CN109121899A - 用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法，包括由蓄水桶构成的灌溉设备和由蓄肥桶构成的施肥设备，灌溉设备和施肥设备均经主管与分体管一端连接，分体管另一端伸入土壤，本发明还包括内嵌有用于反应光照数据与灌溉量之间相关性的灌溉模型的控制机构和光照采集探头，光照采集探头与灌溉模型相连，灌溉模型经电磁阀与置于蓄水桶内的潜水泵相连。本发明采用上述结构的用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法，实现了智能化灌溉施肥管理，且结构简单，便于操作，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种灌溉施肥技术，尤其涉及一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法。
背景技术
随着中国经济的飞速发展，城镇化脚步的加快，人水矛盾日益突出，水资源同粮食、石油一起成为国家的战略资源，中国农业发展方式粗放，过度消耗资源，尤其在农业生产中水、肥资源消耗浪费严重，因此，建设现代化农业，实现农业的可持续发展，必须转变发展方式，走资源高效利用的道路，而水肥一体化是现代农业发展的必然选择，水肥一体化技术可节水70％以上，节肥30％以上，提高肥料利用率50％以上。但是水肥一体化技术的实现必须依赖施肥器才能完成，目前常见的灌溉施肥装置主要有压差施肥罐、文丘里施肥器、比例施肥器、智能施肥机等，但是常规施肥器只能控制单棚，工作效率低；且需要人工控制，大大增加了劳动成本，比例施肥器可以实现不同浓度施肥，但是价格较高，且比例调节操作对于技术人员要求较高。同时因以上施肥器均为水动力施肥器，对于水源的流量和压力有一定的要求，多家用户使用同一机井的情况下，水源稳定性差，多家同时开启阀门时，水动力的施肥器会因为压力或者流量不够，而无法正常工作。
智能施肥机应运而生，但是目前市场上智能施肥机价格普遍偏高，且以大型园区为主要使用对象，操作比较复杂，需要技术人员具备一定的知识水平；灌溉施肥策略以时序和次数为主，需要技术人员设置所需要的系数参数，而与之对应的农业从事人员老龄化的加剧，技术人员无法完成这些设备的操作，难以学会如何设置灌溉策略，最终导致设备闲置，影响水肥一体化技术的推广效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法，实现了智能化灌溉施肥管理，且结构简单，便于操作，生产成本低。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，包括由蓄水桶构成的灌溉设备和由蓄肥桶构成的施肥设备，所述灌溉设备和所述施肥设备均经主管与分体管一端连接，所述分体管另一端伸入土壤，本发明还包括内嵌有用于反应光照数据与灌溉量之间相关性的灌溉模型的控制机构和光照采集探头，所述光照采集探头与所述灌溉模型相连，所述灌溉模型经电磁阀与置于所述蓄水桶内的潜水泵相连；
所述灌溉模型包括用于根据所述光照采集探头采集的光照强度计算累计光辐射能的第一计算单元、用于根据累积光辐射能计算灌溉量的第二计算单元和用于根据植物耗水量确定单次灌溉量并计算光辐射能启动门槛的第三计算单元。
优选的，所述第一计算单元中光照强度与累计光辐射能的线性关系为y＝0.0146x+2.9839；
所述第二计算单元包括苗期计算部分、开花期计算部分和结果期计算部分，所述苗期计算部分，其中苗期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝0.0822x–3.331；开花期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝0.467x–38.342；结果期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝0.7339x–102.92。
优选的，所述蓄水桶出口经进水管与所述主管相通，所述蓄水桶进口经过滤器与水源相通，所述蓄水桶和所述水源之间还设置有电磁阀，设置在所述蓄水桶内的浮球开关与控制机构相连，所述控制机构与电磁阀相连，所述控制机构还与设置在所述进水管上的第一流速计相连。
优选的，所述蓄肥桶经进肥管与所述主管相通，所述进肥管上设置有注肥泵，所述进肥管上设置有与所述控制机构相连的第二流速计。
优选的，所述控制机构还包括控制面板，所述控制面板上设置有种植作物选择旋钮、茬口选择旋钮、生育期选择旋钮、用于调节所述潜水泵灌溉量的水量调节倍数选择旋钮、用于调控所述注肥泵时长的注肥时长选择旋钮和用于在注肥后清洗管道的管道清洗时长选择旋钮。
优选的，所述控制面板上还设置有手/自动切换按键、灌溉启停键和施肥启停键。
优选的，所述管道清洗时长选择旋钮、所述水量调节倍数选择旋钮和所述灌溉启停键均经所述控制机构与所述潜水泵相连，所述施肥启停键经所述控制机构与所述注肥泵相连，所述注肥时长选择旋钮经所述控制机构与所述继电器相连，所述继电器与所述注肥泵相连。
一种轻简式智能灌溉施肥机控制方法，包括以下控制步骤：
S1、用户通过控制面板上的种植作物选择键、茬口选择键和生育期选择键依次选择待种植作物的种类、茬口和生育期，并通过手/自动切换按键选择运行模式，若用户选择手动模式则执行S20，若用户选择自动模式则执行S21；
