CN108323297A - 新型智能水肥气一体化果园灌溉系统 - Google Patents

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张磊
束钰
刘双喜
王莹
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Abstract

本发明涉及一种新型水肥气一体化果园灌溉系统，包括：智能配肥给水供气装置、输液管道和低压自适应入渗式滴头装置；智能配肥给水供气装置包括单片机、水肥配比系统、供气系统、电泵和输出端口；电泵出口连接输出端口；输出端口另一端通过输液管道连接低压自适应入渗式滴头装置；低压自适应入渗式滴头装置包括滴头壳体、活动阀芯、输入口和插入式输出栅管；插入式输出栅管插入土壤中，用于将液体或空气缓慢渗入土壤；本发明中，液体在低压状态下渗入土壤，避免了传统插入式滴头高压输出对土壤结构的破坏和水肥的下渗流失，也避免了传统滴灌滴头易堵塞和土壤板结的问题，且能实现液体(空气)的自动补充和定量调节。

Description

新型智能水肥气一体化果园灌溉系统
技术领域
本发明涉及一种新型智能水肥气一体化果园灌溉系统，属于农业作业领域。
背景技术
近年来，随着我国农业种植结构的调整，果树种植面积不断增大，果园耗水耗肥量大的问题日益显现。作为我国农村经济发展优势产业之一的苹果产业，在我国农业产业结构调整、增加农民收入及出口创汇等方面发挥了重要作用。果树种植与生产为农民带来良好经济效益，如何提高果树用水效益，也逐渐得到重视。水分还是影响土壤养分转化的重要因素，适量的水分能够充分调动土壤及肥料中的养分，而过度灌溉不仅造成水资源浪费也使肥料流失，形成环境污染隐患。我国水资源贫乏，实现果园节水灌溉已经成为当前和今后林果业可持续发展的首要任务。随着果园密植技术的发展，在土壤中植物根系呼吸状态受到制约，在合理密植情况下要提高产量，就必须保证植物根部土壤的含氧量。改善植物土壤根系呼吸状态，也成为农业养植过程中的难题。
传统插入式滴头高压输出造成土壤结构的破坏和水肥的下渗流失，传统滴灌滴头存在易堵塞和造成土壤板结的问题，本发明的入渗式低压滴头避免了这些问题。
通过对果园土壤水分监视与灌溉自动控制技术国内外研究现状进行分析研究。国外产品虽然技术成熟，但是价格昂贵，且不适合中国国情；国内产品自动化与智能化程度较低，无法满足果园生产管理需求。
发明内容
为了解决上述问题，保证果树生长所需的最佳土壤水分含量与最佳肥料配比，改善果树土壤根系呼吸状态，提高果园产量及果品质量，本发明提供了一种新型水肥气一体化果园灌溉系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型水肥气一体化果园灌溉系统，包括：智能配肥给水供气装置、输液管道和低压自适应入渗式滴头装置；智能配肥给水供气装置和低压自适应入渗式滴头装通过输液管道连接。
所述的智能配肥给水供气装置包括单片机、水肥配比系统、供气系统、电泵和输出端口；电泵出口连接输出端口；输出端口另一端通过输液管道连接低压自适应入渗式滴头装置；
所述的单片机中存储有水肥调节控制软件，水肥调节控制软件(根据现有技术编程)实现可调节比例的水肥灌施。
所述水肥配比系统包括水箱、液肥箱和供气电磁开关阀；所述水箱和液肥箱通过独立的管道分别与电泵连接；水箱与电泵之间的管道上依次设有给水流量传感器、过滤器一、给水电磁比例阀、供水电磁开关阀；所述液肥箱和电泵之间的管道上依次设有液肥流量传感器、过滤器二、液肥电磁比例阀、液肥电磁开关阀；所述液肥电磁比例阀和给水电磁比例阀分别和单片机连接，由单片机控制按设定的水肥配比将水与液肥引入管道；所述的液肥流量传感器和给水流量传感器实时将流量反馈给单片机；电泵与输出端口之间设有流量传感器，流量传感器与单片机连接，向单片机反馈输出总流量；电泵和流量传感器之间设有安全阀。
