CN108496511A - 一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统，包括信息采集模块、信息处理模块和执行模块，所述信息处理模块为单片机；所述信息采集模块包括多个信息采集点，每个信息采集点均包括一个土壤水分传感仪，每个土壤水分传感仪均与单片机的输入端电路连接，每个土壤水分传感仪均设置在种植地的土壤内。与现有技术相比较，土壤墒情状态可以实时获取，水肥灌溉可以根据植物根系对水分、养分的实际需求量进行灌溉，实现了精细化灌溉，有利推动农业精细化灌溉、科学灌溉施肥。
Description
技术领域
本发明涉及农业灌溉技术领域，具体地说是一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统。
背景技术
目前，我国大部分地区农业水肥灌溉大都是依靠农民的种植经验进行，管理比较粗放，无法做到精细化灌溉，所谓精细化灌溉就是根据植物根系对水分、养分的实际需求量进行灌溉。
土壤水分、养分含量过高或过低都会使农作物感觉“不舒服”，土壤中水分、养分含量过低，会使农作物从土壤中吸收水分、养分的生长活动受到抑制，产量降低。相反地，如果农作物根系周围的土壤中水分、养分含量过高，植物根系不能进行呼吸而使产量遭受影响。
所以，如何实现精细化灌溉是我国农业目前亟待解决的一项技术难题。
发明内容
本发明提出一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统。
本发明的技术方案是这样实现的：一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统，包括信息采集模块、信息处理模块和执行模块，所述信息处理模块为单片机；所述信息采集模块包括多个信息采集点，每个信息采集点均包括一个土壤水分传感仪，每个土壤水分传感仪均与单片机的输入端电路连接，每个土壤水分传感仪均设置在种植地的土壤内；所述执行模块包括储水池、多个储肥罐和混合箱，各个储肥罐内装有不同的液体肥料，每个储肥罐的输出端均连接输肥管，每个输肥管上均连接施肥泵，每个施肥泵均与单片机的输出端电路连接；储水池的输出端连接输水管，输水管上连接水泵，水泵与单片机的输出端电路连接；所述混合箱顶面为开放式结构，所述混合箱内部空间通过上下平行设置的两个隔板分隔成上层空间、中间层空间和下层空间，所述输水管末端以及每个输肥管的末端均伸入到上层空间内；位于上层空间与中间层空间之间的隔板上设有通孔，上层空间与中间层空间通过通孔连通，中间层空间与下层空间通过隔板完全分隔；所述中间层空间内部以及下层空间内部均设有扰流板，每个扰流板均与混合箱的侧壁固接，中间层空间和下层空间通过循环泵连通，所述循环泵与单片机的输出端电路连接，所述循环泵的输入端与中间层空间连通，所述循环泵的输出端与下层空间连通；所述下层空间远离循环泵的一端设有出液口，所述出液口连接灌溉泵的输入端，灌溉泵的输出端连接灌溉主管道，所述灌溉泵与单片机的输出端电路连接；所述灌溉主管道上连接多个分支管道，每个分支管道对应一个信息采集点；每个分支管道上均连接一个电磁阀，每个电磁阀均与单片机的输出端电路连接。
作为优选的技术方案，所述单片机型号为STC12C5A60S2。
作为优选的技术方案，所述单片机电路连接显示屏和供电电源，所述供电电源为太阳能板，所述单片机还通过串行接口连接GPRS无线传输模块。
作为优选的技术方案，所述土壤水分传感仪的外壳材质为纳米聚酯塑料。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下突出的有益效果：
土壤墒情状态可以实时获取，水肥灌溉可以根据植物根系对水分、养分的实际需求量进行灌溉，实现了精细化灌溉，有利推动农业精细化灌溉、科学灌溉施肥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明控制原理框图。
