CN107439270A - 一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，属于施肥灌溉技术领域。本发明包括水源系统、碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统以及电路控制系统，本发明将碳酸氢铵和水按一定的比例混合后在反应器中进行加热，使碳酸氢铵受热水解并释放出氨气和CO2气体，经水过滤吸收后氨气溶入水中形成氮肥，CO2气体释放到温室大棚中作为气体肥料使用。本发明在增施CO2气肥的同时还能进行水肥灌溉，能够实现一个系统多种用途的功能，并且具有操作简便，利于管理，使用安全，节省人力，提高作物产量，节约资源的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，属于施肥灌溉技术领域。
背景技术
温室大棚覆盖严密，是一个相对封闭的生产环境。特别是到冬天，温室大棚内的CO2气体含量明显低于作物正常生长所需的浓度（根据试验测定，冬天在不通风的情况下，密闭严实的温室大棚内CO2浓度仅为100 ppm，而作物正常生长所需的CO2浓度大约为800～2000 ppm），CO2气体作为作物的粮食严重不足，使得作物经常处于“饥饿”状态，不能满足正常生长发育的需要，这是制约温室大棚栽培作物增产提质的主要因素。因此，需要在温室大棚中增施适量的CO2气肥，以期达到促进作物生长和提高作物产量的效果。
发达国家在60年代中期就已开始人工施用CO2气肥，并把CO2气体称之为“气体肥料”，作为温室大棚作物增产提质的主要措施加以推广普及。CO2气肥增施技术在我国也已有20多年的历史，到目前仍是温室大棚增产增收的主要技术措施之一。但是，现有的CO2气肥增施技术都或多或少存在一些缺点，例如：（1）高压液体CO2气肥或固体干冰，其缺点是运输不便，成本较高；（2）固体颗粒气肥，其缺点是CO2气体比重大于空气，导致CO2气体分布不均匀，不利于作物吸收利用；（3）燃烧法，其缺点是CO2气体难以净化，浪费资源，污染环境；（4）深施碳酸氢铵，其缺点是挥发的氨气危害作物；（5）CO2发生器，利用强酸和碳酸氢铵进行化学反应制取CO2，其缺点是强酸运输、贮存不方便，不安全，反应速度过快，难以控制，并且操作不便，成本就高。
在温室大棚中增施CO2气肥时，需要加强水肥管理。施用CO2气肥主要是增加作物的碳水化合物营养，而进行光合作用所需的矿物质元素和水分主要由土壤提供，所以施用CO2气肥的同时，必须加大水肥的供应量，否则作物增产提质的效果将难以实现。
为了解决上述问题，以价格低廉、容易获取的碳酸氢铵为原料，进行加热水解反应，研究出智能化程度高、方便、高效、安全和有利于作物增产的灌溉和化学反应肥增施一体化系统是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，解决温室大棚中CO2气肥严重不足以及CO2气体生产成本较高、难以净化、分布不均匀，且强酸和碳酸氢铵进行化学反应速度过快，以致难以控制、操作不便的问题。而且还实现了增施CO2气肥后能立刻进行水肥供应的效果。
本发明技术方案是：一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，包括水源系统、碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统以及电路控制系统；
所述水源系统主要包括：蓄水池1、水泵2、过滤器Ⅰ3、逆止阀4；
所述碳酸氢铵水解反应系统主要包括：进水阀Ⅰ7、流量计Ⅰ8、水解反应器9、加热板10、控制阀Ⅰ11；
所述过滤吸收系统主要包括：进水阀Ⅱ14、流量计Ⅱ15、过滤吸收器16、电磁阀18、流量计Ⅳ19、控制阀Ⅲ20；
所述氨水稀释系统主要包括：进水阀Ⅲ23、流量计Ⅲ24、氨水稀释器25、施肥泵26、过滤器Ⅱ27、止水阀28；
所述运输控制系统主要包括：运输干管30、控制阀Ⅲ31、流量表32、压力表33；
所述喷灌系统主要包括：灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36、喷头37；
所述电路控制系统包括：土壤湿度控制电路、反应温度控制电路、CO2气体浓度检测电路；
