CN105660023A - 一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的系统和设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的系统，该系统包括光线检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块，在中央分析控制模块中的运算方法是建立作物营养缺素结果与施肥信息数据之间的关系公式，所述公式为：
Description
技术领域
本发明涉及作物施肥领域，具体是指一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的系统和设备及其方法。
背景技术
农业发展受到越来越多的关注，在农业方发展面开始朝着自动化和无人化的方向迈进。在提供作物最适宜的生长环境的同时，人们对作物每个生长时期作物的营养成分含量进行监督，以保障作物以最好的生长速度生长。
CN201420462226.9描述了一种农业监测系统，尤其是一种农作物生长进度监控系统。该系统包括设于待监控地块两侧的用于监测农作物高度的传感器阵列，所述的传感器阵列连接分区控制器，所述的分区控制器连接有无线发送装置，所述的无线发送装置与无线接收装置进行连接并通讯，所述的无线接收装置连接根据传感器信号结果显示农作物生长进度的控制主机。
但上述专利只是提供一种检测农作物的高度及生长外部状态来了解各个片区的农作物生长状态，并不能检测到作物茎叶中营养含量来及时补充作物所需肥料，也没有研究报道根据作物茎叶营养含量来实现自动施肥的方法和设备。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的系统，其特征在于该系统包括茎叶营养含量检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
其中茎叶营养含量检测模块包含农产品快速检测设备，测定作物茎叶中营养含量数据；
中央分析控制模块中包括茎叶营养含量分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接茎叶营养含量分析模块和运算模块；
所述茎叶营养含量模块接收茎叶中营养含量数据进行分析，并与茎叶营养含量标准数据比对进行缺素分析，并输出缺素结果到运算模块；
所述运算模块中设有缺素结果与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与缺素结果相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
所述输入模块包括施肥信息参数的调整输入端和作物相关信息输入端；
自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
所述缺素结果包括淀粉、蛋白质、糖、脂肪、纤维素、葡萄糖、番茄素、维生素A、维生素B3、维生素C、维生素B、苹果酸、果胶、胡萝卜素、叶酸、钙、镁、锰、锌、铁、钾，缺素结果由茎叶中营养含量数据和茎叶营养含量标准数据比对来确定，确定方法为当所述茎叶中营养含量数据＜茎叶营养含量标准数据，即为该营养成分缺素结果；
所述茎叶营养含量标准数据是指根据作物特定生长时期茎叶所具备的最低营养含量数据。
优选的，所述农产品快速检测设备包括光谱检测仪、光谱数据分析装置，茎叶营养含量数据输出设备。
优选的，所述茎叶中营养含量数据还可通过预先人工输入；所述预先人工输入是指工作人员将采用化学标准方法检测得到的茎叶中营养含量数据通过输入模块输入到中央分析控制模块中。
优选的，所述中央分析控制模块中的运算公式为：
所述预算公式中表示茎叶中营养含量数据与作物相关信息以及土壤营养信息的组合；
所述运算公式f表示组合与施肥信息之间的对应关系；
所述施肥信息包括肥料品种、肥料总重量、浓度、施肥时间以及自动施肥方式；
运算公式中所述N表示茎叶中营养含量数据；所述P表示作物相关信息；所述S表示土壤营养信息；所述F表示肥料的品种；所述R表示所述肥料各品种的重量比例；所述W表示所述每亩所施肥料的重量；所述C表示肥料的浓度；所述T表示施肥时间，表示检测得到缺素结果后开始施肥的时间，即施肥起始时间；所述M表示自动施肥方式；所述O表示其他施肥信息；
所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量；
其中运算公式中的N，P、S、F、R、W、C、T、M、O可以在自动施肥前通过输入模块进行人工设定、调整或保存。
优选的，所述作物相关信息包括作物品种、作物占地面积、作物种植地址、作物生长时期；
所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花；
所述作物生长时期包括播种期、苗期、花期、结荚期、成熟期。
优选的，所述土壤营养信息是指土壤中所含包括氮素、磷素、钾素的含量信息。
优选的，自动施肥前可选择预存的运算公式中的各自动施肥信息值。
优选的，所述肥料品种F包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、水溶性肥料；
所述施肥方式M包括深施、浅施、表施、匀施、冲施、茎叶表面施、撒施法、条施法、穴施法、环施法、喷施法。
优选的，其中所述缺素结果为纤维素时，所述施肥时间0≤T≤4h，每亩所施肥料的重量为1g≤W≤50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、水溶性肥料、中量元素、微量元素的一种或几种；