图2为本发明执行模块结构示意图。
图中：1-混合箱；2-灌溉泵；3-灌溉主管道；4-分支管道；5-电磁阀；6-储水池；7-储肥罐；8-施肥泵；9-电磁流量计；10-水泵；11-隔板；12-通孔；13-上层空间；14-中间层空间；15-扰流板；16-下层空间；17-循环泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明包括信息采集模块、信息处理模块和执行模块，信息采集模块采集到的信息传输到信息处理模块，信息处理模块对信息进行处理并向执行模块发出相应的工作指令。
所述信息处理模块为单片机，所述单片机型号为STC12C5A60S2，它是一种高速/低功耗/超强抗干扰的新一代单片机，单片机统筹仪器的采集、处理、显示和远程传输。所述单片机电路连接显示屏和供电电源，所述供电电源为太阳能板，操作人员可以通过显示屏输入相应的指令。所述单片机还通过串行接口连接GPRS无线传输模块，GPRS无线传输模块可以将所有信息实时传输给远程数据中心，由数据中心进行进一步的处理和应用。
所述信息采集模块包括多个信息采集点，每个信息采集点均包括一个土壤水分传感仪，每个土壤水分传感仪均与单片机的输入端电路连接，每个土壤水分传感仪均设置在种植地的土壤内。所述土壤水分传感仪为电容式土壤水分传感器，电容式土壤水分传感器基于频域反射测量法，频域反射测量法是根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤容积含水率。电容式土壤水分传感器的具体工作原理为现有公知技术，在此不再赘述。土壤水分传感仪的外壳采用纳米聚酯塑料,可以起到屏蔽作用，提升产品抗干扰能力，而且具有高耐酸碱性，提升了产品的使用寿命。
如图2所示，所述执行模块包括储水池6、多个储肥罐7和混合箱1，各个储肥罐7内装有不同的液体肥料，每个储肥罐7的输出端均连接输肥管，每个输肥管上均连接施肥泵8，每个施肥泵8均与单片机的输出端电路连接。每个输肥管上还连接电磁流量计9，所述电磁流量计9输出端与流量积算仪(图中未标示)输入端电路连接，所述流量积算仪输出端与单片机电路连接。电磁流量计9与流量积算仪的配合使用，完成对液体流量参数进行测量显示、累积计算、报警控制、变送输出、数据采集及通讯。储水池6的输出端连接输水管，输水管上连接水泵10，水泵10与单片机的输出端电路连接。
所述混合箱1顶面为开放式结构，所述混合箱1内部空间通过上下平行设置的两个隔板11分隔成上层空间13、中间层空间14和下层空间16，所述输水管末端以及每个输肥管的末端均伸入到上层空间13内，经输水管输送过来的水以及经输肥管输送过来的肥料被送至混合箱1内的上层空间13。位于上层空间13与中间层空间14之间的隔板11上设有通孔12，上层空间13与中间层空间14通过通孔12连通。中间层空间14与下层空间16通过隔板11完全分隔。所述中间层空间14内部以及下层空间16内部均设有扰流板15，每个扰流板15均与混合箱1的侧壁固接，所述扰流板15为波纹状。中间层空间14和下层空间16通过循环泵17连通，所述循环泵17与单片机的输出端电路连接，所述循环泵17的输入端与中间层空间14连通，所述循环泵17的输出端与下层空间16连通。所述下层空间16远离循环泵17的一端设有出液口，所述出液口连接灌溉泵2的输入端，灌溉泵2的输出端连接灌溉主管道3，所述灌溉泵2与单片机的输出端电路连接。所述灌溉主管道3上连接多个分支管道4，每个分支管道4对应一个信息采集点，通过分支管道4对与其对应的信息采集点进行灌溉。每个分支管道4上均连接一个电磁阀5，每个电磁阀5均与单片机的输出端电路连接。进入上层空间13的混合液通过通孔12进入中间层空间14内，通过循环泵17的吸引中间层空间14内混合液流经扰流板15进入循环泵17，再由循环泵17输出到下层空间16内，之后通过灌溉泵2的吸引，下层空间16内混合液流经扰流板15进入灌溉泵2，再由灌溉泵2输出进入灌溉主管道3，混合液流动过程中必须经过中间层空间14内的扰流板15以及下层空间16内的扰流板15，混合液会与扰流板15发生碰撞，从而有利于肥料的溶解以及水、肥的均匀混合。