所述蓄水池1中的水源通过水泵2加压和过滤器Ⅰ3过滤后，经管道Ⅰ5进入碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统，管道Ⅰ5上设置有逆止阀4；管道Ⅱ6连接管道Ⅰ5和水解反应器9，在管道Ⅱ6上设置进水阀Ⅰ7和流量计Ⅰ8；管道Ⅲ12一端与水解反应器9连接，另一端与过滤吸收器16连接，管道Ⅲ12上设置控制阀Ⅰ11；管道Ⅳ13连接管道Ⅰ5和过滤吸收器16，管道Ⅳ13上设置进水阀Ⅱ14和流量计Ⅱ15；管道Ⅴ17一端连接管道Ⅰ5，另一端连接过滤吸收器16，管道Ⅴ17上设置电磁阀18；管道Ⅵ21一端连接过滤吸收器16，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅵ21上设置流量计Ⅳ19和控制阀Ⅱ20；管道Ⅶ22连接管道Ⅰ5和氨水稀释器25，管道Ⅶ22上设置进水阀Ⅲ23和流量计Ⅲ24；管道Ⅷ29一端并入管道Ⅰ5中，一起接入运输干管30，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅷ29上依次设有施肥泵26、过滤器Ⅱ27和止水阀28；
所述运输干管30一端连接管道Ⅰ5，另一端连接灌溉干管34，运输干管30上依次设置控制阀Ⅲ31、流量表32和压力表33；灌溉干管34依次连接灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37；
所述水解反应器9的上、中、下三个不同位置安装有温度传感器38，在其下底部安装有加热板10，加热板10与温度控制器39相连接；
气敏传感器40安置在喷头37上，每隔一个喷头37安装一个气敏传感器40；湿度传感器41以网格状的形式均匀布置于作物根部土壤内；
所述土壤湿度控制电路分别与逆止阀4、湿度传感器41相连接；反应温度控制电路分别与加热板10、温度传感器38和温度控制器39连接；CO2气体浓度检测电路与气敏传感器40相连接。
温度传感器38通过检测水解反应器9中的温度变化，将信号传至反应温度控制电路，最后在温度控制器39中显示出具体的温度值，所以可根据该温度数值来调控温度控制器39，使水解反应器9中的反应温度始终处于安全适宜的范围内；气敏传感器40将探测到温室大棚的CO2气体浓度转换成电信号传输到CO2气体浓度检测电路中，最后在显示屏中显示出具体数值，可根据该数值控制温室大棚中CO2气体的含量和水解反应的进行；通过在土壤湿度控制电路中设定土壤水分含量的适合范围，再与湿度传感器41相连接，以实现整个系统的智能化运行。
所述喷头37和气敏传感器40的高度一般维持在1.8 m以上，对于不同种类的作物可以进行适当调整，但必须置于作物植株群体冠层以上的位置。所述灌溉干管34为PVC管，灌溉支管为PPR管，灌溉毛管为PE聚乙烯管。不同管接头处用止水胶带固定包裹，始终保持良好的密封性。
所述控制阀Ⅲ31用来控制整个系统中流体的通过；流量表32和压力表33分别监测运输干管30中所通过流体的流量和压力；当压力过大时，压力表33上的报警器就会发出报警声。
所述水解反应器9中进行的碳酸氢铵水解反应式如下：
NH4HCO3 NH3↑+CO2↑+H2O
较佳的，温度在30℃以上碳酸氢铵能够大量分解，所以水解温度控制在30～60℃时较适合碳酸氢铵进行水解反应；水解比例为水：碳酸氢铵 = 5:1。
CO2气肥一般在早晨揭开草帘或者日出后温室大棚里有光照的时候开始施加，CO2气肥要连续增施，不能突然停止。每天施加CO2气肥3 h左右，施加时间的长短要根据光照强度和作物生长时期来确定，多云或者是苗期，施加时间要短些，不能超过2 h；晴天日照充足或者是生长旺盛期，施加时间可以长些，控制在4 h左右；在低温阴雨天时停止施加，否则会引起作物功能叶片老化，不利于作物生长。
本发明的工作过程如下：
所有装置设备安装完成后，设定好土壤中适宜的水分含量范围、水解反应的合适温度范围以及温室大棚内CO2浓度的合适范围，同时设定好加水施肥的时间段。本发明可以实现以下三种工作模式：灌水、增施CO2气肥和水氮混施。
灌水：依据湿度传感器41测定土壤中的含水量，当含水量低于设定的最低值时，就需要向温室大棚内的作物进行灌水。进行灌水时，逆止阀4和控制阀Ⅲ31开启，同时关闭进水阀Ⅰ7、进水阀Ⅱ14、进水阀Ⅲ23、电磁阀18和止水阀28，水流通过水泵2加压和过滤器Ⅰ3过滤后，经管道Ⅰ5输送到运输干管30，流量表32记录水流流量，再经过灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37，到达作物顶部进行喷灌。当湿度传感器41检测到土壤水分含量达到设定最高值时，关闭逆止阀4和控制阀Ⅲ31，停止灌水。
