CN109168543A - 一种设施水肥药热气一体化地下渗灌系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水肥药热气一体化地下渗灌系统及方法，包括首部枢纽装置、混肥混药装置、加热装置、通气装置、灌溉系统和控制系统；首部枢纽装置包括水泵、主管道、过滤器、压力传感器及母液罐进水口；混肥混药装置包括肥料罐、药液罐、过滤器、注肥泵、注药泵、单向阀、母液罐、搅拌机构和药液浓度传感器；加热装置是由电热水棒构成；通气装置包括气泵、单向阀和气流管；灌溉系统是由过滤器、电磁阀、流量传感器、单向阀、管路、灌溉管路、支路阀门、过滤棉和渗灌带组成；控制系统包括控制箱、主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块、输入输出接口和电源；控制系统包括控制箱、主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块、输入输出接口和电源；本发明成本低廉、结构简单，用于对设施作物的灌溉、施肥、施药、灌溉水加温、作物根部通气等的一体化作业，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于农业灌溉的技术领域，涉及一种成本低廉、结构简单的设施水肥药热气一体化的地下渗灌系统，用于对设施作物的灌溉、施肥、施药、灌溉水加温、作物根部通气等的一体化作业。
技术背景
设施水肥药一体化技术是将灌溉水与肥料、农药融为一体，利用管道将混合后的药液输送到作物根部周围的农业新技术。水肥药一体化系统将可溶性固体肥料、液体肥料或作物所需的药液按照土壤和作物的需求按照一定比例配兑，借助压力系统通过可控性管道输送到作物根系，使根部土壤始终保持疏松和适宜的含水量。
渗灌技术是如今农业灌溉领域的先进技术之一，它通过管道输水和局部微量灌溉使得水分渗透的更加彻底、损失降的更低，而且渗灌系统通过人工阀门控制，可以明显降低生产力的投入。
但是冬季灌溉水的温度较低，不利于作物正常生长；长期种植作物使得根部土壤板结，根系呼吸作用减弱。同时渗灌系统经过不断改进仍然存在不足之处，首先灌水器容易堵塞，维修不方便。其次作物的根系向水性会促使作物根部集中向湿润区生长，渗水不均可能会导致作物生长缓慢；再者由于渗灌系统造价成本高，维护不方便，使得渗灌系统难以大范围推广。综上所述，根据渗灌系统的要求，需要发明一种集水肥药热气于一体的低成本防堵渗灌系统用于农业灌溉领域，这对农业发展有着重要的现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种设施水肥药热气一体化地下渗灌系统及方法，能够实现对设施作物的灌溉、施肥、施药、灌溉水加温、作物根部通气等的一体化作业功能。渗灌系统操作方便简单，从而实现农业灌溉的快捷、高效。
本发明水肥药热气一体化地下渗灌系统包括首部枢纽装置、混肥混药装置、加热装置、通气装置、灌溉系统、控制系统组成。所述的首部枢纽装置是对加压、调节、控制、净化、施肥及检测等设备的集成，用于输送灌溉水和肥料母液；所述的混肥混药装置是用于混肥混药和配置浓度可控母液；所述的加热装置是置于母液罐底部用于在冬季对里面的水进行加热处理；所述的通气装置是连接灌溉系统用于给作物根部通气的装置；所述的灌溉系统是用于向作物输送灌溉水、肥液及药液的系统；所述的控制系统是用于控制首部枢纽装置、混肥混药装置、加热装置、通气装置、灌溉系统精确运行。
所述的首部枢纽装置包括水泵、主管道、过滤器、压力传感器及母液罐进水口。所述的水泵固定在装置前部给主管道提供灌溉水和压力；所述的主管道与水泵出水口相连接用于输送灌溉水；所述的过滤器置于水泵出水口后安装在主管道上，用于过滤进入母液罐的灌溉水；所述的压力传感器置于主管道上，用于检测水泵出水压力，防止压力过大对主管道造成损害；所述的母液罐进水口是为配置母液提供水源的装置。
