CN108551832A - 全自动精量施肥机、控制系统 - Google Patents

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张友生
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C23/00—Distributing devices specially adapted for liquid manure or other fertilising liquid, including ammonia, e.g. transport tanks or sprinkling wagons
    • A01C23/007—Metering or regulating systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A01C23/00—Distributing devices specially adapted for liquid manure or other fertilising liquid, including ammonia, e.g. transport tanks or sprinkling wagons
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Abstract

本发明公开全自动精量施肥机、控制系统，全自动精量施肥机包括混肥泵，被配置于为吸取高浓度原液和肥水混合提供动力；检测杯，被配置于检测混合后的肥液的PH值和EC值；流量阀，被配置于控制高浓度原液的加入量；混合腔，被配置于肥水混合；混肥泵、混合腔和检测杯通过管道构成闭合回路，混合腔的进口端还与水源连通，混合腔的出口端还与出料管连通，所述流量阀还与储存高浓度原液的原液桶连通。控制系统包括采集卡、电磁阀控制卡和触摸屏，以及与上述模块通讯连接的核心控制卡。本发明解决了施肥机中肥液长期大量滞留、机内杂物多造成阻塞、不便于清洗、混肥效率低、响应速度慢以及不节能等问题。

Description

全自动精量施肥机、控制系统
技术领域
本发明涉及农业领域，具体是一种全自动精量施肥机及其控制系统。
背景技术
现有的国内生产的施肥机都是在线式施肥机，在线式施肥机的最大特点是有一个肥液储存罐，施肥机进水和母液在此储液桶中进行混合，这样的配肥会有很多肥料在施肥机里面，每次使用都会留很多肥液体，在储肥罐里面就会长期堆积多余的肥料，下次配肥之前需要清理。
没使用的时候储肥罐里面储存了很多适合生物生长的浓度的肥液，久而久之储肥罐里面就会生产许多杂物，对施肥机的长期使用带了很多问题。
在线式施肥机式将水源放入一个开放的储肥罐中配肥，这样水源的压力就会在这个地方损失掉，施肥机配完肥之后又要加压将肥液送出去，这样存在很大的能源浪费。
施肥机的肥液浓度的检测是在施肥机的出水口，从母液桶进来的高浓度的肥料和水源过来水混合之后，从桶的表面慢慢混合，在线式施肥机中的储肥罐都比较大，施肥机要检测到最新的状态需要等很长的时间，这极大的影响施肥机的配肥效率和抗干扰能力。同时，每次开始配肥，等待稳定的时间会非常的长，也造成了一定程度的水资源和肥料的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全自动精量施肥机及其控制系统，以解决肥液长期大量滞留、施肥机机内杂物多造成阻塞、不便于清洗、混肥效率低、响应速度慢以及不节能等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
全自动精量施肥机，包括混肥泵，被配置于为吸取高浓度原液和肥水混合提供动力；检测杯，被配置于检测混合后的肥液的PH值和EC值；流量阀，被配置于控制高浓度原液的加入量；混合腔，被配置于肥水混合；
所述混肥泵、混合腔和检测杯通过管道构成闭合回路，所述混合腔的进口端还与水源连通，所述混合腔的出口端还与出料管连通，所述流量阀还与储存高浓度原液的原液桶连通。
进一步的，所述混合腔与检测杯所在的回路上，还依次设置有过滤器和压力表；所述出料管上还设置有流量计；所述原液桶和水源处还设置有液位计。