增施CO2气肥：依据气敏传感器40探测温室大棚内CO2的浓度，当所测得的CO2浓度低于设定最低值时，需要向温室大棚内增施CO2气肥。在水解反应器9中添加一定量的碳酸氢铵固体，关闭控制阀Ⅰ11、控制阀Ⅱ20、进水阀23、止水阀28、电磁阀18和控制阀Ⅲ31，同时开启逆止阀4、进水阀Ⅰ7、进水阀Ⅱ14。流量计Ⅰ8、流量计Ⅱ15记录水流流量，待水解反应器9和过滤吸收器16中流入适量水后，关闭逆止阀4、进水阀Ⅰ7、进水阀Ⅱ14，开启控制阀Ⅰ11、电磁阀18和控制阀Ⅲ31，加热板10通电进行加热，碳酸氢铵水解产生氨气和CO2气体。通过温度控制器39设置合适的反应温度，温度传感器38监测水解反应器9中的温度。反应产生的氨气和CO2气体通过管道Ⅲ12进入过滤吸收器16，氨气溶于水中形成氨水，过滤后的CO2气体经电磁阀18和管道Ⅴ17进入管道Ⅰ5，再依次经过运输干管30、灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37，到达作物顶部增施气肥。温室大棚内CO2气体浓度达到设定最高值时，加热板10立即断电，控制阀Ⅰ11、电磁阀18和控制阀Ⅲ31关闭，即完成CO2气肥的增施。
水氮混施：增施CO2气肥之后，必须加大水肥的供应量，此时需要进行水氮混施。开启控制阀Ⅱ20，让过滤吸收器16中的高浓度氨水经管道Ⅵ21进入氨水稀释器25中，流量计Ⅳ19记录氨水流量，待进入适量氨水后，关闭控制阀Ⅱ20，同时开启逆止阀4和进水阀Ⅲ23，水经管道Ⅶ22进入氨水稀释器25中进行稀释，流量计Ⅲ24记录水流流量，待氨水充分稀释后，关闭逆止阀4和进水阀Ⅲ23，打开止水阀28和控制阀Ⅲ31，稀释后的氨水通过施肥泵26加压和过滤器Ⅱ27过滤后，经管道Ⅷ29进入运输干管30，通过灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37，到达作物顶部进行喷灌施肥。
本发明的工作原理：
本发明利用湿度传感器41来控制水解反应器9中碳酸氢铵水解反应的开始与结束；利用温度传感器38和温度控制器39分别来检测和控制水解反应器9中碳酸氢铵水解反应的温度，使其始终处于合理、安全的范围内；利用气敏传感器40来探测温室大棚内的CO2浓度，进而控制碳酸氢铵水解反应的开始与结束。
所述土壤湿度控制电路可以采用如图5所示的电路，电路将湿度传感器41传输过来的交流信号通过VD5～VD8全桥整流变成直流信号，通过调节变位器RP1的范围来实现控制，当高于或者低于所设定的土壤水分含量的范围时，通过控制逆止阀4的启闭来实现土壤水分含量始终维持在适合作物生长的范围内。
土壤湿度控制电路可以选用MOS1-1型硅湿敏传感器，具有良好的精度和灵敏度，并且具有很好的可靠性。本发明将R4换成可调电位器，便可实现区域调节设定，即完成对湿度区域的控制要求。湿度控制电路将湿度传感器41传来的交流信号，经VD5～VD8全桥整流变成直流信号，由湿度调节电位器RP1取样，按电压比较器LM339的7脚本。当湿度增大 ，7脚本电位高于6脚本电位时，比较器LM339的1脚本为高电位，D触发器CD4013的1脚本亦为高电位，三极管VT导通，关闭逆止阀4，停止灌水工作。随着湿度下降，BSG电阻随之增大，RP1的5端电位下降，同时LM339的4脚本电位下降，当LM339的4脚本低于5脚本时，LM339的2脚本即变为高电位，CD4013的1脚本变为低电位，三极管TV截止，开启逆止阀4，水流重新经过管道Ⅰ5到达运输干管30进行灌水任务，从而实现土壤水分含量自动控制的目的。如上述原理可知，调节RP1，即可实现湿度控制调节。
如图6所示，反应温度控制电路采用AD590温度传感器和LM311电压比较器。由AD590、RD、R+R1+R2上和R3+R2下组成测温电桥，调节R2，设定适宜碳酸氢铵进行水解反应温度T0的参考电压。当T比T0温度低时，AD590上流过的电流小，使得V-较小，比较器输出VO为高电平，T1、T2导通，加热板加热。当T比T0温度高时，V-大于V+，则VO变为低电平，使T1、T2截止，停止加热。如此反复就实现了温度的控制。