所述的混肥混药装置包括肥料罐、药液罐、过滤器、注肥泵、注药泵、单向阀、母液罐、搅拌机构和药液浓度传感器。所述的肥料罐包括多个相同的肥料罐，是置于母液罐左侧用于给母液罐注肥的装置；所述的药液罐包括多个相同的药液罐，是置于母液罐右侧用于给母液罐注药的装置；所述的过滤器包括多个相同的过滤器，分别安装在肥料罐出肥口后端以及药液罐出药口后端，用于过滤肥料罐及药液罐内的杂质；所述的注肥泵置于出肥管上，用于将肥料罐内的肥料吸入母液罐内；所述的注药泵置于输药管上，用于将药液罐内的药液吸入母液罐内；所述的单向阀包括多个相同的单向阀，分别安装在出肥管及输药管上，防止肥药倒流；所述的母液罐用于存放混合后的母液；所述的搅拌机构置于母液罐内，通过搅拌电机进行转动，用于将母液罐内的灌溉水与肥液均匀混合；所述的药液浓度传感器置于母液罐内侧偏上位置，是用于检测母液罐内肥药浓度的装置。
所述的加热装置是由电热水棒构成，放置在母液罐底部用于在冬天的时候对母液罐里面的水进行加热处理。
所述的通气装置包括气泵、单向阀和气流管。所述的气泵置于气流管前端，通过灌溉系统用于给作物根部通气；所述的单向阀置于气泵后端气流管上，防止灌溉系统内灌溉水流入气泵，对气泵造成损害；所述的气流管置于气泵和灌溉系统之间，用于将气泵产生的气体引入灌溉系统中。
所述的灌溉系统是由过滤器、电磁阀、流量传感器、单向阀、管路、灌溉管路、支路阀门、缓冲材料和渗灌带组成。所述的过滤器置于母液罐出液口后端，用于过滤母液罐内肥液杂质；所述的电磁阀置于过滤器后端管路上，用于控制母液罐内肥液流出通断的装置；所述的流量传感器置于电磁阀后端管路上，用于检测母液罐流出肥液流量的装置；所述的单向阀用于肥液单向流出，防止回流的装置；所述的管路是用于输送混合后的肥液的装置；所述的灌溉管路是用于连接管路与渗灌带的装置；所述的支路阀门包括多个相同的支路阀门，用于控制支路水流的通断；所述的缓冲材料是用于包裹渗灌带，可以是过滤棉、麻、可降解的植物秸秆，但不局限于这些材料，渗灌带里面的水通过渗灌带小孔渗入到缓冲材料中，缓冲材料以存储水分，保证土壤湿润；所述的渗灌带是用于向缓冲材料输送水的管路，布置于每垄两列作物之间开的沟槽中。
所述的控制系统包括控制箱、主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块、输入输出接口和电源。所述的控制箱用于安装主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器；所述的主控器选用STM32型单片机；所述的注肥泵控制器一端连接主控器，一端连接注肥泵，主控器发出信号控制注肥泵动作；所述的注药泵控制器一端连接主控器，一端连接注药泵，主控器发出信号控制注药泵动作；所述的搅拌电机控制器一端连接主控器，一端连接搅拌电机，主控器发出信号控制搅拌电机动作；所述的变压器将电源输出的交流电转化为控制器、电机和泵所需的电压；所述的传感器模块包括压力传感器、流量传感器及药液浓度传感器；所述的压力传感器安装在主管道上，用于检测主管道的压力；所述的流量传感器安装在灌溉管路之前，用于检测流入渗灌带的流量；所述的药液浓度传感器安装在母液罐内侧偏上位置，用于检测母液罐内肥药浓度的装置；所述的输入输出接口用于串接主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块。所述的电源可为控制系统的工作提供电能。
本发明水肥药热气一体化地下渗灌系统的控制方法，具体如下：