S20、用户通过启闭灌溉启停键和施肥启停键实时进行灌溉施肥管理；
S21、控制机构经光照采集探头的光照数据通过灌溉模型得出灌溉量和光辐射能灌溉启动门槛，同时通过注肥时长选择旋钮和管道清洗时长选择旋钮选择注肥时长和管道清洗时长，结合注肥时长和管道清洗时长确定潜水泵和注肥泵的启停时间，注肥时长结束，注肥泵停止工作，直至管道清洗时长运行完毕，控制机构控制潜水泵停止运转，从而自动控制灌溉施肥。
因此，本发明采用上述结构的用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法，实现了智能化灌溉施肥管理，且结构简单，便于操作，生产成本低。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的实施例一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机的结构布置图；
图2为本发明的实施例一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机的控制面板结构图。
其中：1、过滤器；2、电磁阀；3、第一流速计；4、主管；5、分体管； 6、蓄肥桶；7、自动搅拌机构；8、注肥泵；9、第二流速计；10、蓄水桶； 11、潜水泵；12、浮球开关。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的实施例一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机的结构布置图，图2为本发明的实施例一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机的控制面板结构图，如图1和图2所示，本发明的结构，包括由蓄水桶10 构成的灌溉设备和由蓄肥桶6构成的施肥设备，灌溉设备和施肥设备均经主管4与分体管5一端连接，分体管5另一端伸入土壤，本发明还包括内嵌有用于反应光照数据与灌溉量之间相关性的灌溉模型的控制机构和光照采集探头，光照采集探头与灌溉模型相连，灌溉模型经电磁阀2与置于蓄水桶10内的潜水泵11相连；
灌溉模型包括用于根据光照采集探头采集的光照强度计算累计光辐射能的第一计算单元、用于根据累积光辐射能计算灌溉量的第二计算单元和用于根据植物耗水量确定单次灌溉量并计算光辐射能启动门槛的第三计算单元；
具体的，第一计算单元中光照强度与累计光辐射能的线性关系为y＝0.0146x+2.9839；
第二计算单元包括苗期计算部分、开花期计算部分和结果期计算部分，苗期计算部分，其中苗期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y ＝0.0822x–3.331；开花期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y ＝0.467x–38.342；结果期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝ 0.7339x–102.92；
第三计算单元根据累积光辐射能确定灌溉启动门槛。据不同生育期的植株耗水规律，确定单次的灌溉量，根据灌溉量与累计光辐射能的模型，确定启动累积光辐射能门槛值。
蓄水桶10出口经进水管与主管4相通，蓄水桶10进口经过滤器1与水源相通，蓄水桶10和水源之间还设置有电磁阀2，设置在蓄水桶10内的浮球开关12与控制机构相连，控制机构与电磁阀2相连，控制机构还与设置在进水管上的第一流速计3相连。蓄肥桶6经进肥管与主管4相通，进肥管上设置有注肥泵8，进肥管上设置有与控制机构相连的第二流速计9，蓄肥桶6 内还设置有自动搅拌机构7。
控制机构还包括控制面板，控制面板上设置有种植作物选择旋钮、茬口选择旋钮、生育期选择旋钮、用于调节潜水泵11灌溉量的水量调节倍数选择旋钮、用于调控注肥泵8时长的注肥时长选择旋钮和用于在注肥后清洗管道的管道清洗时长选择旋钮，控制面板上还设置有手/自动切换按键、灌溉启停键和施肥启停键。
管道清洗时长选择旋钮、水量调节倍数选择旋钮和灌溉启停键均经控制机构与潜水泵11相连，施肥启停键经控制机构与注肥泵8相连，注肥时长选择旋钮经控制机构与继电器相连，继电器与注肥泵8相连。
一种轻简式智能灌溉施肥机控制方法，包括以下控制步骤：
S1、用户通过控制面板上的种植作物选择键、茬口选择键和生育期选择键依次选择待种植作物的种类、茬口和生育期，并通过手/自动切换按键选择运行模式，若用户选择手动模式则执行S20，若用户选择自动模式则执行S21；
S20、用户通过启闭灌溉启停键和施肥启停键实时进行灌溉施肥管理；
S21、控制机构经光照采集探头的光照数据通过灌溉模型得出灌溉量和光辐射能灌溉启动门槛，同时通过注肥时长选择旋钮和管道清洗时长选择旋钮选择注肥时长和管道清洗时长，结合注肥时长和管道清洗时长确定潜水泵11 和注肥泵8的启停时间，注肥时长结束，注肥泵8停止工作，直至管道清洗时长运行完毕，控制机构控制潜水泵11停止运转，从而自动控制灌溉施肥。
实施例
在北京市房山区弘科农场日光温室开展田间应用试验。试验作物为番茄，栽培模式为土壤栽培，试验时间为2017年9月-2018年1月。