进一步的，所述压力表与检测杯之间设有进排气阀；所述的混肥泵和混合腔之间还设置有止逆阀。
全自动精量施肥控制系统，包括采集卡，被配置于实时采集混合后的肥液的PH值和EC值；电磁阀控制卡，被配置于控制相应的灌溉口的电磁阀的开闭；核心控制卡，包括流量检测电路、压力检测电路、液位检测电路、分析单元、吸肥开关控制电路和泵控制电路，所述流量检测电路被配置于检测管道中的流体量和流动速度，所述压力检测电路被配置于检测管道中流体的压力，所述液位检测电路被配置于检测水源和原液桶的水位高度，所述分析单元被配置于配肥模型计算和系统状态分析，所述吸肥开关控制电路被配置于控制吸肥流量阀的开闭和吸肥量控制，所述泵控制电路被配置于控制抽水泵和施肥泵的运行状态；
所述流量检测电路、压力检测电路和液位检测电路分别与分析单元的输入端连接，所述分析单元的输出端分别连接所述吸肥开关控制电路和泵控制电路；所述采集卡、核心控制卡和电磁阀控制卡通讯连接。
进一步的，所述的采集卡包括EC计、PH计和水温检测器。
优选的，水温检测器为EC、PH提供精确地温度补偿和系统灌溉参数使用。
进一步的，所述的分析单元为单片机、嵌入式控制芯片、PLC中的一种。
进一步的，所述流量检测电路为流量传感器；所述压力检测电路为压力传感器；所述液位检测电路为液位传感器。
优选的，电磁阀控制卡支持接入220VAC、24VAC、24VDC和无线四种控制信号的电磁阀，该控制卡还支持点位扩展，可扩展至128个点位。
优选的，流量检测可进行系统管路流体量和流速监测，方便客户及时掌握施肥、配肥的状态。同时，压力检测为系统的正常运行提供保障，过压时切断压力源或者卸载压力。
优选的，泵控制电路可控制水源和施肥泵的启动和停止，同时，也可完成恒压供水设备的控制操作。
进一步的，所述的分析单元还与触摸屏通讯连接，所述触摸屏还连接有报警器。
优选的，触摸屏还配置有网络接口，用于和远端手机或电脑等终端完成网络通讯，以及配置有无线通讯单元，用于接收传感器采集的环境数据并进行显示。
优选的，用户可通过手机或电脑等终端实现对施肥操作的远程控制，具体为，施肥机和终端之间设置互联网服务器软件，使得终端可以时时刻刻联系到施肥机，施肥机也能将施肥机的所有数据反馈到用户使用的终端上，终端安装有对应的APP或连接有电视墙，具有图表输出功能。
进一步的，所述的通讯连接由RS485通讯模块、RS232通讯模块、3G、4G、GPRS、WIFI、WLAN、远距离低功耗无线模块、LoRa、NB-IOT中的一种或多种构成。
优选的，所述配肥模型用于计算混合后的肥液的PH和EC，具体如下：
EC＝EC1+EC2
其中，kij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，Pij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，j为常数；ECS表示酸液的EC值，ECA表示A肥的EC值，ECB表示B肥的EC值，ECC表示C肥的EC值，ECD表示D肥的EC值，ECE表示水源的EC值，LS表示酸液的流量值，LA表示A肥的流量值，LB表示B肥的流量值，LC表示C肥的流量值，LD表示D肥的流量值，LE表示水源的流量值。
PH＝PH1+PH2+PH3+PH4
其中，Qij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，Mij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，Nij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，j为常数；PHS表示酸液的PH值，PHA表示的A肥PH值，PHB表示B肥的PH值，PHC表示C肥的PH值，PHD表示D肥的PH值，PHE表示水源的PH值。
全自动精量施肥机的混肥方法，其步骤如下：
S1.施肥机的入口从水源处接收清水；
S2.施肥机的入口从原液桶，依次经由流量阀、混肥泵、止逆阀，吸取原液；
S3.所述清水和原液共同进入混合腔，进行混合；
S4.所述混合后的部分肥液依次经由过滤器、压力表、进排气阀进入检测杯，进行EC、PH值检测；