1)首部枢纽的准备工作：接通工作电源，对水泵、主控器、注肥泵、注药泵、搅拌电机进行供电，根据所需药液浓度调节好药液浓度传感器的测量范围，打开灌溉系统上面的支路阀门。
2)母液配置工作：母液配置过程中，通过主控器控制实现肥料或药液与灌溉水的混合。工作时，启动水泵，灌溉水通过水泵由主管道输送到母液罐。当我们需要施肥时，注肥泵开启，肥料罐内的肥料通过注肥泵经出肥管输送到母液罐内，搅拌电机工作，将肥料与灌溉水搅拌均匀，此时药液浓度传感器开始工作，当药液浓度达到设定值时，主控器控制的灌溉电磁阀开启，母液罐内的肥液通过管路输送到灌溉系统，实现施肥。当我们需要施药时，注药泵开启，药液罐内的药液通过注药泵经输药管输送到母液罐内，搅拌电机工作，将药液与灌溉水搅拌均匀，此时药液浓度传感器开始工作，当药液浓度达到设定值时，主控器控制的灌溉电磁阀开启，母液罐内的药液通过管路输送到灌溉系统，实现施药。在冬季，由于母液罐内的母液温度很低，输送到作物根部不利于作物吸收，当我们需要温水时，主控器控制加热装置工作，电热水棒进行加热，母液罐内的母液升温，加热后的母液再通过灌溉系统流入到缓冲材料中，以利于作物更好地吸收生长。
3)灌溉作业：首先在每两列作物之间的沟垄中挖一条沟，放置包有截面形状为长方形缓冲材料的渗灌带，每一条渗灌带通过支路阀门与灌溉管路相连接，支路阀门用于控制支路水流的通断。作业过程分为三个时间段，第一时间段为灌溉阶段，第二时间段为施肥或施药灌溉阶段，第三时间段为灌溉阶段。工作时主控器控制注肥泵与注药泵关闭，首先进行灌溉水灌溉，灌溉一段时间后，主控器控制注肥泵或注药泵开启，搅拌电机启动，此时进入施肥或施药灌溉阶段。施肥或施药结束后，主控器控制注肥泵或注药泵关闭，再次进行灌溉水灌溉，进行管道冲洗。作业时开启灌溉系统各手动阀门，母液罐内流出的母液通过管路流到各渗灌带，渗灌带中的母液不断渗出到缓冲材料中，此时缓冲材料存储水分并且湿润周围土壤，种植在渗灌带两侧的作物由于其根系向水性会向着缓冲材料的方向生长。
4)作物根部通气作业：气泵通过主控器控制。当不需要进行灌溉作业时，由主控器控制气泵打开，灌溉电磁阀关闭，气流通过气流管充入灌溉管路中，给予作物根部足够的空气，有利于作物根部更好的呼吸。
本发明对比已有技术具有以下创新点：
1)成本低、操作简单。现有的渗灌系统成本较高、结构复杂，在农村大范围推广困难，本发明加工成本低，使用方便，能够得到广大农民的认可。
2)由于作物具有根系向水性，本发明在沟垄中放置包裹有缓冲材料的渗灌带，可以使作物向着沟垄方向生长，使得作物取水方便，灌溉均匀、效果好。
3)作物最适宜的灌溉水温度在20℃左右，在母液罐底部安装加热装置，有利于给灌溉水进行加热处理，利于作物吸收。
4)灌溉管路前端安装气泵装置，能够减缓土壤板结，给予作物足够的空气，有利于作物更好的进行呼吸作用。
附图说明
图1为设施水肥药热气一体化地下渗灌系统整体结构图
图2为设施水肥药热气一体化地下渗灌系统结构图
图3为设施水肥药热气一体化地下渗灌系统渗灌带示意图
图4为设施水肥药热气一体化地下渗灌系统包裹有渗透材料的渗灌带剖面图
图5为设施水肥药热气一体化地下渗灌系统控制系统的原理框图
图中：1、水泵2、水泵进水口3、水泵出水口4、过滤器5、主管道6、压力传感器7、肥料罐8、出肥口9、过滤器10、出肥管11、注肥泵12、单向阀13、母液罐进肥口14、母液罐进水口15、搅拌电机16、搅拌机构17、母液罐进药口19、注药泵20、输药管22、出药口23、药液罐24、气泵25、单向阀26、气流管27、渗灌带28、灌溉管路29、管路30、单向阀31、流量传感器32、电磁阀33、过滤器34、母液罐出液口35、药液浓度传感器36、电热水棒37、母液罐38、阀门40、缓冲材料41、渗灌带小孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。