灌溉策略为依据光辐射能的集成灌溉模型，通过后台系统中的灌溉模型，以及设置好的启动门槛和施肥时长等参数系统自动灌溉系统自动灌溉。施肥采用注肥泵8注入商品肥，通过继电器设置每次灌溉过程中的施肥启动时间，以及施肥时长。
底肥：共施用有机肥(N+P2O5+K2O≥5％，有机质≥45％)3000公斤/亩。结果期追肥：采用商品水溶肥(19-8-27)，200L施肥桶溶解15kg商品水溶肥。注肥泵8注肥速度为3L/min，注肥时长20min，冲洗管道10min，水肥一体化策略是先灌溉清水，在系统启动30min时，注肥泵8启动开始注肥；将肥液注入主管4道，随水施入田间，注入20min肥液后，注肥泵8停止工作；剩余10min灌溉清水，用来冲洗管道。
整个生育期系统运行正常，番茄最终产量8657kg/亩，与常规农户管理相比节水59方/亩，节肥40kg/亩，节省人工1个/亩。
表1为生育期系统调控表
表1
因此，本发明采用上述结构的用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机及其控制方法，实现了智能化灌溉施肥管理，且结构简单，便于操作，生产成本低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，包括由蓄水桶构成的灌溉设备和由蓄肥桶构成的施肥设备，所述灌溉设备和所述施肥设备均经主管与分体管一端连接，所述分体管另一端伸入土壤，其特征在于：还包括内嵌有用于反应光照数据与灌溉量之间相关性的灌溉模型的控制机构和光照采集探头，所述光照采集探头与所述灌溉模型相连，所述灌溉模型经电磁阀与置于所述蓄水桶内的潜水泵相连；
所述灌溉模型包括用于根据所述光照采集探头采集的光照强度计算累计光辐射能的第一计算单元、用于根据累积光辐射能计算灌溉量的第二计算单元和用于根据植物耗水量确定单次灌溉量并计算光辐射能启动门槛的第三计算单元。
2.根据权利要求1所述的一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，其特征在于：所述第一计算单元中光照强度与累计光辐射能的线性关系为y＝0.0146x+2.9839；
所述第二计算单元包括苗期计算部分、开花期计算部分和结果期计算部分，所述苗期计算部分，其中苗期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝0.0822x–3.331；开花期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝0.467x–38.342；结果期计算模型灌溉量与累计光辐射能的线性关系为y＝0.7339x–102.92。
3.根据权利要求1所述的一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，其特征在于：所述蓄水桶出口经进水管与所述主管相通，所述蓄水桶进口经过滤器与水源相通，所述蓄水桶和所述水源之间还设置有电磁阀，设置在所述蓄水桶内的浮球开关与控制机构相连，所述控制机构与电磁阀相连，所述控制机构还与设置在所述进水管上的第一流速计相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，其特征在于：所述蓄肥桶经进肥管与所述主管相通，所述进肥管上设置有注肥泵，所述进肥管上设置有与所述控制机构相连的第二流速计。
5.根据权利要求1所述的一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，其特征在于：所述控制机构还包括控制面板，所述控制面板上设置有种植作物选择旋钮、茬口选择旋钮、生育期选择旋钮、用于调节所述潜水泵灌溉量的水量调节倍数选择旋钮、用于调控所述注肥泵时长的注肥时长选择旋钮和用于在注肥后清洗管道的管道清洗时长选择旋钮。
6.根据权利要求5所述的一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，其特征在于：所述控制面板上还设置有手/自动切换按键、灌溉启停键和施肥启停键。
7.根据权利要求6所述的一种用于土壤栽培的轻简式智能灌溉施肥机，其特征在于：所述管道清洗时长选择旋钮、所述水量调节倍数选择旋钮和所述灌溉启停键均经所述控制机构与所述潜水泵相连，所述施肥启停键经所述控制机构与所述注肥泵相连，所述注肥时长选择旋钮经所述控制机构与所述继电器相连，所述继电器与所述注肥泵相连。
8.一种应用上述权利要求1-7任一项权利要求所述的轻简式智能灌溉施肥机控制方法，其特征在于：包括以下控制步骤：
S1、用户通过控制面板上的种植作物选择键、茬口选择键和生育期选择键依次选择待种植作物的种类、茬口和生育期，并通过手/自动切换按键选择运行模式，若用户选择手动模式则执行S20，若用户选择自动模式则执行S21；
S20、用户通过启闭灌溉启停键和施肥启停键实时进行灌溉施肥管理；
S21、控制机构经光照采集探头的光照数据通过灌溉模型得出灌溉量和光辐射能灌溉启动门槛，同时通过注肥时长选择旋钮和管道清洗时长选择旋钮选择注肥时长和管道清洗时长，结合注肥时长和管道清洗时长确定潜水泵和注肥泵的启停时间，注肥时长结束，注肥泵停止工作，直至管道清洗时长运行完毕，控制机构控制潜水泵停止运转，从而自动控制灌溉施肥。
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