S5.所述检测后的肥液经由混肥泵、止逆阀回到混合腔，当检测值达到预设值，施肥机流量阀保持该吸肥量，使系统稳定输出设置定的肥液；当检测值与预设值不等时，从S1继续执行。
本发明的有益效果是：
A)系统稳定速度快，可在40S内使施肥机输出的肥液参数稳定；
B)同等配肥量的情况下该施肥机的功率更低；
C)同等体积的机器，该施肥机的配肥量更大；
D)肥水混合效果十分高效均匀可靠；
E)施肥机管道小滞留量小，且整个管道没有阳光进入，管道内不会生产水生植物，解决了在线式施肥机机内杂物多阻塞等问题，每次使用完的短暂管道清理时间即可完成管道的清理，避免肥料管道沉积，无需专门进行混肥腔、管道等清洗等繁琐的操作，同时增加了系统的稳定性，使设备的故障率更低；
F)混合腔小且带搅拌功能，使得肥液的混合高效均匀可靠，同时机内水量少，使得系统响应速度快，抗干扰能力强；
G)可兼容多种类型的电池阀；
H)可连接传感器实现智能控制；
I)可联网实现电脑、手机远程控制；
J)整个过程都是在管道内进行的，水源的原理没有任何损失，混肥泵的功率可以降到很小都可满足系统运行，避免了能源浪费，使得可使用小功率电机，进一步降低使用成本；
K)流量检测为灌溉提供了更多使用的功能。
附图说明
图1为施肥机工作原理图；
图2为施肥机控制系统图；
图1中：1-进水管，2-止逆阀，3-检测杯，4-原液桶，5-流量阀，6-进排气阀，7-流量计，8-出肥口，9-混合腔。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，全自动精量施肥机，包括混肥泵，被配置于为吸取高浓度原液和肥水混合提供动力；检测杯，被配置于检测混合后的肥液的PH值和EC值；流量阀，被配置于控制高浓度原液的加入量；混合腔，被配置于肥水混合；
所述混肥泵、混合腔和检测杯通过管道构成逆时针方向的闭合回路，所述混合腔的进口端还与水源连通，所述混合腔的出口端还与出料管连通，所述流量阀还与储存高浓度原液的原液桶连通；
全自动精量施肥机的工作原理如下：
S1.施肥机的入口从水源处接收清水；
S2.施肥机的入口从原液桶，依次经由流量阀、混肥泵、止逆阀，吸取原液；
S3.所述清水和原液共同进入混合腔，进行混合；
S4.所述混合后的部分肥液依次经由过滤器、压力表、进排气阀进入检测杯，进行EC、PH值检测；
S5.所述检测后的肥液经由混肥泵、止逆阀回到混合腔，当检测值达到预设值，施肥机流量阀保持该吸肥量，使系统稳定输出设置定的肥液；当检测值与预设值不等时，从S1继续执行。
进一步的，所述混合腔与检测杯所在的回路上，还依次设置有过滤器和压力表；所述出料管上还设置有流量计；所述原液桶和水源处还设置有液位计。
进一步的，所述压力表与检测杯之间设有进排气阀；所述的混肥泵和混合腔之间还设置有止逆阀。
如图2所示，全自动精量施肥控制系统，包括采集卡，被配置于实时采集混合后的肥液的PH值和EC值；电磁阀控制卡，被配置于控制相应的灌溉口的电磁阀的开闭；核心控制卡，包括流量检测电路、压力检测电路、液位检测电路、分析单元、吸肥开关控制电路和泵控制电路，所述流量检测电路被配置于检测管道中的流体量和流动速度，所述压力检测电路被配置于检测管道中流体的压力，所述液位检测电路被配置于检测水源和原液桶的水位高度，所述分析单元被配置于配肥模型计算和系统状态分析，所述吸肥开关控制电路被配置于控制吸肥流量阀的开闭和吸肥量控制，所述泵控制电路被配置于控制抽水泵和施肥泵的运行状态；
所述流量检测电路、压力检测电路和液位检测电路分别与分析单元的输入端连接，所述分析单元的输出端分别连接所述吸肥开关控制电路和泵控制电路；所述采集卡、核心控制卡和电磁阀控制卡通讯连接。
进一步的，所述的分析单元还与触摸屏通讯连接，所述触摸屏还连接有报警器。
优选的，触摸屏还配置有网络接口，用于和远端手机或电脑等终端完成网络通讯，以及配置有无线通讯单元，用于接收传感器采集的环境数据并进行显示和控制。
优选的，用户可通过手机或电脑等终端实现对施肥操作的远程控制，具体为，施肥机和终端之间设置互联网服务器软件，使得终端可以时时刻刻联系到施肥机，施肥机也能将施肥机的所有数据反馈到用户使用的终端上，终端安装有对应的APP或连接有电视墙，具有图表输出功能。
进一步的，所述的采集卡包括EC计、PH计和水温检测器。