一种设施水肥药热气一体化地下渗灌系统，如图1、2、3、4、5所示。水肥药热气一体化地下渗灌系统包括首部枢纽装置、混肥混药装置、加热装置、通气装置、灌溉系统、控制系统组成。所述的首部枢纽装置是对加压、调节、控制、净化、施肥及检测等设备的集成，用于输送灌溉水和肥料母液；所述的混肥混药装置是用于混肥混药和配置浓度可控母液；所述的加热装置是置于母液罐底部用于在冬天的时候对里面的水进行加热处理；所述的通气装置是置于灌溉系统之前用于给作物根部通气的装置；所述的灌溉系统是用于向作物输送灌溉水、肥液及药液的系统；所述的控制系统是用于控制首部枢纽装置、混肥混药装置、加热装置、通气装置、灌溉系统精确运行。
所述的首部枢纽装置包括水泵(1)、主管道(5)、过滤器(4)、压力传感器(6)及母液罐进水口(14)。所述的水泵(1)固定在装置前部给主管道(5)提供灌溉水和压力；所述的主管道(5)与水泵出水口(3)相连接用于输送灌溉水；所述的过滤器(4)置于水泵出水口(3)后安装在主管道(5)上，用于过滤进入母液罐(37)的灌溉水；所述的压力传感器(6)置于主管道(5)上，用于检测水泵(1)出水压力，防止压力过大对主管道(5)造成损害；所述的母液罐进水口(14)是为配置母液提供水源的装置。
所述的混肥混药装置包括肥料罐(7)、药液罐(23)、过滤器(9)、注肥泵(11)、注药泵(19)、单向阀(12)、母液罐(37)、搅拌机构(16)和药液浓度传感器(35)。所述的肥料罐(7)包括多个相同的肥料罐，是置于母液罐(37)左侧用于给母液罐(37)注肥的装置；所述的药液罐(23)包括包括多个相同的药液罐，是置于母液罐(37)右侧用于给母液罐(37)注药的装置；所述的过滤器(9)包括多个相同的过滤器(9)，分别安装在肥料罐(7)出肥口(8)后端以及药液罐(23)出药口(22)后端，用于过滤肥料罐(7)及药液罐(23)内的杂质；所述的注肥泵(11)置于出肥管(10)上，用于将肥料罐(7)内的肥料吸入母液罐(37)内；所述的注药泵(19)置于输药管(20)上，用于将药液罐(23)内的药液吸入母液罐(37)内；所述的单向阀(12)包括两个相同的单向阀(12)，分别安装在出肥管(10)及输药管(20)上，防止肥药倒流；所述的母液罐(37)用于存放混合后的母液；所述的搅拌机构(16)置于母液罐(37)内，通过搅拌电机(15)进行转动，用于将母液罐(37)内的灌溉水与肥液均匀混合；所述的药液浓度传感器(35)置于母液罐(37)内侧偏上位置，是用于检测母液罐(37)内肥药浓度的装置。
所述的加热装置是由电热水棒(36)构成，放置在母液罐(37)底部用于在冬天的时候对母液罐(37)里面的水进行加热处理。
所述的通气装置包括气泵(24)、单向阀(25)和气流管(26)。所述的气泵(24)置于气流管(26)前端，通过灌溉系统用于给作物根部通气；所述的单向阀(25)置于气泵(24)后端气流管(26)上，防止灌溉系统内灌溉水流入气泵(24)，对气泵造成损害；所述的气流管(26)置于气泵(24)和灌溉系统之间，用于将气泵产生的气体引入灌溉系统中。
所述的灌溉系统是由过滤器(33)、电磁阀(32)、流量传感器(31)、单向阀(30)、管路(29)、灌溉管路(28)、支路阀门(38)、缓冲材料(40)和渗灌带(27)组成。