收液进行第一次过滤之后，由第二回收罐输送到混液罐。

4.根据权利要求3所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，还包括过滤系统；

在高位罐出水口和第二回收罐入水口之间安装过滤系统。

5.根据权利要求3所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，还包括紫外线消毒灯；

所述第二回收罐出水口和混液罐入水口之间的管路上安装紫外线消毒灯，对回收的回收液进行消毒。

6.根据权利要求1所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，还包括文丘里施肥器；

所述母液罐出水口与混液罐入水口之间安装文丘里施肥器，通过第一水泵带动控制母液罐进行输送肥料。

7.根据权利要求1所述的设施栽培水肥一体化灌溉系统，其特征在于，还包括流量计；

在混液罐出水口和灌溉终端的管路上安装流量计，对输出的灌溉肥料进行流量监控和显示。

8.一种设施栽培水肥一体化灌溉方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，启动自动灌溉模式，通过光照传感器判断外界阳光照射状态，如果达到灌溉条件，启动第一水泵进行工作，如果光照传感器判断不符合灌溉条件，则不启动第一水泵，等待光照状态达到灌溉条件再启动第一水泵工作；

S2，通过混液罐液位传感器判断液位是否达到灌溉要求，如果混液罐液位没有达到灌溉要求执行S5，如果混液罐液位达到灌溉要求，继续启动第一水泵工作，通过第一水泵将母液罐中的肥料原液抽入混液罐，同时混液罐进行注水配比；

S3，混液罐在混合母液罐中的肥料原液和水时，通过酸液罐对PH值进行调节，通过母液罐中的肥料原液对EC值进行调配，即当EC值高于设定值时，对混液罐进行加清水，当EC值低于设定值时，对混液罐进行加肥料操作，直到符合预先设定的值；

S4，此时灌溉终端电磁阀打开对农作物进行灌溉，在灌溉过程中，通过温度传感器和湿度传感器对农作物进行实时数据采集，判断温度状态和湿度状态是否达到预先设定值；

S5，如果达到灌溉设定值要求，灌溉终端电磁阀关闭，停止灌溉。