优选的，水温检测器为EC、PH提供精确地温度补偿和系统灌溉参数使用。
进一步的，所述的分析单元为单片机、嵌入式控制芯片、PLC中的一种。
优选的，所述的电磁阀控制卡包括控制器和控制电路，所述控制电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管、第一二极管、第一继电器、第一电源和第二电源，所述第一电阻的第一端和所述控制器的输出端连接，第二端和所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极和发射极之间还并联有第二电阻，所述第一三极管的集电极和所述第一继电器的输入控制端的一端连接，第一继电器的输入控制端的另一端与所述第一电源的正极连接，所述第一继电器的输入控制端还与所述第一二极管并联，所述第一二极管的负极与所述第一电源的正极连接，所述第一继电器的公共端与第二电源的正极相连，所述第一继电器的常开触点分别与第二电源、电磁阀的第一电源输入端相连，所述电磁阀的第二电源输入端接地；所述控制器为单片机、嵌入式控制芯片、PLC中的一种。
进一步的，所述流量检测电路为流量传感器；所述压力检测电路为压力传感器；所述液位检测电路为液位传感器。
优选的，所述吸肥开关控制电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管、第二二极管、第二继电器、第三电源和第四电源，所述第三电阻的第一端和所述分析单元的输出端连接，第二端和所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极和发射极之间还并联有第四电阻，所述第二三极管的集电极和所述第二继电器的输入控制端的一端连接，第二继电器的输入控制端的另一端与所述第三电源的正极连接，所述第二继电器的输入控制端还与所述第二二极管并联，所述第二二极管的负极与所述第三电源的正极连接，所述第二继电器的公共端与第四电源的正极相连，所述第二继电器的常开触点分别与第四电源、流量阀的第一电源输入端相连，所述流量阀的第二电源输入端接地；
优选的，所述泵控制电路包括第五电阻、第六电阻、第三三极管、第三二极管、第三继电器、第五电源和第六电源，所述第五电阻的第一端和所述分析单元的输出端连接，第二端和所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的基极和发射极之间还并联有第六电阻，所述第三三极管的集电极和所述第三继电器的输入控制端的一端连接，第三继电器的输入控制端的另一端与所述第五电源的正极连接，所述第三继电器的输入控制端还与所述第三二极管并联，所述第三二极管的负极与所述第五电源的正极连接，所述第三继电器的常开触点的一公共端与第六电源的正极连接，另一端所述第三继电器的常开触点分别与施肥泵或、水泵的第一电源输入端相连，所述施肥泵或水泵的第二电源输入端接地。
优选的，电磁阀控制卡支持接入220VAC、24VAC、24VDC和无线四种控制信号的电磁阀，该控制卡还支持点位扩展，可扩展至128个点位。
优选的，流量检测可进行系统管路流体量和流速监测，方便客户及时掌握施肥、配肥的状态。同时，压力检测为系统的正常运行提供保障，过压时切断压力源或者卸载压力。
优选的，泵控制电路可控制水源和施肥泵的启动和停止，同时，也可完成恒压供水设备的控制操作。
进一步的，所述的通讯连接由RS485通讯模块、RS232通讯模块、3G、4G、GPRS、WIFI、WLAN、远距离低功耗无线模块、LoRa、NB-IOT中的一种或多种构成。
进一步的，所述配肥模型用于计算混合后的肥液的PH和EC，具体如下：
EC＝EC1+EC2
其中，kij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，Pij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，j为常数；ECS表示酸液的EC值，ECA表示A肥的EC值，ECB表示B肥的EC值，ECC表示C肥的EC值，ECD表示D肥的EC值，ECE表示水源的EC值，LS表示酸液的流量值，LA表示A肥的流量值，LB表示B肥的流量值，LC表示C肥的流量值，LD表示D肥的流量值，LE表示水源的流量值。