本申请的具体使用模式可以分为两种，一种是自动模式：操作人员根据作物生长特性，事先设定土壤最低含水量和最高含水量，当某一信息采集点的土壤水分传感仪检测到土壤中水分含量低于最低含水量时，土壤水分传感仪将信号传输到单片机，单片机发出指令控制水泵10和多个施肥泵8同时工作，储水池6内的水和各个储肥罐7内不同的液体肥料同时注入混合箱1内，各液体肥料的添加量根据种植需要事先输入到系统中。水泵10和多个施肥泵8工作的同时，单片机还发出指令控制循环泵17以及灌溉泵2工作，与此同时单片机发出指令自动开启与该信息采集点对应的分支管道4上的电磁阀5，混合后的水肥经分支管道4对该信息采集点所在区域土壤实施灌溉，灌溉一段时间当该信息采集点的土壤水分传感仪检测到土壤中水分含量高于最高含水量时，土壤水分传感仪将信号传输到单片机，单片机发出指令控制水泵10、多个施肥泵8、灌溉泵2、循环泵17以及分支管道4上的电磁阀5同时关闭，停止灌溉。另外一种模式是手动模式：操作人员可以通过显示屏输入相应的指令控制水泵10、循环泵17和灌溉泵2工作，此时只灌溉水；操作人员还可以通过显示屏输入相应的指令控制水泵10、其中一个或多个施肥泵8、循环泵17以及灌溉泵2工作，此时实现的是水肥同时灌溉，而且肥料添加的种类可以自由选择，实现一种或多种肥料的添加，最大程度上满足种植的不同需要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统，其特征在于：包括信息采集模块、信息处理模块和执行模块，所述信息处理模块为单片机；所述信息采集模块包括多个信息采集点，每个信息采集点均包括一个土壤水分传感仪，每个土壤水分传感仪均与单片机的输入端电路连接，每个土壤水分传感仪均设置在种植地的土壤内；所述执行模块包括储水池、多个储肥罐和混合箱，各个储肥罐内装有不同的液体肥料，每个储肥罐的输出端均连接输肥管，每个输肥管上均连接施肥泵，每个施肥泵均与单片机的输出端电路连接；储水池的输出端连接输水管，输水管上连接水泵，水泵与单片机的输出端电路连接；所述混合箱顶面为开放式结构，所述混合箱内部空间通过上下平行设置的两个隔板分隔成上层空间、中间层空间和下层空间，所述输水管末端以及每个输肥管的末端均伸入到上层空间内；位于上层空间与中间层空间之间的隔板上设有通孔，上层空间与中间层空间通过通孔连通，中间层空间与下层空间通过隔板完全分隔；所述中间层空间内部以及下层空间内部均设有扰流板，每个扰流板均与混合箱的侧壁固接，中间层空间和下层空间通过循环泵连通，所述循环泵与单片机的输出端电路连接，所述循环泵的输入端与中间层空间连通，所述循环泵的输出端与下层空间连通；所述下层空间远离循环泵的一端设有出液口，所述出液口连接灌溉泵的输入端，灌溉泵的输出端连接灌溉主管道，所述灌溉泵与单片机的输出端电路连接；所述灌溉主管道上连接多个分支管道，每个分支管道对应一个信息采集点；每个分支管道上均连接一个电磁阀，每个电磁阀均与单片机的输出端电路连接。
2.按照权利要求1所述的一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统，其特征在于：所述单片机型号为STC12C5A60S2。
3.按照权利要求2所述的一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统，其特征在于：所述单片机电路连接显示屏和供电电源，所述供电电源为太阳能板，所述单片机还通过串行接口连接GPRS无线传输模块。
4.按照权利要求1所述的一种带有土壤水分传感仪的水肥一体化灌溉系统，其特征在于：所述土壤水分传感仪的外壳材质为纳米聚酯塑料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180907 |