所述的供气系统统包括进气栅口和供气电磁开关阀，为土壤补充自然空气，以改善土壤氧气含量及根系呼吸状态；所述进气栅口和电泵通过管道连接；所述进气栅口和电泵之间的管道上设有供气电磁开关阀；供气电磁开关阀与单片机相连，由单片机控制供气电磁开关阀的通断时间以控制进气量；自然空气由进气栅口吸入并通过供气电磁开关阀和电泵经输出端口进入土壤。
所述的低压自适应入渗式滴头装置包括滴头壳体、活动阀芯、输入口和插入式输出栅管；所述滴头壳体内部设有迂回管道和内部空腔；所述的活动阀芯可活动位于内部空腔里；滴头壳体的内部空腔与活动阀芯为间隙配合；滴头壳体连接有与其内部空腔连通的输入口和插入式输出栅管；所述的输入口通过输液管道连接所述的输出端口；插入式输出栅管由连接为一体的多个平行设置的槽型细缝组成；所述内部空腔经过迂回管道与插入式输出栅管连接；插入式输出栅管插入土壤中，用于将液体或空气缓慢渗入土壤。
本发明还提供了一种新型水肥气一体化果园灌溉方法，步骤如下：
1、施肥模式下，单片机将供水电磁开关阀、液肥电磁开关阀打开，供气电磁开关阀关闭，通过单片机设定供水施肥比例，液肥电磁比例阀和给水电磁比例阀调节供水施肥比例，水和肥液按设定比例通过电泵经输出端口进入输液管道；
2、供水模式下，单片机将供水电磁开关阀打开、液肥电磁开关、供气电磁开关阀关闭，通过单片机设定供水量，水通过电泵经输出端口进入输液管道；
3、供气模式下，单片机将供水电磁开关阀、液肥电磁开关阀关闭，供气电磁开关阀打开，通过单片机设定供气量，单片机控制供气电磁开关阀的通断时间以控制进气量，空气通过电泵经输出端口进入输液管道。所述的流量传感器实时将输入管路中的流量反馈给智能控制系统以实现自动控制。
从输入口进入的液体或空气进入滴头壳体的内部空腔前方，推动活动阀芯后移使液体(空气)进入迂回管道；液体(空气)经过迂回管道从内部空腔后方再次进入滴头壳体的内部空腔，当从迂回管道进入的液体(空气)充满壳体内部空腔后，推动活动阀芯前移堵住输入口，壳体内部空腔与田间输液管道隔绝，处于较低压力状态下的内部空腔中的液体(空气)经插入式输出栅管缓慢渗入土壤；当滴头壳体内部空腔中的液体(空气)流失到一定程度后，由于压力差，输入口中的液体(空气)再次向后推开活动阀芯，液体(空气)会再次进入输入口经迂回管道补充到滴头壳体的空腔，如此自动往复循环，液体(空气)在低压状态下经插入式输出栅管缓慢渗入土壤。
本发明中，通过设置低压自适应入渗式滴头装置，使液体(空气)在低压状态下渗入土壤，避免了传统插入式滴头高压输出对土壤结构的破坏和水肥的下渗流失，也避免了传统滴灌滴头易堵塞和土壤板结的问题；同时，能实现液体(空气)的自动补充和定量调节。
随着果园密植技术的发展，在土壤中植物根系呼吸状态受到制约，本发明可以保证植物根部土壤的含氧量，改善植物土壤根系呼吸状态；传统插入式滴头高压输出造成土壤结构的破坏和水肥的下渗流失，而且传统滴灌滴头存在易堵塞和造成土壤板结的问题，本发明的入渗式低压滴头避免了土壤结构的破坏和水肥的下渗流失这些问题；本发明可以为果树生长所需的最佳土壤水分含量与最佳肥料配比，改善果树土壤根系呼吸状态，提高果园产量及果品质量。
附图说明
图1是系统整体结构图
图2是智能配肥给水供气装置图
图3是低压自适应入渗式滴头装置内部结构图
图4是低压自适应入渗式滴头装置工作示意图
图1中：1.智能配肥给水供气装置2.输液管道3.入渗式低压输出滴头装置
图2中：4.电控箱5.电泵6.输出端口7.流量传感器8.供水电磁开关阀9.安全阀10.液肥电磁开关阀11.液肥箱12.过滤器13.液肥流量传感器14.液肥电磁比例阀15.水箱16.给水电磁比例阀17.给水流量传感器18.进气栅口19.供气电磁开关阀
图3中：20.滴头壳体21.活动阀芯22.输入口23.插入式输出栅管
具体实施方式
下面结合附图，详细说明一下本发明的具体实施方式。以下具体实施方式用于说明本发明，但不限制本发明的范围。本实例所涉及的电泵、过滤器、安全阀、单片机等均可市购得到。