CO2气体浓度检测电路如图7所示，首先由红外传感器将探测到温室大棚的CO2气体浓度转换成电信号，滤波电路提取电信号并输出到放大电路，经过单片机系统处理后输出，再由74AC138送入显示电路，以实现对温室大棚内CO2气体浓度的检测。电路中由R1、R2、R3、R4、C1、C2和运算放大器组成滤波电路，在电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。R6和C4串联构成校正网络由来对电路进行相位补偿。单片机系统主要由MC14433和8031构成，MC14433是一种双积分A/D转换芯片。最后的结果送入74AC138并驱动数码管显示具体数值。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用同一装置系统实现灌水、增施CO2气肥和水氮混施三种不同的工作模式，具有一个系统多种用途的效果。
2、本发明利用氨气能大量溶于水的性质，使用水来吸收氨气，达到过滤、净化CO2气体的目的；同时氨气溶于水中形成氨水是一种铵态氮肥，稀释后可随水施到地里，氨气的进一步利用，节省氮肥的使用量，节约资源。
3、定时、定量地给温室大棚作物增施CO2气肥，可提高作物的光合效率，增加作物的抗性，进而提高作物的产量。
4、增施CO2气肥后能立即补充水源和氮肥，有利于作物光合作用的最优化进行。
5、本发明设置温度传感器、气敏传感器和温度传感器，利用土壤湿度控制电路、CO2气体浓度检测电路和反应温度控制电路来实现控制土壤水分含量、温室大棚中CO2气体的浓度以及碳酸氢铵水解反应的温度，形成一个智能控制系统，能有效减少土壤水分流失，合理地增施CO2气肥，以及易于控制水解反应的温度、开始和停止。
6、本发明操作简单，便于管理，节省人力，使用安全。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的碳酸氢铵水解反应系统细部结构示意图；
图3是本发明的湿度传感器分布示意图；
图4是本发明的气敏传感器布置示意图；
图5是本发明的土壤湿度控制电路图；
图6是本发明的反应温度控制电路图；
图7是本发明的CO2气体浓度检测电路图。
图1-7中各标号：1-蓄水池、2-水泵、3-过滤器Ⅰ、4-逆止阀、5-管道Ⅰ、6-管道Ⅱ、7-进水阀Ⅰ、8-流量计Ⅰ、9-水解反应器、10-加热板、11-控制阀Ⅰ、12-管道Ⅲ、13-管道Ⅳ、14-进水阀Ⅱ、15-流量计Ⅱ、16-过滤吸收器、17-管道Ⅴ、18-电磁阀、19-流量计Ⅳ、20-控制阀Ⅱ、21-管道Ⅵ、22-管道Ⅶ、23-进水阀Ⅲ、24-流量计Ⅲ、25-氨水稀释器、26-施肥泵、27-过滤器Ⅱ、28-止水阀、29-管道Ⅷ、30-运输干管、31-控制阀Ⅲ、32-流量表、33-压力表、34-灌溉干管、35-灌溉支管、36-灌溉毛管、37-喷头、38-温度传感器、39-温度控制器、40-气敏传感器、41-湿度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-7所示，一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，包括水源系统、碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统以及电路控制系统；
所述水源系统主要包括：蓄水池1、水泵2、过滤器Ⅰ3、逆止阀4；
所述碳酸氢铵水解反应系统主要包括：进水阀Ⅰ7、流量计Ⅰ8、水解反应器9、加热板10、控制阀Ⅰ11；
所述过滤吸收系统主要包括：进水阀Ⅱ14、流量计Ⅱ15、过滤吸收器16、电磁阀18、流量计Ⅳ19、控制阀Ⅲ20；
所述氨水稀释系统主要包括：进水阀Ⅲ23、流量计Ⅲ24、氨水稀释器25、施肥泵26、过滤器Ⅱ27、止水阀28；
所述运输控制系统主要包括：运输干管30、控制阀Ⅲ31、流量表32、压力表33；
所述喷灌系统主要包括：灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36、喷头37；
所述电路控制系统包括：土壤湿度控制电路、反应温度控制电路、CO2气体浓度检测电路；
所述蓄水池1中的水源通过水泵2加压和过滤器Ⅰ3过滤后，经管道Ⅰ5进入碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统，管道Ⅰ5上设置有逆止阀4；管道Ⅱ6连接管道Ⅰ5和水解反应器9，在管道Ⅱ6上设置进水阀Ⅰ7和流量计Ⅰ8；管道Ⅲ12一端与水解反应器9连接，另一端与过滤吸收器16连接，管道Ⅲ12上设置控制阀Ⅰ11；管道Ⅳ13连接管道Ⅰ5和过滤吸收器16，管道Ⅳ13上设置进水阀Ⅱ14和流量计Ⅱ15；管道Ⅴ17一端连接管道Ⅰ5，另一端连接过滤吸收器16，管道Ⅴ17上设置电磁阀18；管道Ⅵ21一端连接过滤吸收器16，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅵ21上设置流量计Ⅳ19和控制阀Ⅱ20；管道Ⅶ22连接管道Ⅰ5和氨水稀释器25，管道Ⅶ22上设置进水阀Ⅲ23和流量计Ⅲ24；管道Ⅷ29一端并入管道Ⅰ5中，一起接入运输干管30，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅷ29上依次设有施肥泵26、过滤器Ⅱ27和止水阀28；
