CN107027593A - 雾化滴灌一体装置及利用该装置进行灌溉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雾化滴灌一体装置，包括储水罐、进水阀、进水泵、过滤装置、输肥系统、混合装置、滴灌加压泵、滴灌器、控制器和传感器组。其中，过滤装置用于灌溉水源的初级过滤；输肥系统包括肥料罐和加压泵，所述肥料罐通过管路与所述加压泵连接，所述加压泵的管路上设有调节水阀；混合装置用于将来自所述储水罐的水与来自肥料罐的肥料进行混合并且根据配比配制肥水；滴灌加压泵用于将肥水进行加压泵送；滴灌器用于实施滴灌；传感器组用于监测作物的生长环境；控制器用于控制该装置的运行。本发明提供的雾化滴灌一体装置能够根据水、土壤、空气的环境参数，实现精准配肥、科学施肥，大大提高水、肥的利用效率，提高灌溉效率。

Description

雾化滴灌一体装置及利用该装置进行灌溉的方法

技术领域

本发明涉及农业灌溉机械技术领域，特别是涉及一种雾化滴灌一体装置及利用该装置进行灌溉的方法。

背景技术

在农业大棚的生产管理中，灌溉、施肥、施药是农事工作的重要组成部分。传统的灌溉一般采取畦灌或漫灌，在输送途中和在非根系区内浪费了大量的水，肥料随水漫流或人工施肥洒落在作物间隙地表，导致肥料留存在输送通道或地表及一些根系不能到达的地方，不但起不到肥效而且污染了土壤；根系及土壤农药施药过程中也采用随水或人工施撒的方式，导致施撒不均匀，施药位置不准确污染土壤、浪费药力。传统的施药方法是人工喷洒，这种作业方法容易造成施药不均，药液基本停留在植物叶子的上表面，下表面无法施药或者施药极少，且人工施药对操作人员有一定的健康伤害。传统的施肥、施药和灌溉对时间频率控制极为粗犷，施药、施肥浓度不均匀，且没有考虑当时作物的长势、土壤肥力、空气温湿度等条件。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种雾化滴灌一体装置，包括：

储水罐；

进水阀,所述进水阀设置于所述储水罐的入口管路上，用于控制水流的进入；

进水泵，所述进水泵的入口通过管路与所述储水罐的出口连接；

过滤装置，所述过滤装置的入口通过管路与所述进水泵的出口连接，用于将来自所述进水泵的水进行初级过滤；

输肥系统，所述输肥系统包括肥料罐和加压泵，所述肥料罐通过管路与所述加压泵连接，所述加压泵的管路上设有调节水阀；

混合装置，所述混合装置的第一入口通过管路与所述过滤装置的出口连接，并且所述混合装置的第二入口通过管路与所述调节水阀连接，用于将来自所述储水罐的水与来自肥料罐的肥料进行混合并且根据配比配制肥水；

滴灌加压泵，所述滴灌加压泵的入口通过管路与所述混合装置的出口连接，用于将肥水进行加压泵送；

滴灌器，所述滴灌器的入口通过管路与所述滴灌加压泵的出口连接，所述滴灌器的出口由很多并列在一起的毛细管排列而成，用于实施滴灌；

传感器组，用于监测作物的生长环境；以及

控制器，所述控制器和所述传感器组连接，所述控制器分别与所述进水泵、加压泵、滴灌加压泵连接，所述控制器分别与所述进水阀、调节水阀、滴灌水阀连接，用于控制整个雾化滴灌一体装置的运行。

优选地，所述过滤装置中设有搅拌机构。

优选地，所述输肥系统包括第一输肥子系统和第二子输肥系统；所述第一输肥系统包括第一肥料罐、第一加压泵和第一调节水阀，所述第二输肥系统包括第二肥料罐、第二加压泵和第二调节水阀。

优选地，所述滴灌加压泵的入口管路上设有滴灌水阀。

优选地，所述传感器组包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照传感器、水压传感器、水酸碱度传感器和土壤EC值传感器和风速传感器中的一者或多者。

优选地，所述进水阀、调节水阀、滴灌水阀均为电磁阀。

优选地，其特征在于，所述管路为软管或硬管。

本发明还提供了一种利用上述雾化滴灌一体装置进行灌溉的方法，包括：

利用传感器组监测作物的生长环境，判断灌溉时机:当检测到土壤湿度低于设定值，并且空气温湿度和光照强度条件都满足设定的阈值时开始准备灌溉；

开启进水阀，向储水罐注水，开启进水泵加压，在进水泵的作用下使水流进入过滤装置过滤；

开启注肥调节水阀和加压泵，通过加压泵向混合装置中注入肥料；

在混合装置中利用传感器组检测到的数据来配比肥料和水的比例，从而配制作物所需的肥水；

开启滴灌水阀和滴灌加压泵，将配制好的肥水输送至滴灌器进行灌溉。

优选地，所述管道的流量通过分别调节进水泵、加压泵和滴灌加压泵的转速控制。

优选地，所述灌溉的时间和频率根据所述风速传感器确定。

本发明的优点如下：

(1)本发明根据土壤、空气、光照、水传感器等提供的环境信息对肥料进行配比，综合水压传感器和水泵转速进行流量控制，结合风速传感器确定施药时间，能够实现精准配肥、配药，科学施肥、施药。