具体实施实例：
如图1所示，本发明包括：智能配肥给水供气装置1、输液管道2和低压自适应入渗式滴头装置3。智能配肥给水供气装置1和入渗式低压输出滴头装置3通过输液管道2连接。
如图2所示，所述的智能配肥给水供气装置1包括单片机STM32、水肥配比系统、供气系统、电泵5和输出端口6；电泵5出口连接输出端口6；输出端口6另一端通过输液管道2连接低压自适应入渗式滴头装置3；单片机可放置在电控箱4中。单片机中存储有水肥调节控制软件，水肥调节控制软件(根据现有技术编程)通过分别设定控制水和液肥的施入量，从而根据果树生长所需的最佳土壤水分含量与最佳肥料配比，实现可调节比例的水肥灌施。
所述水肥配比系统包括水箱15、液肥箱11和供气电磁开关阀19；所述水箱15和液肥箱11均通过独立的管道分别与电泵5连接；电泵5出口连接输出端口6；输出端口6另一端通过输液管道2连接低压自适应入渗式滴头装置3；水箱15与电泵5之间的管道上依次设有给水流量传感器17、过滤器12一、给水电磁比例阀16、供水电磁开关阀8；所述液肥箱11和电泵5之间的管道上依次设有液肥流量传感器13、过滤器12二、液肥电磁比例阀14、液肥电磁开关阀10；所述液肥电磁比例阀14和给水电磁比例阀16分别和单片机连接，由单片机控制按设定的水肥配比将水与液肥引入管道；所述的液肥流量传感器13和给水流量传感器17实时将流量反馈给单片机。电泵5与输液管道2接口之间设有流量传感器7，流量传感器7与单片机连接，向单片机反馈输出总流量；电泵5跟流量传感器7之间设有安全阀9，以便在管道堵塞时卸荷来，保护设备和管道。
所述的供气系统包括进气栅口18和供气电磁开关阀19，为土壤补充自然空气，以改善土壤氧气含量及根系呼吸状态；所述进气栅口18和电泵5通过管道连接；所述进气栅口18和电泵5之间的管道上设有供气电磁开关阀19；供气电磁开关阀19与单片机相连，由单片机控制供气电磁开关阀19的通断时间以控制进气量；自然空气由进气栅口18吸入并通过供气电磁开关阀19和电泵5经输液管道2进入土壤。
所述的低压自适应入渗式滴头装置包括滴头壳体20、活动阀芯21、输入口22和插入式输出栅管23；所述滴头壳体内部设有迂回管道和内部空腔；迂回管道和内部空腔可一体成型设置；所述的活动阀芯21可活动位于滴头壳体20内部空腔里；滴头壳体20设有与其内部空腔连通的输入口22和插入式输出栅管23；滴头壳体20的输入口22与通过输液管道2与所述的输出端口6连接；滴头壳体20的内部空腔与活动阀芯21为间隙配合；插入式输出栅管23由连接为一体的多个平行设置的槽型细缝组成；所述输入口22与内部空腔相连通，内部空腔经过迂回管道与插入式输出栅管23连接；从输入口22进入的液体(空气)进入滴头壳体20的内部空腔，推动活动阀芯21后移使液体(空气)进入迂回管道；液体(空气)经过迂回管道从反方向再次进入滴头壳体20的内部空腔；当从迂回管道进入的液体(空气)充满壳体内部空腔后，推动活动阀芯21前移堵住输入口22，壳体内部空腔与输液管道2隔绝，以便壳体20的空腔中的液体(空气)处于较低压力状态下经插入式输出栅管23缓慢渗入土壤。当滴头壳体20空腔中的液体(空气)流失到一定程度后，由于压力差，输入口22中的液体(空气)推开活动阀芯21，液体(空气)会再次进入输入口22经迂回管道补充到滴头壳体20的空腔，如此自动往复循环，保证液体(空气)在低压状态下经插入式输出栅管23缓慢渗入土壤。
如图3所示，插入式输出栅管23上槽型细缝的宽度可设定4mm，插入土下深度为25cm。