所述运输干管30一端连接管道Ⅰ5，另一端连接灌溉干管34，运输干管30上依次设置控制阀Ⅲ31、流量表32和压力表33；灌溉干管34依次连接灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37；
所述水解反应器9的上、中、下三个不同位置安装有温度传感器38，在其下底部安装有加热板10，加热板10与温度控制器39相连接；
气敏传感器40安置在喷头37上，每隔一个喷头37安装一个气敏传感器40；湿度传感器41以网格状的形式均匀布置于作物根部土壤内；
所述土壤湿度控制电路分别与逆止阀4、湿度传感器41相连接；反应温度控制电路分别与加热板10、温度传感器38和温度控制器39连接；CO2气体浓度检测电路与气敏传感器40相连接。
温度传感器38通过检测水解反应器9中的温度变化，将信号传至反应温度控制电路，最后在温度控制器39中显示出具体的温度值，所以可根据该温度数值来调控温度控制器39，使水解反应器9中的反应温度始终处于安全适宜的范围内；气敏传感器40将探测到温室大棚的CO2气体浓度转换成电信号传输到CO2气体浓度检测电路中，最后在显示屏中显示出具体数值，可根据该数值控制温室大棚中CO2气体的含量和水解反应的进行；通过在土壤湿度控制电路中设定土壤水分含量的适合范围，再与湿度传感器41相连接，以实现整个系统的智能化运行。
灌水：依据湿度传感器41测定土壤中的含水量，当含水量低于设定的最低值时，就需要向温室大棚内的作物进行灌水。进行灌水时，逆止阀4和控制阀Ⅲ31开启，同时关闭进水阀Ⅰ7、进水阀Ⅱ14、进水阀Ⅲ23、电磁阀18和止水阀28，水流通过水泵2加压和过滤器Ⅰ3过滤后，经管道Ⅰ5输送到运输干管30，流量表32记录水流流量，再经过灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37，到达作物顶部进行喷灌。当湿度传感器41检测到土壤水分含量达到设定最高值时，关闭逆止阀4和控制阀Ⅲ31，停止灌水。
实施例2：如图1-7所示，一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，包括水源系统、碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统以及电路控制系统；
所述水源系统主要包括：蓄水池1、水泵2、过滤器Ⅰ3、逆止阀4；
所述碳酸氢铵水解反应系统主要包括：进水阀Ⅰ7、流量计Ⅰ8、水解反应器9、加热板10、控制阀Ⅰ11；
所述过滤吸收系统主要包括：进水阀Ⅱ14、流量计Ⅱ15、过滤吸收器16、电磁阀18、流量计Ⅳ19、控制阀Ⅲ20；
所述氨水稀释系统主要包括：进水阀Ⅲ23、流量计Ⅲ24、氨水稀释器25、施肥泵26、过滤器Ⅱ27、止水阀28；
所述运输控制系统主要包括：运输干管30、控制阀Ⅲ31、流量表32、压力表33；
所述喷灌系统主要包括：灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36、喷头37；
所述电路控制系统包括：土壤湿度控制电路、反应温度控制电路、CO2气体浓度检测电路；
所述蓄水池1中的水源通过水泵2加压和过滤器Ⅰ3过滤后，经管道Ⅰ5进入碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统，管道Ⅰ5上设置有逆止阀4；管道Ⅱ6连接管道Ⅰ5和水解反应器9，在管道Ⅱ6上设置进水阀Ⅰ7和流量计Ⅰ8；管道Ⅲ12一端与水解反应器9连接，另一端与过滤吸收器16连接，管道Ⅲ12上设置控制阀Ⅰ11；管道Ⅳ13连接管道Ⅰ5和过滤吸收器16，管道Ⅳ13上设置进水阀Ⅱ14和流量计Ⅱ15；管道Ⅴ17一端连接管道Ⅰ5，另一端连接过滤吸收器16，管道Ⅴ17上设置电磁阀18；管道Ⅵ21一端连接过滤吸收器16，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅵ21上设置流量计Ⅳ19和控制阀Ⅱ20；管道Ⅶ22连接管道Ⅰ5和氨水稀释器25，管道Ⅶ22上设置进水阀Ⅲ23和流量计Ⅲ24；管道Ⅷ29一端并入管道Ⅰ5中，一起接入运输干管30，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅷ29上依次设有施肥泵26、过滤器Ⅱ27和止水阀28；