(2)本发明可根据作物的需要对局部进行定时定量灌溉、施肥、施药，大大提高水、肥、药的利用效率，提高了灌溉效率，减少了滴灌成本。

(3)本发明水、肥、药少量多次施放，持续保墒，能够减轻甚至避免农业施肥、施药对土壤、水源污染的风险。

(4)本发明采用自动化的控制器替代人工施肥，能够减轻对人体的危害。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的雾化滴灌一体装置的结构示意图。

图中附图标记如下：

1-进水阀 2-储水罐

3-进水泵 4-过滤装置 5-输肥系统

501-第一肥料罐 502-第一加压泵

503-第一调节水阀 511-第二肥料罐

512-第二加压泵 513-第二调节水阀

6-混合装置 7-滴灌水阀

8-滴灌加压泵 9-滴灌器

10-控制器 11-空气温湿度传感器

12-土壤温湿度传感器 13-光照传感器

14-水压传感器 15-水酸碱度传感器

16-土壤EC值传感器 17-风速传感器

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的实施方式，提供的一种雾化滴灌一体装置的结构示意图，图中实线为液路，水或者加注了液态肥药的灌溉水在其中单向流动，图中虚线为控制总线电路，用于传输控制信号和传感器采集的数据。

本装置的结构包括：储水罐2、进水阀1、进水泵3、过滤装置4、输肥系统5、混合装置6、滴灌加压泵8、滴灌器9、控制器10和传感器组。

储水罐2用于储存灌溉水源，储水罐2的入口管路上设有进水阀1，用于控制水流的进入，储水罐2的出口通过管路与进水泵3的入口连接。进水泵3用于将储水罐2中的水注入过滤装置4，进水泵3的出口通过管路连接过滤装置4的入口，调节进水泵3的转速可以控制水流流量。

过滤装置4的入口通过管路与进水泵3的出口连接，用于将来自进水泵3的水进行初级过滤；由于滴灌器9的滴头易结垢和堵塞，因此需要对水源进行过滤处理，以避免滴灌器9的滴头堵塞，保证灌溉系统正常运行，延长滴灌器9使用寿命。由于滤网正对进水口的部位始终承受强力水流的冲击，时间一长往往冲破，失去过滤作用，需及时更换滤网。

输肥系统5包括肥料罐和加压泵，肥料罐通过管路与加压泵连接，加压泵的管路上设有调节水阀。如图1所示，本实施例示出了2组输肥系统，第一肥料罐501、第一加压泵502、和第一调节水阀503共同组成了第一输肥子系统，能够向水路添加一种肥料；第二肥料罐511、第二加压泵512、和第二调节水阀513共同组成了第二输肥子系统，向水路添加另一种肥料。在具体实施过程中，当需要向水路添加多种液态肥料时，可以根据具体需要添加多组输肥子系统，选用哪一种肥料由各自的调节水阀控制。

当配方中需要某种肥料时，打开这一组输肥系统的调节水阀并启动该水路的加压泵，该水路的肥水经过加压后注入主水路，配方中该水路肥料的注入量由加压泵的转速调节，当某一水路中需要的肥料较少时可以调低该水路的加压泵的转速，则水路水压降低，注入主水路的肥料减少；当该水路中需要的肥料较多时可以调高该水路的加压泵的转速，则水路水压升高，注入主水路的肥料减少增多。当不需要某种肥料时关闭这一输肥系统的调节水阀则断开水路。

图中第一肥料罐501和第二肥料罐502可以是农药罐，用于向农田喷洒农药。

具体实施中，第一输肥子系统和第二输肥子系统也可以分别是输肥系统和输药系统，将肥料放置于第一肥料罐501中，将农药放置于第二肥料罐511中，当需要注入肥料时，开启第一调节水阀503，关闭第二调节水阀513；当需要注入农药时，开启第二调节水阀513，关闭第一调节水阀503，达到既能施肥又能施药的目的。

混合装置6的第一入口通过管路与过滤装置4的出口连接，并且混合装置6的第二入口通过管路与调节水阀503连接，用于将来自储水罐2的水与来自肥料罐501的肥料进行混合并且根据配比配制肥水；混合装置6中设有搅拌机构，用于将肥水均匀搅拌，保证配制出肥水浓度均匀。