使用时，将系统设置为施肥模式时，单片机将供水电磁开关阀8、液肥电磁开关阀10打开，供气电磁开关阀19关闭，通过电控箱4上的触控屏幕设定供水施肥比例，系统中的液肥电磁比例阀14和给水电磁比例阀16调节供水施肥比例，通过电泵5经输出端口6进入输液管道2。将系统设置为供水模式时，单片机将供水电磁开关阀8打开、液肥电磁开关10、供气电磁开关阀19关闭，通过电控箱4上的触控屏幕设定供水量，通过电泵5经输出端口6进入输液管道2。将系统设置为供气模式时，单片机将供水电磁开关阀8、液肥电磁开关阀10关闭，供气电磁开关阀19打开，通过电控箱4上的触控屏幕设定供气量，空气通过电泵5经输出端口6进入田间输液管道2。系统中的流量传感器7实时将管道中的流量反馈给智能控制系统以实现自动控制。
上述仅为本发明的具体实施方式，而并非对本发明的限制，在不脱离本发明的构思和范围的情况下做出的各种变化和变型、所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (4)

1.一种新型水肥气一体化果园灌溉系统，其特征在于：包括智能配肥给水供气装置、输液管道和低压自适应入渗式滴头装置；智能配肥给水供气装置和低压自适应入渗式滴头装通过输液管道连接；
所述的智能配肥给水供气装置包括单片机、水肥配比系统、供气系统、电泵和输出端口；电泵出口连接输出端口；输出端口另一端通过输液管道连接低压自适应入渗式滴头装置；
所述的单片机中存储有水肥调节控制软件，水肥调节控制软件能实现可调节比例的水肥灌施；
所述的水肥配比系统包括水箱、液肥箱和供气电磁开关阀；所述水箱和液肥箱通过独立的管道分别与电泵连接；水箱与电泵之间的管道上依次设有给水流量传感器、过滤器一、给水电磁比例阀、供水电磁开关阀；所述液肥箱和电泵之间的管道上依次设有液肥流量传感器、过滤器二、液肥电磁比例阀、液肥电磁开关阀；所述液肥电磁比例阀和给水电磁比例阀分别和单片机连接，由单片机控制按设定的水肥配比将水与液肥引入管道；所述的液肥流量传感器和给水流量传感器实时将流量反馈给单片机；电泵与输出端口之间设有流量传感器，流量传感器与单片机连接，向单片机反馈输出总流量；电泵和流量传感器之间设有安全阀；
所述的供气系统统包括进气栅口和供气电磁开关阀，为土壤补充自然空气，以改善土壤氧气含量及根系呼吸状态；所述进气栅口和电泵通过管道连接；所述进气栅口和电泵之间的管道上设有供气电磁开关阀；供气电磁开关阀与单片机相连，由单片机控制供气电磁开关阀的通断时间以控制进气量；自然空气由进气栅口吸入并通过供气电磁开关阀和电泵经输出端口进入土壤；
所述的低压自适应入渗式滴头装置包括滴头壳体、活动阀芯、输入口和插入式输出栅管；所述滴头壳体内部设有迂回管道和内部空腔；所述的活动阀芯可活动位于内部空腔里；滴头壳体的内部空腔与活动阀芯为间隙配合；滴头壳体连接有与其内部空腔连通的输入口和插入式输出栅管；所述的输入口通过输液管道连接所述的输出端口；插入式输出栅管由连接为一体的多个平行设置的槽型细缝组成；所述内部空腔经过迂回管道与插入式输出栅管连接；插入式输出栅管插入土壤中，用于将液体或空气缓慢渗入土壤。
2.如权利要求1所述的一种新型水肥气一体化果园灌溉系统，其特征在于：所述的插入式输出栅管由连接为一体的多个平行设置的槽型细缝组成。
3.如权利要求2所述的一种新型水肥气一体化果园灌溉系统，其特征在于：所述的插入式输出栅管上槽型细缝的宽度为4mm。
4.如权利要求1所述的一种新型水肥气一体化果园灌溉方法，其特征在于：
1)施肥模式下，单片机将供水电磁开关阀、液肥电磁开关阀打开，供气电磁开关阀关闭，通过单片机设定供水施肥比例，液肥电磁比例阀和给水电磁比例阀调节供水施肥比例，水和肥液按设定比例通过电泵经输出端口进入输液管道；
2)供水模式下，单片机将供水电磁开关阀打开、液肥电磁开关、供气电磁开关阀关闭，通过单片机设定供水量，水通过电泵经输出端口进入输液管道；
3)供气模式下，单片机将供水电磁开关阀、液肥电磁开关阀关闭，供气电磁开关阀打开，通过单片机设定供气量，单片机控制供气电磁开关阀的通断时间以控制进气量，空气通过电泵经输出端口进入输液管道。
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