所述的过滤器(33)置于母液罐出液口(34)后端，用于过滤母液罐(37)内肥液杂质；所述的电磁阀(32)置于过滤器(33)后端管路(29)上，用于控制母液罐(37)内肥液流出通断的装置；所述的流量传感器(31)置于电磁阀(32)后端管路(29)上，用于检测母液罐(37)流出肥液流量的装置；所述的单向阀(30)用于肥液单向流出，防止回流的装置；所述的管路(29)是用于输送混合后的肥液的装置；所述的灌溉管路(28)是用于连接管路(29)与渗灌带(27)的装置；所述的支路阀门(38)包括多个相同的支路阀门(38)，用于控制支路水流的通断；所述的缓冲材料(40)是用于包裹渗灌带(27)，可以是过滤棉、麻、可降解的植物秸秆，但不局限于这些材料，渗灌带(27)里面的水通过渗灌带小孔(41)渗入到缓冲材料(40)中，缓冲材料(40)以存储水分，保证土壤湿润；所述的渗灌带(27)是用于向缓冲材料(40)输送水的管路，布置于每垄两列作物之间开的沟槽中。
所述的控制系统包括控制箱、主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块、输入输出接口和电源。所述的控制箱用于安装主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器；所述的主控器选用STM32型单片机；所述的注肥泵控制器一端连接主控器，一端连接注肥泵(11)，主控器发出信号控制注肥泵(11)动作；所述的注药泵控制器一端连接主控器，一端连接注药泵(19)，主控器发出信号控制注药泵(19)动作；所述的搅拌电机控制器一端连接主控器，一端连接搅拌电机(15)，主控器发出信号控制搅拌电机(15)动作；所述的变压器将电源输出的交流电转化为控制器、电机和泵所需的电压；所述的传感器模块包括压力传感器(6)、流量传感器(31)及药液浓度传感器(35)；所述的压力传感器(6)安装在主管道(5)上，用于检测主管道(5)的压力；所述的流量传感器(31)安装在灌溉管路(28)之前，用于检测流入渗灌带(27)的流量；所述的药液浓度传感器(35)安装在母液罐(37)内侧偏上位置，用于检测母液罐(37)内肥药浓度的装置；所述的输入输出接口用于串接主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块。所述的电源可为控制系统的工作提供电能。
本发明水肥药热气一体化地下渗灌系统的控制方法，具体如下：
1)首部枢纽的准备工作：接通工作电源，对水泵(1)、主控器、注肥泵(11)、注药泵(19)、搅拌电机(15)进行供电，根据所需药液浓度调节好药液浓度传感器(35)的测量范围，打开灌溉系统上面的支路阀门(38)。
2)母液配置工作：母液配置过程中，通过主控器控制实现肥料或药液与灌溉水的混合。工作时，启动水泵(1)，灌溉水通过水泵(1)由主管道(5)输送到母液罐(37)。当我们需要施肥时，注肥泵(11)开启，肥料罐(7)内的肥料通过注肥泵(11)经出肥管(10)输送到母液罐(37)内，搅拌电机(15)工作，将肥料与灌溉水搅拌均匀，此时药液浓度传感器(35)开始工作，当药液浓度达到设定值时，主控器控制的灌溉电磁阀(32)开启，母液罐(37)内的肥液通过管路(29)输送到灌溉系统，实现施肥。当我们需要施药时，注药泵(19)开启，药液罐(23)内的药液通过注药泵(19)经输药管(20)输送到母液罐(37)内，搅拌电机(15)工作，将药液与灌溉水搅拌均匀，此时药液浓度传感器(35)开始工作，当药液浓度达到设定值时，主控器控制的灌溉电磁阀(32)开启，母液罐(37)内的药液通过管路(29)输送到灌溉系统，实现施药。在冬季，由于母液罐(37)内的母液温度很低，输送到作物根部不利于作物吸收，当我们需要温水时，主控器控制加热装置工作，电热水棒(36)进行加热，母液罐(37)内的母液升温，加热后的母液再通过灌溉系统流入到缓冲材料(40)中，以利于作物更好地吸收生长。
