CN105660319B - 一种土壤有效成分在线检测的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤有效成分在线检测的装置和方法，包括水通路和营养液通路，营养液通路与水通路混合后接入水肥混合通路的入口，营养液通路通过肥泵接入水肥混合通路，水肥混合通路连接采样检测系统，水通路、营养液通路和水肥混合通路上均设置有流量控制计，营养液通路、水肥混合通路和采样检测系统上均设置有电磁阀，所有流量控制计和电磁阀均连接上位机控制系统，本发明设计合理、结构简单、使用操作简便、设备稳定性和可靠性好且智能化程度高，能有效解决现有水肥配比灌溉系统中所存在的智能化程度低、人为粗犷化操作、水肥用量过多等多种缺陷和不足。
Description
【技术领域】
本发明属于农业灌溉与机电控制领域，具体涉及一种土壤有效成分在线检测的装置和方法。
【背景技术】
干旱缺水、技术水平落后、科技创新能力严重不足是制约我国农业可持续发展的重要障碍性因素，传统的灌溉模式用水管理粗放、肥料配比精准度较差，这不仅严重浪费水资源和肥料原料，还不利于作物的成长，并对环境造成一定程度的污染，同时现有技术对于作物生长环境中土壤成分精度检测方法比较繁琐，且环境要求较高，这阻碍了作物所需的有效水肥浓度比的精准灌溉控制技术。
作物精量控制灌溉技术兴起于20世纪80年代后期，采用自动控制技术，按照作物正常生长过程的需求，采用最精确的灌溉设施对农作物进行严格有效的施肥灌水，以确保作物正常生长的需要，同时实现高产、优质、高效、节水和肥料精准配比的灌溉技术。在线检测技术提高了肥料检测效率与检测精度，与控制系统的信息传输实现了精量灌溉高度智能化程度。农业高效用水施肥精量控制技术紧扣国际现代精量灌溉农业高新技术的发展前沿，以提高农业水和肥料综合利用率和效率，引领我国现代精量灌溉农业技术发展为目标，以作物生命健康按需精量灌溉过程为依据，开发农业精量灌溉前沿关键技术与重大产品，实现农业整个体系高效精量控制。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种土壤有效成分在线检测的装置和方法，不受人为因素影响，准确地保证作物生长环境中各种营养成分的精确比例与稳定性，实现自动配比、检测、传输与控制。
为了达到上述目的，一种土壤有效成分在线检测的装置，包括水通路和营养液通路，营养液通路与水通路混合后接入水肥混合通路的入口，营养液通路通过肥泵接入水肥混合通路，水肥混合通路连接采样检测系统，水通路、营养液通路和水肥混合通路上均设置有流量控制计，营养液通路、水肥混合通路和采样检测系统上均设置有电磁阀，所有流量控制计和电磁阀均连接上位机控制系统；
所述上位机控制系统包括通过上位机驱动的控制器，控制器连接有参数设置单元、流量监测单元、肥路控制单元和在线检测单元，肥路控制单元通过控制器控制驱动泵，驱动泵连接肥泵，所有流量控制计和电磁阀均连接控制器，流量控制计还连接上位机。
所述采样检测系统包括与水肥混合通路连接的检测电极和移动机构，检测电极和移动机构连接有采样池。
所述水肥混合通路通过采样管路接入检测电极和移动机构，采样管路上设置有采样检测电磁阀和采样检测流量计，采样检测电磁阀连接控制器，采样检测流量计连接控制器和上位机。
所述水通路上设置有过滤器和法兰连接式流量计，法兰连接式流量计连接控制器和上位机。
所述水肥混合通路上设置有混合通路电磁阀和压力表，混合通路电磁阀和压力表均设置在采样检测系统的后端，混合通路电磁阀连接控制器。
所述营养液通路上设置有单肥路控制电磁阀、肥液过滤器和肥路流量计，单肥路控制电磁阀连接控制器，肥路流量计连接控制器和上位机。
所述营养液通路包括四个肥液入口。
一种土壤有效成分在线检测的装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤一，上位机控制系统采集肥路流量计和法兰连接式流量计的数据，并生成初始值；
步骤二，通过三角布点算法选取大田取得作物生长环境中的土壤样本，将样本溶于盛蒸馏水土壤采样池中；
步骤三，测量采样池中相应肥料浓度，使相应检测电极和移动机构升降到指定深度；