所述运输干管30一端连接管道Ⅰ5，另一端连接灌溉干管34，运输干管30上依次设置控制阀Ⅲ31、流量表32和压力表33；灌溉干管34依次连接灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37；
所述水解反应器9的上、中、下三个不同位置安装有温度传感器38，在其下底部安装有加热板10，加热板10与温度控制器39相连接；
气敏传感器40安置在喷头37上，每隔一个喷头37安装一个气敏传感器40；湿度传感器41以网格状的形式均匀布置于作物根部土壤内；
所述土壤湿度控制电路分别与逆止阀4、湿度传感器41相连接；反应温度控制电路分别与加热板10、温度传感器38和温度控制器39连接；CO2气体浓度检测电路与气敏传感器40相连接。
温度传感器38通过检测水解反应器9中的温度变化，将信号传至反应温度控制电路，最后在温度控制器39中显示出具体的温度值，所以可根据该温度数值来调控温度控制器39，使水解反应器9中的反应温度始终处于安全适宜的范围内；气敏传感器40将探测到温室大棚的CO2气体浓度转换成电信号传输到CO2气体浓度检测电路中，最后在显示屏中显示出具体数值，可根据该数值控制温室大棚中CO2气体的含量和水解反应的进行；通过在土壤湿度控制电路中设定土壤水分含量的适合范围，再与湿度传感器41相连接，以实现整个系统的智能化运行。
增施CO2气肥：依据气敏传感器40探测温室大棚内CO2的浓度，当所测得的CO2浓度低于设定最低值时，需要向温室大棚内增施CO2气肥。在水解反应器9中添加一定量的碳酸氢铵固体，关闭控制阀Ⅰ11、控制阀Ⅱ20、进水阀23、止水阀28、电磁阀18和控制阀Ⅲ31，同时开启逆止阀4、进水阀Ⅰ7、进水阀Ⅱ14。流量计Ⅰ8、流量计Ⅱ15记录水流流量，待水解反应器9和过滤吸收器16中流入适量水后，关闭逆止阀4、进水阀Ⅰ7、进水阀Ⅱ14，开启控制阀Ⅰ11、电磁阀18和控制阀Ⅲ31，加热板10通电进行加热，碳酸氢铵水解产生氨气和CO2气体。通过温度控制器39设置合适的反应温度，温度传感器38监测水解反应器9中的温度。反应产生的氨气和CO2气体通过管道Ⅲ12进入过滤吸收器16，氨气溶于水中形成氨水，过滤后的CO2气体经电磁阀18和管道Ⅴ17进入管道Ⅰ5，再依次经过运输干管30、灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37，到达作物顶部增施气肥。温室大棚内CO2气体浓度达到设定最高值时，加热板10立即断电，控制阀Ⅰ11、电磁阀18和控制阀Ⅲ31关闭，即完成CO2气肥的增施。
实施例3：如图1-7所示，一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，包括水源系统、碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统以及电路控制系统；
所述水源系统主要包括：蓄水池1、水泵2、过滤器Ⅰ3、逆止阀4；
所述碳酸氢铵水解反应系统主要包括：进水阀Ⅰ7、流量计Ⅰ8、水解反应器9、加热板10、控制阀Ⅰ11；
所述过滤吸收系统主要包括：进水阀Ⅱ14、流量计Ⅱ15、过滤吸收器16、电磁阀18、流量计Ⅳ19、控制阀Ⅲ20；
所述氨水稀释系统主要包括：进水阀Ⅲ23、流量计Ⅲ24、氨水稀释器25、施肥泵26、过滤器Ⅱ27、止水阀28；
所述运输控制系统主要包括：运输干管30、控制阀Ⅲ31、流量表32、压力表33；
所述喷灌系统主要包括：灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36、喷头37；
所述电路控制系统包括：土壤湿度控制电路、反应温度控制电路、CO2气体浓度检测电路；