3)灌溉作业：首先在每两列作物之间的沟垄中挖一条沟，放置包有截面形状为长方形缓冲材料(40)的渗灌带(27)，每一条渗灌带(27)通过支路阀门(38)与灌溉管路(28)相连接，支路阀门(38)用于控制支路水流的通断。作业过程分为三个时间段，第一时间段为灌溉阶段，第二时间段为施肥或施药灌溉阶段，第三时间段为灌溉阶段。工作时主控器控制注肥泵(11)与注药泵(19)关闭，首先进行灌溉水灌溉，灌溉一段时间后，主控器控制注肥泵(11)或注药泵(19)开启，搅拌电机(15)启动，此时进入施肥或施药灌溉阶段。施肥或施药结束后，主控器控制注肥泵(11)或注药泵(19)关闭，再次进行灌溉水灌溉，进行管道冲洗。作业时开启渗灌系统各手动阀门(38)，母液罐(37)内流出的母液通过管路(29)流到各渗灌带(27)，渗灌带(27)中的母液不断渗出到缓冲材料(40)中，此时缓冲材料(40)存储水分并且湿润周围土壤，种植在沟垄两侧的作物由于其根系向水性会向着缓冲材料(40)的方向生长。
4)作物根部通气作业：气泵(24)通过主控器控制。当不需要进行灌溉作业时，由主控器控制气泵(24)打开，灌溉电磁阀(32)关闭，气流通过气流管(26)充入灌溉系统中，给予作物根部足够的空气，有利于作物根部更好的呼吸。
Claims (2)
1.一种水肥药热气一体化地下渗灌系统，其特征在于包括首部枢纽装置、混肥混药装置、加热装置、通气装置、灌溉系统和控制系统；
所述的首部枢纽装置包括水泵、主管道、过滤器、压力传感器及母液罐进水口；所述的水泵固定在装置前部给主管道提供灌溉水和压力；所述的主管道与水泵出水口相连接用于输送灌溉水；所述的过滤器置于水泵出水口后安装在主管道上，用于过滤进入母液罐的灌溉水；所述的压力传感器置于主管道上，用于检测水泵出水压力，防止压力过大对主管道造成损害；所述的母液罐进水口是为配置母液提供水源的装置；
所述的混肥混药装置包括肥料罐、药液罐、过滤器、注肥泵、注药泵、单向阀、母液罐、搅拌机构和药液浓度传感器；所述的肥料罐包括多个相同的肥料罐，是置于母液罐左侧用于给母液罐注肥的装置；所述的药液罐包括多个相同的药液罐，是置于母液罐右侧用于给母液罐注药的装置；所述的过滤器包括多个相同的过滤器，分别安装在肥料罐出肥口后端以及药液罐出药口后端，用于过滤肥料罐及药液罐内的杂质；所述的注肥泵置于出肥管上，用于将肥料罐内的肥料吸入母液罐内；所述的注药泵置于输药管上，用于将药液罐内的药液吸入母液罐内；所述的单向阀包括多个相同的单向阀，分别安装在出肥管及输药管上，防止肥药倒流；所述的母液罐用于存放混合后的母液；所述的搅拌机构置于母液罐内，通过搅拌电机进行转动，用于将母液罐内的灌溉水与肥液均匀混合；所述的药液浓度传感器置于母液罐内侧偏上位置，是用于检测母液罐内肥药浓度的装置；
所述的加热装置是由电热水棒构成，放置在母液罐底部用于在冬天的时候对母液罐里面的水进行加热处理；
所述的通气装置包括气泵、单向阀和气流管；所述的气泵置于气流管前端，通过灌溉系统用于给作物根部通气；所述的单向阀置于气泵后端气流管上，防止灌溉系统内灌溉水流入气泵，对气泵造成损害；所述的气流管置于气泵和灌溉系统之间，用于将气泵产生的气体引入灌溉系统中；
所述的灌溉系统是由过滤器、电磁阀、流量传感器、单向阀、管路、灌溉管路、支路阀门、缓冲材料和渗灌带组成；所述的过滤器置于母液罐出液口后端，用于过滤母液罐内肥液杂质；所述的电磁阀置于过滤器后端管路上，用于控制母液罐内肥液流出通断的装置；所述的流量传感器置于电磁阀后端管路上，用于检测母液罐流出肥液流量的装置；所述的单向阀用于肥液单向流出，防止回流的装置；所述的管路是用于输送混合后的肥液的装置；所述的灌溉管路是用于连接管路与渗灌带的装置；所述的支路阀门包括多个相同的支路阀门，用于控制支路水流的通断；所述的缓冲材料是用于包裹渗灌带，可以是过滤棉、麻、可降解的植物秸秆，但不局限于这些材料，渗灌带里面的水通过渗灌带小孔渗入到缓冲材料中，缓冲材料以存储水分，保证土壤湿润；所述的渗灌带是用于向缓冲材料输送水的管路，布置于每垄两列作物之间开的沟槽中；