步骤四，采样检测系统中的单电极测量信号经AD转换后传输至上位机控制系统，与初始值比较，通过控制单肥路控制电磁阀调节肥料输入量。
所述步骤四中，采样检测系统中的多电极测量信号经AD转换后传输至所述上位机控制系统，经过电极交叉敏感抑制算法矫正，与初始值比较，通过控制营养液通路上四个肥液入口的单肥路控制电磁阀调节肥料输入量。
与现有技术相比，本发明通过上位机控制系统对土壤有效成分检测，得出所需肥液比例，并与水肥混合通道中的肥液比例进行对比，控制单肥路控制电磁阀调节水肥混合通道中的肥液达到预设值，本发明设计合理、结构简单、使用操作简便、设备稳定性和可靠性好且智能化程度高，能有效解决现有水肥配比灌溉系统中所存在的智能化程度低、人为粗犷化操作、水肥用量过多等多种缺陷和不足。
进一步的，本发明设置有过滤器，能够消除混合肥料中的杂质。
进一步的，本发明具有四个肥液入口，能够一次性输入多种肥料。
【附图说明】
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的管路结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，一种土壤有效成分在线检测的装置，包括水通路21和营养液通路23，营养液通路23与水通路21混合后接入水肥混合通路22的入口，营养液通路23通过肥泵20接入水肥混合通路22，水肥混合通路22连接采样检测系统24，水通路21、营养液通路23和水肥混合通路22上均设置有流量控制计，营养液通路23、水肥混合通路22和采样检测系统24上均设置有电磁阀，所有流量控制计和电磁阀均连接上位机控制系统；
上位机控制系统包括通过上位机1驱动的控制器5，控制器5连接有参数设置单元2、流量监测单元3、肥路控制单元4和在线检测单元10，肥路控制单元4通过控制器5控制驱动泵6，驱动泵6连接肥泵20，所有流量控制计和电磁阀均连接控制器5，流量控制计还连接上位机1。
采样检测系统24包括与水肥混合通路22连接的检测电极和移动机构27，检测电极和移动机构27连接有采样池26；水肥混合通路22通过采样管路接入检测电极和移动机构27，采样管路上设置有采样检测电磁阀16和采样检测流量计15，采样检测电磁阀16连接控制器5，采样检测流量计15连接控制器5和上位机1，水通路21上设置有过滤器11和法兰连接式流量计12，法兰连接式流量计12连接控制器5和上位机1，水肥混合通路22上设置有混合通路电磁阀17和压力表18，混合通路电磁阀17和压力表18均设置在采样检测系统24的后端，混合通路电磁阀17连接控制器5，营养液通路23上设置有单肥路控制电磁阀19、肥液过滤器13和肥路流量计14，单肥路控制电磁阀19连接控制器5，肥路流量计14连接控制器5和上位机1。
优选的，营养液通路23包括四个肥液入口。
一种土壤有效成分在线检测的装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤一，上位机控制系统25采集肥路流量计14和法兰连接式流量计12的数据，并生成初始值；
步骤二，通过三角布点算法选取大田取得作物生长环境中的土壤样本，将样本溶于盛蒸馏水土壤采样池26中；
步骤三，测量采样池26中相应肥料浓度，使相应检测电极和移动机构27升降到指定深度；
步骤四，采样检测系统24中的单电极测量信号经AD转换后传输至上位机控制系统25，与初始值比较，通过控制单肥路控制电磁阀19调节肥料输入量。
步骤四中，采样检测系统24中的多电极测量信号经AD转换后传输至所述上位机控制系统，经过电极交叉敏感抑制算法矫正，与初始值比较，通过控制营养液通路23上四个肥液入口的单肥路控制电磁阀19调节肥料输入量。
当选择手动水肥配比灌溉时：
1、通过氮肥控制开关启动和关闭氮肥管路电磁阀19；
2、通过磷肥控制开关启动和关闭磷肥管路电磁阀19；
3、通过钾肥控制开关启动和关闭钾肥管路电磁阀19；
4、通过微量元素肥控制开关启动和关闭微量元素肥管路电磁阀19；
5、通过注肥量档位旋钮控制肥量配比的数量；
6、通过总水开关启动和关闭总水电磁阀17，控制水肥混合后送入输出灌溉管路；
当选择自动水肥配比灌溉时：