滴灌加压泵8的入口通过管路与混合装置6的出口连接，用于将配制好的肥水进行加压泵送至滴灌器9，调节滴灌加压泵8的转速可以控制滴灌量。滴灌加压泵8的入口管路上设有滴灌水阀7，用于开启和关闭滴灌水路。上述输水管路及肥水输送管路均可为软管也可为硬管。

滴灌器9的入口通过管路与滴灌加压泵8的出口连接，滴灌器9的出口由很多并列在一起的毛细管排列而成，用于实施最终的滴灌。滴灌器9的出口设置毛细管可以使作物生长区的土壤经常保持最优含水状况，同时也减少了水资源的浪费。

传感器组包括空气温湿度传感器11、土壤温湿度传感器12、光照传感器13、水压传感器14、水酸碱度传感器15、土壤EC值传感器16和风速传感器17，上述传感器分别与控制器10通过电路连接。空气温湿度传感器11用于检测大棚内空气的温度和湿度，土壤温度传感器12和土壤湿度传感器用于检测土壤的温度和湿度，光照传感器13用于检测作物的光照强度，水压传感器14设置于管路上，用于监测灌溉管路中的水压；水酸碱度传感器15用于检测肥水的PH值，以免PH值太高而对作物造成伤害；土壤EC值传感器16用于检测土壤的EC浓度值，EC浓度值较高时，需将肥水稀释，降低土壤EC值，保证作物正常生长；风速传感器17用于确定施肥时间。

控制器10和传感器组通过电路连接，控制器10分别与进水泵3、第一加压泵602、第二加压泵612、滴灌加压泵8的电机连接，控制器10分别与进水阀1、第一调节水阀503、第二调节水阀513、滴灌水阀7连接，用于控制整个滴灌系统的运行，控制器10可以控制上述各个水阀和加压泵的开启和关闭。

根据本发明的实施方式，利用该雾化滴灌一体装置进行灌溉的方法包括如下步骤：

1)利用传感器组监测作物的生长环境，判断是否需要灌溉。对土壤及空气中的温度、湿度、光照强度进行实时监测，并将数据传输至控制器10，当检测到土壤湿度低于设定值后开始检测空气温湿度和光照强度，当这些条件都满足设定的阈值时开始准备灌溉。

2)过滤水源。开启进水阀1，开始向储水罐2注水，当传感器检测到储水罐2中液位达到规定储值时启动进水泵3为整个管路加压，将清水注入过滤装置4，此后在重力的作用下过滤清水进入混合装置5中。

3)灌溉。

①清水灌溉。如果此时没有施肥需要或者传感器没有检测到需要添加液态肥料时，关闭第一调节水阀503和第二调节水阀513，那么清水直接流过混合装置6到达滴水阀7，当检测到滴水阀7前的水压达到设定值后打开滴水阀7开始滴灌，滴灌过程中实时监测水路中的水压，如果水压低于设定值则打开滴灌8对管路进行加压，使水流均匀流入滴灌器9中开始滴灌，系统中管路的压力在满足要求的合理范围。

②施肥灌溉。如果传感器检测到需要添加一种液态肥料时，开启第一加压泵502和第一调节水阀503，将第一肥料罐501中的肥料泵送注入到混合装置6中进行配肥，根据传感器检测到的数据确定肥料和水的配比比例，利用配比配制出所需肥水。利用水酸碱度传感器15和土壤EC值传感器16实时监测肥水的浓度，判断肥水浓度是否达到设定值，在肥水浓度满足需求后关闭第一调节水阀503，同时关闭进水阀1，此时配置好的肥水储存在混合装置6中。

开启滴灌水阀7和滴灌加压泵8，将肥水输送至滴灌器进行灌溉。当检测到滴灌水阀7前的水压达到设定值后打开滴灌水阀7和滴灌加压泵8，将肥水均匀输送至滴灌器9，开始进行灌溉和施肥。所需肥水配方中肥料的注入量可以通过控制第一加压泵502的转速调节，调低第一加压泵502的转速可以降低管道中肥料的流速，进而减少肥料的注入量；调高第一加压泵502的转速可以提高管道中肥料的流速，进而增加肥料的注入量。当需要添加2种肥料时，同时打开第一调节水阀503和第二调节水阀513，将两种肥料同时注入混合装置6中，根据传感器检测到的需肥情况配制出所需肥水。当需要添加多种肥料时，可以根据需要添加多组输肥子系统。