PH＝PH1+PH2+PH3+PH4
其中，Qij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，Mij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，Nij(i＝0,1,2,3,4,5)表示系数，j为常数；PHS表示酸液的PH值，PHA表示的A肥PH值，PHB表示B肥的PH值，PHC表示C肥的PH值，PHD表示D肥的PH值，PHE表示水源的PH值。
本系统稳定速度快，可在40S内使施肥机输出的肥液参数稳定；同等配肥量的情况下该施肥机的功率更低；同等体积的机器，该施肥机的配肥量更大；肥水混合效果十分均匀可靠；施肥机管道小滞留量小，且整个管道没有阳光进入，管道内不会生产水生植物，解决了在线式施肥机机内杂物多阻塞等问题，每次使用完的短暂管道清理时间即可完成管道的清理，避免肥料管道沉积，无需专门进行混肥腔、管道等清洗等繁琐的操作，同时增加了系统的稳定性，使设备的故障率更低；混合腔小且带搅拌功能，使得肥液的混合均匀可靠，同时机内水量少，使得系统响应速度快，抗干扰能力强；可兼容多种类型的电池阀；可连接传感器实现智能控制；可联网实现电脑、手机远程控制；整个过程都是在管道内进行的，水源的原理没有任何损失，混肥泵的功率可以降到很小都可满足系统运行，避免了能源浪费，使得可使用小功率电机，进一步降低成本；流量检测为灌溉提供了更多使用的功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.全自动精量施肥机，其特征在于：包括混肥泵，被配置于为吸取高浓度原液和肥水混合提供动力；检测杯，被配置于检测混合后的肥液的PH值和EC值；流量阀，被配置于控制高浓度原液的加入量；混合腔，被配置于肥水混合；
所述混肥泵、混合腔和检测杯通过管道构成闭合回路，所述混合腔的进口端还与水源连通，所述混合腔的出口端还与出料管连通，所述流量阀还与储存高浓度原液的原液桶连通。
2.根据权利要求1所述的全自动精量施肥机，其特征在于：所述混合腔与检测杯所在的回路上，还依次设置有过滤器和压力表；所述出料管上还设置有流量计。
3.根据权利要求2所述的全自动精量施肥机，其特征在于：所述压力表与检测杯之间设有进排气阀。
4.全自动精量施肥控制系统，其特征在于：包括采集卡，被配置于实时采集混合后的肥液的PH值和EC值；电磁阀控制卡，被配置于控制相应的灌溉口的电磁阀的开闭；核心控制卡，包括流量检测电路、压力检测电路、液位检测电路、分析单元、吸肥开关控制电路和泵控制电路，所述流量检测电路被配置于检测管道中的流体量和流动速度，所述压力检测电路被配置于检测管道中流体的压力，所述液位检测电路被配置于检测水源和原液桶的水位高度，所述分析单元被配置于配肥模型计算和系统状态分析，所述吸肥开关控制电路被配置于控制吸肥流量阀的开闭和吸肥量控制，所述泵控制电路被配置于控制抽水泵和施肥泵的运行状态；
所述流量检测电路、压力检测电路和液位检测电路分别与分析单元的输入端连接，所述分析单元的输出端分别连接所述吸肥开关控制电路和泵控制电路；所述采集卡、核心控制卡和电磁阀控制卡通讯连接。
5.根据权利要求4所述的全自动精量施肥控制系统，其特征在于：所述的采集卡包括EC计、PH计和水温检测器。
6.根据权利要求4所述的全自动精量施肥控制系统，其特征在于：所述的分析单元为单片机、嵌入式控制芯片、PLC中的一种。
7.根据权利要求4所述的全自动精量施肥控制系统，其特征在于：
所述流量检测电路为流量传感器；
所述压力检测电路为压力传感器；
所述液位检测电路为液位传感器。
8.根据权利要求4所述的全自动精量施肥控制系统，其特征在于：所述的分析单元还与触摸屏通讯连接，所述触摸屏还设有报警器。
9.根据权利要求4或8所述的全自动精量施肥控制系统，其特征在于：所述的通讯连接由RS485通讯模块、RS232通讯模块、3G、4G、GPRS、WIFI、WLAN、远距离低功耗无线模块、LoRa、NB-IOT中的一种或多种构成。
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