1、按照待灌溉作物所需的营养元素及各营养元素所占比例，通过触屏参数设置单元2输入相应需肥量数据；
2、通过控制器5根据对参数设置单元2数据对供水管路和四路肥管路进行流量控制；
3、肥泵20将肥桶储备肥料输送到营养液(肥)管路系统中，通过控制器5调节肥泵20的转速获得相应的流量；
4、通过供水管路和营养液(肥)管路上对应的流量控制计8检测流量，有线传输数据反馈到上位机1，进行参数标准对比，驱动控制器5对流量进行调节；
5、压力表18实时检测混合管路实时压力值，调节管路中的灌溉肥液压力，使其满足所需灌溉的压力。
Claims (8)
1.一种土壤有效成分在线检测的装置，其特征在于，包括水通路(21)和营养液通路(23)，营养液通路(23)与水通路(21)混合后接入水肥混合通路(22)的入口，营养液通路(23)通过肥泵(20)接入水肥混合通路(22)，水肥混合通路(22)连接采样检测系统(24)，水通路(21)、营养液通路(23)和水肥混合通路(22)上均设置有流量控制计，营养液通路(23)、水肥混合通路(22)和采样检测系统(24)上均设置有电磁阀，所有流量控制计和电磁阀均连接上位机控制系统；
所述上位机控制系统包括通过上位机(1)驱动的控制器(5)，控制器(5)连接有参数设置单元(2)、流量监测单元(3)、肥路控制单元(4)和在线检测单元(10)，肥路控制单元(4)通过控制器(5)控制驱动泵(6)，驱动泵(6)连接肥泵(20)，所有流量控制计和电磁阀均连接控制器(5)，流量控制计还连接上位机(1)；
所述采样检测系统(24)包括与水肥混合通路(22)连接的检测电极和移动机构(27)，检测电极和移动机构(27)连接有采样池(26)。
2.根据权利要求1所述的一种土壤有效成分在线检测的装置，其特征在于，所述水肥混合通路(22)通过采样管路接入检测电极和移动机构(27)，采样管路上设置有采样检测电磁阀(16)和采样检测流量计(15)，采样检测电磁阀(16)连接控制器(5)，采样检测流量计(15)连接控制器(5)和上位机(1)。
3.根据权利要求1所述的一种土壤有效成分在线检测的装置，其特征在于，所述水通路(21)上设置有过滤器(11)和法兰连接式流量计(12)，法兰连接式流量计(12)连接控制器(5)和上位机(1)。
4.根据权利要求1所述的一种土壤有效成分在线检测的装置，其特征在于，所述水肥混合通路(22)上设置有混合通路电磁阀(17)和压力表(18)，混合通路电磁阀(17)和压力表(18)均设置在采样检测系统(24)的后端，混合通路电磁阀(17)连接控制器(5)。
5.根据权利要求1所述的一种土壤有效成分在线检测的装置，其特征在于，所述营养液通路(23)上设置有单肥路控制电磁阀(19)、肥液过滤器(13)和肥路流量计(14)，单肥路控制电磁阀(19)连接控制器(5)，肥路流量计(14)连接控制器(5)和上位机(1)。
6.根据权利要求1所述的一种土壤有效成分在线检测的装置，其特征在于，所述营养液通路(23)包括四个肥液入口。
7.一种土壤有效成分在线检测的装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，上位机控制系统(25)采集肥路流量计(14)和法兰连接式流量计(12)的数据，并生成初始值；
步骤二，通过三角布点算法选取大田取得作物生长环境中的土壤样本，将样本溶于盛蒸馏水土壤采样池(26)中；
步骤三，测量采样池(26)中相应肥料浓度，使相应检测电极和移动机构(27)升降到指定深度；
步骤四，采样检测系统(24)中的单电极测量信号经AD转换后传输至上位机控制系统(25)，与初始值比较，通过控制单肥路控制电磁阀(19)调节肥料输入量。
8.根据权利要求7所述的一种土壤有效成分在线检测的装置的检测方法，其特征在于，所述步骤四中，采样检测系统(24)中的多电极测量信号经AD转换后传输至所述上位机控制系统，经过电极交叉敏感抑制算法矫正，与初始值比较，通过控制营养液通路(23)上四个肥液入口的单肥路控制电磁阀(19)调节肥料输入量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |