CN107466738B - 一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统 - Google Patents

一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，将温室划分成网格形式的多个区域单元。点控式精准智能灌溉施肥施药系统包括温室信息采集中央控制装置和点控式精准水肥药一体化灌溉装置，所述温室信息采集中央控制装置用于信息采集、数据处理及策略制定；所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元内执行水肥药投放策略。本发明通过将当前土壤信息和作物信息与理论数据进行比对，准确确定区域单元内的作物对水肥药的需求避免肥料和农药的过度使用造成土壤和水资源污染，通过调节一个区域单元内的不同部分水肥药施用量和不同区域单元之间的水肥药施用量，真正达到精准施加，进一步避免浪费。

Description

一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统
技术领域
本发明涉及智能农业技术领域，具体而言，涉及一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统。
背景技术
当前智能温室越来越受到关注，其智能控制的优越性越发重要。尤其是，温室内的灌溉系统，也逐步迈向智能化。目前，温室的灌溉系统主要集中在微灌：微喷、滴管、地下滴管等灌水方式方面，智能控制系统主要为通过电磁阀控制管路的开闭实现自动化控制。最近，自动信息采集子系统开始应用国内的智能温室，通过智能控制程序分析采集的信息数据，实现灌溉施肥的自动化控制。然而，目前的温室，种植结构开始多样化，不同的片区种植不同物种。不同的片区需水量、施肥量、施药量不同。现有的灌溉施肥系统无法满足精准、智能灌溉施肥喷药的功能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，实现精准灌溉施肥施药，以满足当前智能温室的发展需求。
一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，包括温室信息采集中央控制装置和点控式精准水肥药一体化灌溉装置，
所述温室信息采集中央控制装置包括：信息采集子系统，所述信息采集子系统将温室以网格形式划分区域单元，每个区域单元内设置用于采集土壤信息和作物植株生理信息的信息采集单元；中央控制子系统，用于接收来自信息采集子系统采集的信息数据进行处理和分析后发出操作指令；水肥药供给控制子系统，包括灌溉控制部分、施肥控制部分和喷药控制部分，分别用于根据中央控制子系统发出的操作指令执行灌溉、施肥和喷药操作；存储装置，用于信息存储；
所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置包括：水肥药供给管路，用于将灌溉水、液体肥料、液体农药输送至灌水器；可移动精准喷洒灌水器，由承载杆进行支撑，承载杆位于支撑架上并且通过上下伸缩运动调整灌水器高度；所述支撑架位于滑轨上，通过支撑架在滑轨上的滑动带动灌水器进行位置移动；供水管驱动盘，用于水肥药供给管路的卷收和释放；电控驱动轮，用于给支撑架的运动提供动力；
所述中央控制子系统接收来自信息采集子系统采集的土壤信息并且调取作物的理论生长周期数据和当前气象数据，将土壤信息与理论生长周期数据内的环境数据比对，结合当前气象数据得出水需求量和肥料需求量，向所述水肥药供给控制子系统发出灌溉或者施肥指令，所述水肥药供给控制子系统控制所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元执行灌溉或者施肥指令；
所述中央控制子系统接收来自信息采集子系统采集的作物植株生理信息并且调取作物的理论生长周期数据和病虫害数据，将作物植株生理信息与理论生长周期数据内的作物发育数据比对，判断作物的发育情况；将作物的图像信息与病虫害数据比对，判断当前的病害或虫害类型和程度，向所述水肥药供给控制子系统发出喷药指令，所述水肥药供给控制子系统控制所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元执行喷药指令。
所述信息采集单元包括5TE传感器、氮磷钾速测传感器、张力计传感器和摄像头，所述5TE传感器和氮磷钾检测传感器用于采集土壤信息，包括土壤的水分、温度、电导率、和pH值以及土壤中氮磷钾含量；所述张力计传感器和摄像头用于采集作物植株生理信息。
优选的，所述灌水器是旋转折射式微喷头，通过水压和出水口大小控制灌溉水、液体肥料和液体农药药的施用量和喷洒幅度。
优选的，所述支撑架为镀锌铁管构成，所述承载杆为不锈钢轻质管，上下伸缩高度范围为0.25m至2.5m。
优选的，所述滑轨是钢轨，所述支撑架带动承载杆上的灌水器沿滑轨进行横向或纵向的运动，速度为0.2～20m/min。
优选的，温室内的所有区域单元的面积大小相同或者不同区域单元的面积不同。
优选的，所述区域单元长度范围为0.5m至5m，宽度范围为0.5m至5m。
本发明具有以下技术效果或进步：