所述的控制系统包括控制箱、主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块、输入输出接口和电源；所述的控制箱用于安装主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器；所述的主控器选用STM32型单片机；所述的注肥泵控制器一端连接主控器，一端连接注肥泵，主控器发出信号控制注肥泵动作；所述的注药泵控制器一端连接主控器，一端连接注药泵，主控器发出信号控制注药泵动作；所述的搅拌电机控制器一端连接主控器，一端连接搅拌电机，主控器发出信号控制搅拌电机动作；所述的变压器将电源输出的交流电转化为控制器、电机和泵所需的电压；所述的传感器模块包括压力传感器、流量传感器及药液浓度传感器；所述的压力传感器安装在主管道上，用于检测主管道的压力；所述的流量传感器安装在灌溉管路之前，用于检测流入渗灌带的流量；所述的药液浓度传感器安装在母液罐内侧偏上位置，用于检测母液罐内肥药浓度的装置；所述的输入输出接口用于串接主控器、注肥泵控制器、注药泵控制器、搅拌电机控制器、变压器、传感器模块；所述的电源可为控制系统的工作提供电能。
2.一种水肥药热气一体化地下渗灌系统的控制方法，其特征在于步骤如下：
1)首部枢纽的准备工作：接通工作电源，对水泵、主控器、注肥泵、注药泵、搅拌电机进行供电，根据所需药液浓度调节好药液浓度传感器的测量范围，打开灌溉系统上面的支路阀门；
2)母液配置工作：母液配置过程中，通过主控器控制实现肥料或药液与灌溉水的混合；工作时，启动水泵，灌溉水通过水泵由主管道输送到母液罐；当我们需要施肥时，注肥泵开启，肥料罐内的肥料通过注肥泵经出肥管输送到母液罐内，搅拌电机工作，将肥料与灌溉水搅拌均匀，此时药液浓度传感器开始工作，当药液浓度达到设定值时，主控器控制的灌溉电磁阀开启，母液罐内的肥液通过管路输送到灌溉系统，实现施肥；当我们需要施药时，注药泵开启，药液罐内的药液通过注药泵经输药管输送到母液罐内，搅拌电机工作，将药液与灌溉水搅拌均匀，此时药液浓度传感器开始工作，当药液浓度达到设定值时，主控器控制的灌溉电磁阀开启，母液罐内的药液通过管路输送到灌溉系统，实现施药；在冬季，由于母液罐内的母液温度很低，输送到作物根部不利于作物吸收，当我们需要温水时，主控器控制加热装置工作，电热水棒进行加热，母液罐内的母液升温，加热后的母液再通过灌溉系统流入到缓冲材料中，以利于作物更好地吸收生长；
3)灌溉作业：首先在每两列作物之间的沟垄中挖一条沟，放置包有截面形状为长方形缓冲材料的渗灌带，每一条渗灌带通过支路阀门与灌溉管路相连接，支路阀门用于控制支路水流的通断；作业过程分为三个时间段，第一时间段为灌溉阶段，第二时间段为施肥或施药灌溉阶段，第三时间段为灌溉阶段；工作时主控器控制注肥泵与注药泵关闭，首先进行灌溉水灌溉，灌溉一段时间后，主控器控制注肥泵或注药泵开启，搅拌电机启动，此时进入施肥或施药灌溉阶段；施肥或施药结束后，主控器控制注肥泵或注药泵关闭，再次进行灌溉水灌溉，进行管道冲洗；作业时开启灌溉系统各手动阀门，母液罐内流出的母液通过管路流到各渗灌带，渗灌带中的母液不断渗出到缓冲材料中，此时缓冲材料存储水分并且湿润周围土壤，种植在渗灌带两侧的作物由于其根系向水性会向着缓冲材料的方向生长；
4)作物根部通气作业：气泵通过主控器控制；当不需要进行灌溉作业时，由主控器控制气泵打开，灌溉电磁阀关闭，气流通过气流管充入灌溉管路中，给予作物根部足够的空气，有利于作物根部更好的呼吸。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190111 |