灌溉的时间、频率、水量和肥水配方由控制器10来调节。控制器10根据预先输入的肥水配比配方和风速、土壤EC值等传感器检测所得的数据结合配比算法进行计算，把所得结果通过开关水阀、调节水泵转速具体实施。利用水酸碱度传感器15和土壤EC值传感器16实时监测肥水的浓度，保证灌溉的肥水在合理浓度范围。

本发明借助水压，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，根据配比配置成肥水，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，把水分、肥料均匀、定时、定量的注入作物生长发育区域，实现了精准配肥，科学施肥。

本发明提供的雾化滴灌一体装置应用广泛，应用范围包括滴灌施肥(针对作物根部)、雾化施肥(针对作物叶面)、雾化打药和雾化降温。不同植物、不同肥料，通过电磁阀和传感器组，配合需肥配比要求，能够实现精准配肥；根据具体的植物及种植地域，配合传感器提供的天气情况、日照条件、气温条件和土壤温湿度以及微量元素含量可以进行科学施肥，同时也可进行科学施药，关闭输肥阀门，可以进行雾化降温，能够非常迅速的实现降温效果。

需要指出的是，在本发明的描述中，“多组”的含义是两组或两组以上；术语“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了区分相同名称的不同结构，仅为了描述方便，不表示某种顺序，更不应理解为某种限定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种雾化滴灌一体装置，其特征在于，包括：

储水罐；

进水阀,所述进水阀设置于所述储水罐的入口管路上，用于控制水流的进入；

进水泵，所述进水泵的入口通过管路与所述储水罐的出口连接；

过滤装置，所述过滤装置的入口通过管路与所述进水泵的出口连接，用于将来自所述进水泵的水进行初级过滤；

输肥系统，所述输肥系统包括肥料罐和加压泵，所述肥料罐通过管路与所述加压泵连接，所述加压泵的管路上设有调节水阀；

混合装置，所述混合装置的第一入口通过管路与所述过滤装置的出口连接，并且所述混合装置的第二入口通过管路与所述调节水阀连接，用于将来自所述储水罐的水与来自肥料罐的肥料进行混合并且根据配比配制肥水；

滴灌加压泵，所述滴灌加压泵的入口通过管路与所述混合装置的出口连接，用于将肥水进行加压泵送；

滴灌器，所述滴灌器的入口通过管路与所述滴灌加压泵的出口连接，所述滴灌器的出口由很多并列在一起的毛细管排列而成，用于实施滴灌；

传感器组，用于监测作物的生长环境；以及

控制器，所述控制器和所述传感器组连接，所述控制器分别与所述进水泵、加压泵、滴灌加压泵连接，所述控制器分别与所述进水阀、调节水阀、滴灌水阀连接，用于控制整个雾化滴灌一体装置的运行。

2.根据权利要求1所述的雾化滴灌一体装置，其特征在于，所述过滤装置中设有搅拌机构。

3.根据权利要求1所述的雾化滴灌一体装置，其特征在于，所述输肥系统包括第一输肥子系统和第二输肥子系统；所述第一输肥系统包括第一肥料罐、第一加压泵和第一调节水阀，所述第二输肥系统包括第二肥料罐、第二加压泵和第二调节水阀。

4.根据权利要求1所述的雾化滴灌一体装置，其特征在于，所述滴灌加压泵的入口管路上设有滴灌水阀。

5.根据权利要求1所述的雾化滴灌一体装置，其特征在于，所述传感器组包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照传感器、水压传感器、水酸碱度传感器和土壤EC值传感器和风速传感器中的一者或多者。

6.根据权利要求1所述的雾化滴灌一体装置，其特征在于，所述进水阀、调节水阀、滴灌水阀均为电磁阀。

7.根据权利要求1所述的雾化滴灌一体装置，其特征在于，所述管路为软管或硬管。

8.一种利用根据权利要求1至7中的任一项所述雾化滴灌一体装置进行灌溉的方法，包括：

利用传感器组监测作物的生长环境，判断灌溉时机:当检测到土壤湿度低于设定值，并且空气温湿度和光照强度条件都满足设定的阈值时开始准备灌溉；

开启进水阀，向储水罐注水，开启进水泵加压，在进水泵的作用下使水流进入过滤装置过滤；

开启注肥调节水阀和加压泵，通过加压泵向混合装置中注入肥料；

在混合装置中利用传感器组检测到的数据来配比肥料和水的比例，从而配制作物所需的肥水；

开启滴灌水阀和滴灌加压泵，将配制好的肥水输送至滴灌器进行灌溉。

9.根据权利要求8所述的雾化滴灌一体装置的灌溉方法，其特征在于，所述管道的流量通过分别调节进水泵、加压泵和滴灌加压泵的转速控制。

10.根据权利要求8所述的雾化滴灌一体装置的灌溉方法，其特征在于，所述灌溉的时间和频率根据所述风速传感器确定。