1)通过将当前土壤信息和作物信息与理论数据进行比对，准确确定区域单元内的作物对水肥药的需求，避免大面积滥灌造成水肥药的浪费，尤其是避免肥料和农药的过度使用，造成土壤和水资源污染。
2)确定多个区域单元内的作物对水肥药的需求后，通过点控式精准水肥药一体化灌溉装置内的灌溉器的可控制的移动性能，调节一个区域单元内的不同部分水肥药施用量和不同区域单元之间的水肥药施用量，真正达到精准施加，进一步避免浪费。
附图说明
图1是温室信息采集中央控制装置的连接模块图。
图2是可移动精准喷洒灌水器的结构示意图。
图3是点控式精准水肥药一体化灌溉装置的结构示意图。
图4是温室内的网格形式划分区域单元后的示意图。
附图标记：
1-信息采集子系统、2-中央控制子系统、3-水肥药供给控制子系统的灌溉控制部分、4-施肥控制部分、5-喷药控制部分、6-供水管驱动盘，7-可移动精准喷洒灌水器，8-滑轨和支撑架，9-电控驱动轮，10-灌水器承载杆，11-水肥药供给管路、12-水肥药供给控制子系统、13-信息采集网格。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统进行详细描述。
本发明提供的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，包括温室信息采集中央控制装置和点控式精准水肥药一体化灌溉装置。
如图1所示，温室信息采集中央控制装置包括：信息采集子系统1，中央控制子系统2和水肥药供给控制子系统12。
信息采集子系统1将温室以网格形式划分区域单元(如图4所示)。每个区域单元内设置用于采集土壤信息和作物植株生理信息的信息采集单元，信息采集单元包括5TE传感器、氮磷钾速测传感器、张力计传感器和摄像头，其中5TE传感器和氮磷钾检测传感器用于采集土壤信息，包括土壤的水分、温度、电导率、和pH值以及土壤中氮磷钾含量；张力计传感器和摄像头用于采集作物植株生理信息。
水肥药供给控制子系统12包括灌溉控制部分3、施肥控制部分4和喷药控制部分5，分别用于根据中央控制子系统发出的操作指令执行灌溉、施肥和喷药操作；存储装置，用于信息存储。
中央控制子系统2接收来自信息采集子系统1采集的土壤信息并且调取作物的理论生长周期数据和当前气象数据，将土壤信息与理论生长周期数据内的环境数据比对，结合当前气象数据得出水需求量和肥料需求量，向水肥药供给控制子系统12发出灌溉或者施肥指令，水肥药供给控制子系统12控制点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元执行灌溉或者施肥指令。
中央控制子系统2接收来自信息采集子系统1采集的作物植株生理信息并且调取作物的理论生长周期数据和病虫害数据，将作物植株生理信息与理论生长周期数据内的作物发育数据比对，判断作物的发育情况；将作物的图像信息与病虫害数据比对，判断当前的病害或虫害类型和程度，向水肥药供给控制子系统12发出喷药指令，水肥药供给控制子系统12控制点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元执行喷药指令。
点控式精准水肥药一体化灌溉装置包括：水肥药供给管路11，用于将灌溉水、液体肥料、液体农药输送至灌水器7，可以是旋转折射式微喷头，通过水压和出水口大小控制灌溉水、液体肥料和液体农药药的施用量和喷洒幅度。可移动精准喷洒灌水器7，由承载杆10进行支撑，承载杆10位于支撑架上并且通过上下伸缩运动调整灌水器7的高度；支撑架位于滑轨上构成结构8，通过支撑架在滑轨上的滑动带动灌水器7进行位置移动。供水管驱动盘6用于水肥药供给管路的卷收和释放；电控驱动轮9给支撑架的运动提供动力。支撑架为镀锌铁管构成，所述承载杆10为不锈钢轻质管，上下伸缩高度范围为0.25m至2.5m。滑轨是钢轨，支撑架带动承载杆10上的灌水器7沿滑轨进行横向或纵向的运动，速度为0.2～20m/min。
温室内的所有区域单元的面积大小相同或者不同区域单元的面积不同，区域单元长度范围可以是0.5m至5m，宽度范围可以是0.5m至5m。
本发明提供的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统可用于蔬菜温室，下面以黄瓜为例。
首先，信息采集子系统1的内摄像机采集区域单元内的黄瓜作物图像信息，发送给中央控制子系统2，通过与黄瓜生长周期信息比对确定当前生长阶段为育苗期。
信息采集子系统2通过分布在田间的信息采集单元，检测单元检测土壤信息，土壤的类型通过前置的不同土层的颗粒组成依据分类，通过5TE传感器和氮磷钾检测传感器用于采集土壤信息，包括土壤的水分、温度、电导率、和pH值以及土壤中氮磷钾含量等。根据植物的长势情况，可以开启信息采集单位的张力计传感器，测量黄瓜茎长势及其环境因子，并把这些信息传输到中央控制子系统2。中央控制子系统2调取黄瓜的完整生长周期的理论数据，包括土壤水分、温度、电导率、PH、株高、叶面积，结合黄瓜生长不同剩余阶段所需养分信息(上述数据信息用于确定后面的水肥药的具体使用量)，并且将理论数据与信息采集子系统采集到的具体数据进行对比，结合气象数据，确定当前的水肥药具体操作策略。