所述蓄水池1中的水源通过水泵2加压和过滤器Ⅰ3过滤后，经管道Ⅰ5进入碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统，管道Ⅰ5上设置有逆止阀4；管道Ⅱ6连接管道Ⅰ5和水解反应器9，在管道Ⅱ6上设置进水阀Ⅰ7和流量计Ⅰ8；管道Ⅲ12一端与水解反应器9连接，另一端与过滤吸收器16连接，管道Ⅲ12上设置控制阀Ⅰ11；管道Ⅳ13连接管道Ⅰ5和过滤吸收器16，管道Ⅳ13上设置进水阀Ⅱ14和流量计Ⅱ15；管道Ⅴ17一端连接管道Ⅰ5，另一端连接过滤吸收器16，管道Ⅴ17上设置电磁阀18；管道Ⅵ21一端连接过滤吸收器16，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅵ21上设置流量计Ⅳ19和控制阀Ⅱ20；管道Ⅶ22连接管道Ⅰ5和氨水稀释器25，管道Ⅶ22上设置进水阀Ⅲ23和流量计Ⅲ24；管道Ⅷ29一端并入管道Ⅰ5中，一起接入运输干管30，另一端与氨水稀释器25连接，管道Ⅷ29上依次设有施肥泵26、过滤器Ⅱ27和止水阀28；
所述运输干管30一端连接管道Ⅰ5，另一端连接灌溉干管34，运输干管30上依次设置控制阀Ⅲ31、流量表32和压力表33；灌溉干管34依次连接灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37；
所述水解反应器9的上、中、下三个不同位置安装有温度传感器38，在其下底部安装有加热板10，加热板10与温度控制器39相连接；
气敏传感器40安置在喷头37上，每隔一个喷头37安装一个气敏传感器40；湿度传感器41以网格状的形式均匀布置于作物根部土壤内；
所述土壤湿度控制电路分别与逆止阀4、湿度传感器41相连接；反应温度控制电路分别与加热板10、温度传感器38和温度控制器39连接；CO2气体浓度检测电路与气敏传感器40相连接。
温度传感器38通过检测水解反应器9中的温度变化，将信号传至反应温度控制电路，最后在温度控制器39中显示出具体的温度值，所以可根据该温度数值来调控温度控制器39，使水解反应器9中的反应温度始终处于安全适宜的范围内；气敏传感器40将探测到温室大棚的CO2气体浓度转换成电信号传输到CO2气体浓度检测电路中，最后在显示屏中显示出具体数值，可根据该数值控制温室大棚中CO2气体的含量和水解反应的进行；通过在土壤湿度控制电路中设定土壤水分含量的适合范围，再与湿度传感器41相连接，以实现整个系统的智能化运行。
水氮混施：增施CO2气肥之后，必须加大水肥的供应量，此时需要进行水氮混施。开启控制阀Ⅱ20，让过滤吸收器16中的高浓度氨水经管道Ⅵ21进入氨水稀释器25中，流量计Ⅳ19记录氨水流量，待进入适量氨水后，关闭控制阀Ⅱ20，同时开启逆止阀4和进水阀Ⅲ23，水经管道Ⅶ22进入氨水稀释器25中进行稀释，流量计Ⅲ24记录水流流量，待氨水充分稀释后，关闭逆止阀4和进水阀Ⅲ23，打开止水阀28和控制阀Ⅲ31，稀释后的氨水通过施肥泵26加压和过滤器Ⅱ27过滤后，经管道Ⅷ29进入运输干管30，通过灌溉干管34、灌溉支管35、灌溉毛管36和喷头37，到达作物顶部进行喷灌施肥。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，其特征在于：包括水源系统、碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统以及电路控制系统；
所述水源系统主要包括：蓄水池（1）、水泵（2）、过滤器Ⅰ（3）、逆止阀（4）；
所述碳酸氢铵水解反应系统主要包括：进水阀Ⅰ（7）、流量计Ⅰ（8）、水解反应器（9）、加热板（10）、控制阀Ⅰ（11）；
所述过滤吸收系统主要包括：进水阀Ⅱ（14）、流量计Ⅱ（15）、过滤吸收器（16）、电磁阀（18）、流量计Ⅳ（19）、控制阀Ⅲ（20）；
所述氨水稀释系统主要包括：进水阀Ⅲ（23）、流量计Ⅲ（24）、氨水稀释器（25）、施肥泵（26）、过滤器Ⅱ（27）、止水阀（28）；
所述运输控制系统主要包括：运输干管（30）、控制阀Ⅲ（31）、流量表（32）、压力表（33）；
所述喷灌系统主要包括：灌溉干管（34）、灌溉支管（35）、灌溉毛管（36）、喷头（37）；
所述电路控制系统包括：土壤湿度控制电路、反应温度控制电路、CO2气体浓度检测电路；
所述蓄水池（1）中的水源通过水泵（2）加压和过滤器Ⅰ（3）过滤后，经管道Ⅰ（5）进入碳酸氢铵水解反应系统、过滤吸收系统、氨水稀释系统、运输控制系统、喷灌系统，管道Ⅰ（5）上设置有逆止阀（4）；管道Ⅱ（6）连接管道Ⅰ（5）和水解反应器（9），在管道Ⅱ（6）上设置进水阀Ⅰ（7）和流量计Ⅰ（8）；管道Ⅲ（12）一端与水解反应器（9）连接，另一端与过滤吸收器（16）连接，管道Ⅲ（12）上设置控制阀Ⅰ（11）；管道Ⅳ（13）连接管道Ⅰ（5）和过滤吸收器（16），管道Ⅳ（13）上设置进水阀Ⅱ（14）和流量计Ⅱ（15）；管道Ⅴ（17）一端连接管道Ⅰ（5），另一端连接过滤吸收器（16），管道Ⅴ（17）上设置电磁阀（18）；管道Ⅵ（21）一端连接过滤吸收器（16），另一端与氨水稀释器（25）连接，管道Ⅵ（21）上设置流量计Ⅳ（19）和控制阀Ⅱ（20）；管道Ⅶ（22）连接管道Ⅰ（5）和氨水稀释器（25），管道Ⅶ（22）上设置进水阀Ⅲ（23）和流量计Ⅲ（24）；管道Ⅷ（29）一端并入管道Ⅰ（5）中，一起接入运输干管（30），另一端与氨水稀释器（25）连接，管道Ⅷ（29）上依次设有施肥泵（26）、过滤器Ⅱ（27）和止水阀（28）；
所述运输干管（30）一端连接管道Ⅰ（5），另一端连接灌溉干管（34），运输干管（30）上依次设置控制阀Ⅲ（31）、流量表（32）和压力表（33）；灌溉干管（34）依次连接灌溉支管（35）、灌溉毛管（36）和喷头（37）；
所述水解反应器（9）的上、中、下三个不同位置安装有温度传感器（38），在其下底部安装有加热板（10），加热板（10）与温度控制器（39）相连接；
气敏传感器（40）安置在喷头（37）上，每隔一个喷头（37）安装一个气敏传感器（40）；湿度传感器（41）以网格状的形式均匀布置于作物根部土壤内；
所述土壤湿度控制电路分别与逆止阀（4）、湿度传感器（41）相连接；反应温度控制电路分别与加热板（10）、温度传感器（38）和温度控制器（39）连接；CO2气体浓度检测电路与气敏传感器（40）相连接。
2.根据权利要求1所述的用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，其特征在于：所述温度传感器（38）和温度控制器（39）分别用于检测和控制水解反应器（9）中碳酸氢铵进行水解反应的温度；所述气敏传感器（40）用于探测温室大棚内空气中CO2的浓度；所述湿度传感器（41）用于监测土壤中的水分含量。
3.根据权利要求1所述的用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，其特征在于：当只进行灌水时，逆止阀（4）和控制阀Ⅲ（31）开启，同时关闭进水阀Ⅰ（7）、进水阀Ⅱ（14）、进水阀Ⅲ（23）、电磁阀（18）和止水阀（28），水流通过水泵（2）加压和过滤器Ⅰ（3）过滤后，经管道Ⅰ（5）输送到运输干管（30），流量表（32）记录水流流量，再经过灌溉干管（34）、灌溉支管（35）、灌溉毛管（36）和喷头（37），到达作物顶部进行喷灌。
4.根据权利要求1所述的用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，其特征在于：当需要向温室大棚内增施CO2气肥时，在水解反应器（9）中加入碳酸氢铵固体，关闭控制阀Ⅱ（20）、进水阀Ⅲ（23）、止水阀（28）、电磁阀（18）和控制阀Ⅲ（31），开启逆止阀（4）、进水阀Ⅰ（7）和进水阀Ⅱ（14），水分别通过进水阀Ⅰ（7）和进水阀Ⅱ（14）进入水解反应器（9）和过滤吸收器（16）中，流量计Ⅰ（8）和流量计Ⅱ（15）记录水流流量；然后关闭逆止阀（4）、进水阀Ⅰ（7）和进水阀Ⅱ（14），开启控制阀Ⅰ（11）、电磁阀（18）和控制阀Ⅲ（31），加热板（10）通电进行加热，通过温度控制器（39）设置反应温度；反应产生的氨气和CO2气体通过控制阀Ⅰ（11）进入过滤吸收器（16）中，经过滤、吸收、净化后得到纯净的CO2气体和氨水，CO2气体经电磁阀（18）进入管道Ⅰ（5），通过运输干管（30）、灌溉干管（34）、灌溉支管（35）、灌溉毛管（36）和喷头（37），到达作物的顶部增施气肥。
5.根据权利要求1所述的用于温室大棚灌溉施肥和气肥增施一体化系统，其特征在于：CO2气肥增施结束后需立即补充水肥，开启控制阀Ⅱ（20），过滤吸收器（16）中的高浓度氨水进入氨水稀释器（25）中进行稀释，以避免氮肥过量和氨气中毒的现象，流量计Ⅳ（19）记录氨水流量；开启逆止阀（4）和进水阀Ⅲ（23），流量计Ⅲ（24）记录水流流量，氨水在氨水稀释器（25）中充分稀释后，通过施肥泵（26）加压和过滤器Ⅱ（27）过滤后，经管道Ⅷ（29）进入运输干管（30），再通过灌溉干管（34）、灌溉支管（35）、灌溉毛管（36）和喷头（37），到达作物顶部进行喷灌施肥。
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