CN105676895A - 一种营养液在线检测与精量控制装置 - Google Patents

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张磊
张育斌
蔚磊磊
简宁
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    • G05D11/13—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
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Abstract

本发明公开了一种营养液在线检测与精量控制装置，包括盛放营养液的采样池，营养液中插入有若干离子选择电极，离子选择电极连接有信息采集模块，信息采集模块通过AD转换器连接上位机控制系统，上位机控制系统通过继电器模块连接电磁阀，上位机控制系统通过DA转换器连接肥泵，上位机控制系统还连接显示器。信息采集模块将离子选择电极的测量数据发送给上位机控制系统，上位机控制系统将测量数据显示在显示器上，并通过肥泵和电磁阀调整施肥比例，整体装置结构简单、操作方便，可以实现营养液浓度自动检测、自动配比、自动控制，为无土栽培提供精良化营养液，满足作物最优生长条件。

Description

一种营养液在线检测与精量控制装置
【技术领域】
本发明属于农业灌溉与机电控制领域，具体涉及一种营养液在线检测与精量控制装置。
【背景技术】
长期以来我国农业灌溉一直处于粗放式的经营管理模式，沿用传统落后的大水漫灌方式进行灌溉，随着水资源短缺与需水量逐年增加之间的矛盾日益加剧，需要精确灌水模式来解决这种现状。
除了水资源，我国每年的化肥使用量也非常大，但是化肥利用率却很低。大量未被农作物吸收的化肥渗入到了地下水中或者随雨水流入江河湖泊，造成了水质的富营养化，严重污染了生态环境，并且过量或欠缺的化肥也不利于农作物的正常生长。因此提高灌溉用水、用肥的利用率，使农业生产的效益最大化已经成为了我国发展现代农业的根本需求。
当前广泛应用的无土栽培技术正需要精量用水和用肥，该种营养液成分在线检测与精量控制装置能够满足该要求，为作物提供最优的生长环境。
【发明内容】
本发明的目的在于客服上述不足，提供一种营养液在线检测与精量控制装置，提高装置整体的智能化，保证营养液中各营养成分的精确比例，实现自动配比、检测、传输与控制。
为了达到上述目的，本发明包括盛放营养液的采样池，营养液中插入有若干离子选择电极，离子选择电极连接有信息采集模块，信息采集模块通过AD转换器连接上位机控制系统，上位机控制系统通过继电器模块连接电磁阀，上位机控制系统通过DA转换器连接肥泵，上位机控制系统还连接显示器。
所述AD转换器还连接有用于接收流量计数据信号的数据采集模块。
所述DA转换器与肥泵间设置有调速控制模块。
所述上位机控制系统通过I/O端口连接继电器模块。
所述上位机控制系统通过串口连接显示器。
所述显示器为触屏显示器。
所述显示器包括参数设置模块和历史数据存储模块。
与现有技术相比，本发明的信息采集模块将离子选择电极的测量数据发送给上位机控制系统，上位机控制系统将测量数据显示在显示器上，并通过肥泵和电磁阀调整施肥比例，整体装置结构简单、操作方便，可以实现营养液浓度自动检测、自动配比、自动控制，为无土栽培提供精良化营养液，满足作物最优生长条件。
进一步的，本发明设置有调速控制模块，能够通过上位机控制系统控制调整输出电压信号而驱动肥泵调整转速，进而调整肥料的流量。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电气原理图。
【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，本发明包括盛放营养液15的采样池14，营养液15中插入有若干离子选择电极13，离子选择电极13连接有信息采集模块3，信息采集模块3通过AD转换器4连接上位机控制系统6，AD转换器4还连接有用于接收流量计数据信号的数据采集模块5，上位机控制系统6通过继电器模块11连接电磁阀12，上位机控制系统6通过I/O端口10连接继电器模块11，上位机控制系统6通过DA转换器7连接肥泵9，DA转换器7与肥泵9间设置有调速控制模块8，上位机控制系统6通过串口2连接显示器1，显示器1包括参数设置模块和历史数据存储模块。
优选的，显示器1为触屏显示器。
在触摸显示器1中的初始单元设置，通过上位机控制系统6的单片机通过I/O端口10控制继电器模块11，对相应的电磁阀12进行开关动作，完成不同肥的切换和吸收以及水路的通断，对相应的肥进行输入，采样池14进行样本收集，营养液进行输出灌溉。由于单片机是一个弱电器件，其驱动电流是毫安级的，无法直接驱动继电器模块11，通过三极管对电流进行放大。为了保护三极管，继电器模块11两端并联了一个二极管，当继电器线圈断电时，会产生反向的感应电动势，线圈电流不能立即变为0，此时的电流经二极管流出，保护三极管正常工作。
串口2实现单片机与触摸显示器1之间的双向通信。采用单片机发送相应的串口指令可完成文本、图片及曲线的显示，单片机接收相应的按钮、文本输入等串口指令来完成对应的控制及数据的获取。
肥料和水在管路中进行充分混合，经采样检测系统进入采样池14，离子选择电极13置于采样池14中，测量营养液15离子浓度将输出的电流信号经信号调理电路传输给信息采集模块3，流量计测量的水和肥输入流量信号经信号调理电路传输给数据采集模块5，通过AD转换器4转换后的数据传输给上位机控制系统6内的单片机处理，利用多次采样求平均值的方法，对接收的数据进行处理。
在根据流量计的量程，由式4-4和4-5即可计算出当前时刻水路和肥路流量对应的数字信号，并通过不断累加计算流量。
式中：Q水—水路流量；Q肥—肥路流量；AD水—水路流量转换的数字量；AD肥—肥路流量转换的数字量。
离子选择电极13是一种电化学传感器，其工作原理是发生离子交换反应，改变了原有的电荷分布，产生了电位差，这个电位值与溶液中离子活度的对数值之间有线性函数关系，符合能斯特方程：
E = E 0 + 2.303 R T n F lg C C o + S lg C C o - - - ( 3 )
式中：E—电极电位；E0—等电势点的电极电位；n—得失电子数；R—气体常数，8.314J/mol﹒K；T—溶液绝对温度；C—水样中的离子浓度；C0—等电势点的离子浓度；S—电极斜率；F—法拉第常数，96485C/mol。
通过单片机的DA转换器7，输出电压通过放大电路输入到调速控制模块8，进而控制肥泵9的转速，最终调节肥路的流量。

Claims (7)

1.一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，包括盛放营养液(15)的采样池(14)，营养液(15)中插入有若干离子选择电极(13)，离子选择电极(13)连接有信息采集模块(3)，信息采集模块(3)通过AD转换器(4)连接上位机控制系统(6)，上位机控制系统(6)通过继电器模块(11)连接电磁阀(12)，上位机控制系统(6)通过DA转换器(7)连接肥泵(9)，上位机控制系统(6)还连接显示器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，所述AD转换器(4)还连接有用于接收流量计数据信号的数据采集模块(5)。
3.根据权利要求1所述的一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，所述DA转换器(7)与肥泵(9)间设置有调速控制模块(8)。
4.根据权利要求1所述的一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，所述上位机控制系统(6)通过I/O端口(10)连接继电器模块(11)。
5.根据权利要求1所述的一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，所述上位机控制系统(6)通过串口(2)连接显示器(1)。
6.根据权利要求1或5所述的一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，所述显示器(1)为触屏显示器。
7.根据权利要求1所述的一种营养液在线检测与精量控制装置，其特征在于，所述显示器(1)包括参数设置模块和历史数据存储模块。
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