例如，信息采集子系统1检测到黄瓜株高为10cm(幼苗期)，土壤墒情为土壤体积含水率25％以下，土壤氮磷钾含量氮在140-225，磷57-100，钾106-150以下(单位是毫克/公斤)；病害为霜霉病、疫病，枯萎病、白粉病，当发现页表面叶绿素含量低于标准值时，与理论生长周期内的幼苗期数据进行差值求算，确定水需求量和肥料需求种类和需求量后，进行水肥结合灌溉。确定某些区域单元内的黄瓜患病为霜霉病后，选定用药和用量，通过点控式精准水肥药一体化灌溉装置在患病区域单元进行运动施药，而不影响健康黄瓜区域。
满足供水需求时，流量0.5m3/h，压力0.2MPa，灌水器7的出水口大小根据出水流量和压力进行调节，调节范围从2mm～16mm，横向移动和纵向移动的速度根据采集信息需要速度调节范围在0.2～20m/min，在目标区域内进行均匀喷灌。
应当理解，在某些缺水、缺肥和病害严重的区域单元或由多个区域单元连接成的大区域，可移动精准喷洒灌水器7的喷灌量可加大并且运动速度放慢，加大目标区域的水肥药施放量。
本发明通过将当前土壤信息和作物信息与理论数据进行比对，准确确定区域单元内的作物对水肥药的需求，避免大面积滥灌造成水肥药的浪费，尤其是避免肥料和农药的过度使用，造成土壤和水资源污染。确定多个区域单元内的作物对水肥药的需求后，通过点控式精准水肥药一体化灌溉装置内的灌溉器的可控制的移动性能，调节一个区域单元内的不同部分水肥药施用量和不同区域单元之间的水肥药施用量，真正达到精准施加，进一步避免浪费。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，包括温室信息采集中央控制装置和点控式精准水肥药一体化灌溉装置，其特征在于，
所述温室信息采集中央控制装置包括：信息采集子系统，所述信息采集子系统将温室以网格形式划分区域单元，每个区域单元内设置用于采集土壤信息和作物植株生理信息的信息采集单元；中央控制子系统，用于接收来自信息采集子系统采集的信息数据进行处理和分析后发出操作指令；水肥药供给控制子系统，包括灌溉控制部分、施肥控制部分和喷药控制部分，分别用于根据中央控制子系统发出的操作指令执行调节一个区域单元内不同部分水肥药施用量和不同区域单元之间的水肥药施用量的灌溉、施肥和喷药操作；存储装置，用于信息存储；
所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置包括：水肥药供给管路，用于将灌溉水、液体肥料、液体农药输送至灌水器；可移动精准喷洒灌水器，由承载杆进行支撑，承载杆位于支撑架上并且通过上下伸缩运动调整灌水器高度；所述支撑架位于滑轨上，通过支撑架在滑轨上的滑动带动灌水器进行位置移动；供水管驱动盘，用于水肥药供给管路的卷收和释放；电控驱动轮，用于给支撑架的运动提供动力；
所述中央控制子系统接收来自信息采集子系统采集的土壤信息并且调取作物的理论生长周期数据和当前气象数据，将土壤信息与理论生长周期数据内的环境数据比对，结合当前气象数据得出水需求量和肥料需求量，向所述水肥药供给控制子系统发出灌溉或者施肥指令，所述水肥药供给控制子系统控制所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元执行灌溉或者施肥指令；
所述中央控制子系统接收来自信息采集子系统采集的作物植株生理信息并且调取作物的理论生长周期数据和病虫害数据，将作物植株生理信息与理论生长周期数据内的作物发育数据比对，判断作物的发育情况；将作物的图像信息与病虫害数据比对，判断当前的病害或虫害类型和程度，向所述水肥药供给控制子系统发出喷药指令，所述水肥药供给控制子系统控制所述点控式精准水肥药一体化灌溉装置在目标区域单元执行喷药指令；
所述信息采集单元包括5TE传感器、氮磷钾速测传感器、张力计传感器和摄像头，所述5TE传感器和氮磷钾检测传感器用于采集土壤信息，包括土壤的水分、温度、电导率、和pH值以及土壤中氮磷钾含量；所述张力计传感器和摄像头用于采集作物植株生理信息。
2.根据权利要求1所述的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，其特征在于，所述灌水器是旋转折射式微喷头，通过水压和出水口大小控制灌溉水、液体肥料和液体农药药的施用量和喷洒幅度。
3.根据权利要求2所述的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，其特征在于，所述支撑架为镀锌铁管构成，所述承载杆为不锈钢轻质管，上下伸缩高度范围为0.25m至2.5m。
4.根据权利要求3所述的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，其特征在于，所述滑轨是钢轨，所述支撑架带动承载杆上的灌水器沿滑轨进行横向或纵向的运动，速度为0.2～20m/min。
5.根据权利要求4所述的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，其特征在于，温室内的所有区域单元的面积大小相同或者不同区域单元的面积不同。
6.根据权利要求5所述的一种点控式精准智能灌溉施肥施药系统，其特征在于，所述区域单元长度范围为0.5m至5m，宽度范围为0.5m至5m。
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