优选的，所述自动施肥模块中包括肥料组成自动调配系统以及自动施肥的喷灌或微灌系统；
所述肥料组成自动调配系统是指能够接受施肥信息数据自动配置所需肥料的系统，包括称量系统、搅拌系统、肥料输送系统；
所述自动施肥喷灌系统包括固定式喷灌系统、半固定式喷灌系统以及移动式喷灌系统；
所述自动施肥微灌系统包括滴灌系统、微喷灌系统、雾喷系统、地埋灌溉系统、小管出流灌系统以及渗灌系统。
本发明还提供一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的设备组，其特征在于包括农产品快速检测设备、中央分析控制设备以及自动施肥设备并依次连接；
所述农产品快速检测设备是指通过检测仪检测茎叶数据并将其传输给数据分析装置，分析得到茎叶营养含量数据并将该数据通过输出设备输出到中央分控制模块的设备，包括检测仪、数据分析装置、茎叶营养含量数据输出设备；
所述中央分析控制设备是指能够将检测到的茎叶营养含量数据与茎叶营养含量标准数据进行比对分析得到缺素结果，能够通过运算将缺素结果与施肥信息相匹配，并且还能够输入肥信息参数和缺素结果的设备，；
所述自动施肥设备是指能够接受中央分析控制系统输出的施肥信息数据并进行自动施肥操作的系统，包括肥料组成自动调配装置和自动施肥喷灌或微灌装置；
所述检测仪器包括光谱检测仪，所述检测茎叶数据包括茎叶光谱数据，所述数据分析装置包括光谱数据分析装置。
本发明还提供应用上所述系统或设备组解决作物茎叶营养含量不足的自动施肥方法，其中所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花；所述肥料品种包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、水溶性肥料。
本发明的有益效果：
1、解决作物在生长期间茎叶营养含量不足的情况下，自动施肥以补偿作物生长过程中营养元素的缺失；
2、节约人力成本，自动检测作物茎叶缺素情况情况，实现自动化施肥；
3、自动调节作物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质，而且能够大大减少能耗，降低成本；
4、该方法具有监控和管理功能，实现作物生长期间自动施肥系统更加智能化和人性化。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
以长叶期菠菜作为实验作物，采用本发明提供的系统来解决根据作物茎叶营养含量的自动施肥问题，系统包括茎叶营养含量检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
其中茎叶营养含量检测模块包含农产品快速检测设备，测定作物茎叶中营养含量数据；
中央分析控制模块中包括茎叶营养含量分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接茎叶营养含量分析模块和运算模块；
所述茎叶营养含量模块接收茎叶中营养含量数据进行分析，并与茎叶营养含量标准数据比对进行缺素分析，并输出缺素结果到运算模块；
所述运算模块中设有缺素结果与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与缺素结果相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
所述输入模块包括施肥信息参数的调整输入端和作物相关信息输入端；
自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
采用农产品快速检测设备检测菠菜叶中的营养品质，并通过中央分析控制模块得到菠菜叶中所缺的营养元素，长叶期菠菜叶中的维生素标准含量范围为0.90～1.56mg/g，检测得到维生素含量为0.56mg/g，比对得到缺素结果为维生素C，其中作物相关信息P＝(10亩，长叶期，菠菜)，土壤营养品质为氮0.25％，磷(P2O5)0.2％，钾(K2O)2％。
根据分析结果，通过缺素结果与施肥信息数据之间的关系公式：
所述F表示肥料的品种，此处F＝(有机肥、氮肥、磷肥、钾肥)；
所述R表示所述肥料各品种的重量比例，此处R为W有机肥：W氮肥：W磷肥：W钾肥＝55:2.8:0.9:4.2；
所述W表示所述肥料的总重量，此处W＝10kg；
所述C表示肥料的浓度，此处C＝2％；
所述T表示施肥时间，此处施肥时间T＝30分钟；
所述M表示自动施肥方式，此处M＝滴灌喷施；
所述O表示其他施肥信息，此处没有其他施肥信息。
将上述施肥信息传输到自动施肥模块，自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥，通过肥料组成自动调配装置配置肥料，并通过自动施肥滴灌装置，对花生作物进行喷施施肥。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (12)
1.一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的系统，其特征在于该系统包括茎叶营养含量检测模块、中央分析控制模块以及自动施肥模块；
其中茎叶营养含量检测模块包含农产品快速检测设备，测定作物茎叶中营养含量数据；
中央分析控制模块中包括茎叶营养含量分析模块、运算模块、输入模块，输入模块连接茎叶营养含量分析模块,分析模块连接运算模块；
所述茎叶营养含量模块接收茎叶中营养含量数据进行分析，并与茎叶营养含量标准数据比对进行缺素分析，并输出缺素结果到运算模块；
所述运算模块中设有缺素结果与施肥信息之间的运算公式，根据运算公式得到与缺素结果相匹配的施肥信息，并传输到自动施肥模块；
所述输入模块包括施肥信息参数的调整输入端和作物相关信息输入端；
自动施肥模块根据施肥信息对作物施肥。
所述缺素结果包括淀粉、蛋白质、糖、脂肪、纤维素、葡萄糖、番茄素、维生素A、维生素B3、维生素C、维生素B、苹果酸、果胶、胡萝卜素、叶酸、钙、镁、锰、锌、铁、钾，缺素结果由茎叶中营养含量数据和茎叶营养含量标准数据比对来确定，确定方法为当所述茎叶中营养含量数据＜茎叶营养含量标准数据，即为该营养成分缺素结果；
所述茎叶营养含量标准数据是指根据作物特定生长时期茎叶所具备的最低营养含量数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述农产品快速检测设备包括光谱检测仪、光谱数据分析装置，茎叶营养含量数据输出设备。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述茎叶中营养含量数据还可通过预先人工输入；所述预先人工输入是指工作人员将采用化学标准方法检测得到的茎叶中营养含量数据通过输入模块输入到中央分析控制模块中。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述中央分析控制模块中的运算公式为：
所述预算公式中表示茎叶中营养含量数据与作物相关信息以及土壤营养信息的组合；
所述运算公式f表示组合与施肥信息之间的对应关系；
所述施肥信息包括肥料品种、肥料总重量、浓度、施肥时间以及自动施肥方式；
运算公式中所述N表示茎叶中营养含量数据；所述P表示作物相关信息；所述S表示土壤营养信息；所述F表示肥料的品种；所述R表示所述肥料各品种的重量比例；所述W表示所述每亩所施肥料的重量；所述C表示肥料的浓度；所述T表示施肥时间，表示检测得到缺素结果后开始施肥的时间，即施肥起始时间；所述M表示自动施肥方式；所述O表示其他施肥信息；
所述其他施肥信息包括施肥周期、自动施肥流量；
其中运算公式中的N，P、S、F、R、W、C、T、M、O可以在自动施肥前通过输入模块进行人工设定、调整或保存。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述作物相关信息包括作物品种、作物占地面积、作物生长时期；
所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花；
所述作物生长时期包括播种期、苗期、花期、结荚期、成熟期。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述土壤营养信息是指土壤中所含包括氮素、磷素、钾素的含量信息。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于自动施肥前可选择预存的运算公式中的各自动施肥信息值。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述肥料品种F包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、水溶性肥料；
所述施肥方式M包括深施、浅施、表施、匀施、冲施、茎叶表面施、撒施法、条施法、穴施法、环施法、喷施法。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于其中所述缺素结果为纤维素时，所述施肥时间0≤T≤4h，每亩所施肥料的重量为1g≤W≤50kg，肥料品种为氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、水溶性肥料、中量元素、微量元素的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述自动施肥模块中包括肥料组成自动调配系统以及自动施肥的喷灌或微灌系统；
所述肥料组成自动调配系统是指能够接受施肥信息数据自动配置所需肥料的系统，包括称量系统、搅拌系统、肥料输送系统；
所述自动施肥喷灌系统包括固定式喷灌系统、半固定式喷灌系统以及移动式喷灌系统；
所述自动施肥微灌系统包括滴灌系统、微喷灌系统、雾喷系统、地埋灌溉系统、小管出流灌系统以及渗灌系统。
11.一种根据作物茎叶营养含量自动施肥的设备组，其特征在于包括农产品快速检测设备、中央分析控制设备以及自动施肥设备并依次连接；
所述农产品快速检测设备是指通过检测仪检测茎叶数据并将其传输给数据分析装置，分析得到茎叶营养含量数据并将该数据通过输出设备输出到中央分控制模块的设备，包括检测仪、数据分析装置、茎叶营养含量数据输出设备；
所述中央分析控制设备是指能够将检测到的茎叶营养含量数据与茎叶营养含量标准数据进行比对分析得到缺素结果，能够通过运算将缺素结果与施肥信息相匹配，并且还能够输入肥信息参数和缺素结果的设备，；
所述自动施肥设备是指能够接受中央分析控制系统输出的施肥信息数据并进行自动施肥操作的系统，包括肥料组成自动调配装置和自动施肥喷灌或微灌装置；
所述检测仪器包括光谱检测仪，所述检测茎叶数据包括茎叶光谱数据，所述数据分析装置包括光谱数据分析装置。
12.应用权利要求1所述系统或11所述的设备组解决作物茎叶营养含量不足的自动施肥方法，其中所述作物品种包括花生、大豆、西红柿、白菜、水稻、棉花；所述肥料品种包括氮肥、钾肥、磷肥、复合肥、固氮菌肥、微生物肥、有机碳肥、水溶性肥料。
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