CN109197089A - 一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机 - Google Patents

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江培福
邱照宁
邵唯
晏清洪
刘芳芳
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Abstract

本发明涉及一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，包括施肥机控制器、与灌溉主管道进水端连接的施肥机配肥单元、与所述施肥机配肥单元连接的施肥机注肥单元、通过施肥管路单元与所述施肥机注肥单元连通的环境因子监测单元，所述环境因子监测单元监测所述作物根系周围环境信号并传输给施肥机控制器，所述施肥机控制器根据该信号与施肥机控制器内预设的环境因子限值比对，从而控制施肥机配肥单元和施肥机注肥单元的运行状态。本发明可实时监测作物根系周围的环境因子，在无人值守的情况下，根据作物根系周围环境因子的变化自动进行施肥灌溉，实现实时精准的变量施肥；且大大提高了智能化水平，进一步推进了我国现代精准农业的发展。

Description

一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机。
背景技术
施肥是作物增产的主要方式之一，其三大支柱分别是肥料配制、施肥技术和施肥机械。目前，我国在肥料配制方面的水平较高，但在施肥技术和施肥机械方面的研究则较发达国家落后许多，这不仅导致肥料利用率低下，而且随着时间推移，将会导致土壤肥力下降、作物品质降低，甚至水源污染等环境问题。
近年来，随着现代精准农业的发展，变量施肥技术由于具有肥料投入少、产品品质和产量高、生产成本低等优点，在我国取得了较大进展。但是，目前市面上的变量施肥机还存在智能化水平低、无法进行多肥料按需配比、施肥精度不高、操作复杂等问题。
发明内容
针对上述操作复杂、施肥精度低、智能化水平低的问题，本发明提供一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，包括施肥机控制器、与灌溉主管道进水端连接的施肥机配肥单元、与所述施肥机配肥单元连接的施肥机注肥单元、通过施肥管路单元与所述施肥机注肥单元连通的环境因子监测单元，所述环境因子监测单元监测所述作物根系周围环境信号并传输给施肥机控制器，所述施肥机控制器根据该信号与施肥机控制器内预设的环境因子限值比对，从而控制施肥机配肥单元和施肥机注肥单元的运行状态。
作为优选，所述环境因子监测单元包括与施肥管路单元并联的数个种植区块，每一所述种植区块内设有至少一个水分传感器和/或盐分传感器。
作为优选，所述施肥管路单元包括与施肥机注肥单元连接的灌溉主管道出水端、所述灌溉主管道出水端通过与所述种植区块对应设置的数个灌溉支管连接至数个所述种植区块，每一所述灌溉支管上均设有与施肥机控制器电连的施肥电动阀。
作为优选，所述施肥机配肥单元包括与所述灌溉主管道进水端连通的进水管道、一端与所述进水管道并联的数个吸肥装置、数个所述吸肥装置另一端与施肥机注肥单元连通，所述进水管道设有一与所述施肥机控制器电连的主电动阀。
作为优选，所述施肥机注肥单元包括与数个所述吸肥装置连通的出水管道，所述出水管道设有一pH在线监测仪，所述pH在线监测仪通过监测所在出水管道处肥水混合液的pH值信号并传输给施肥机控制器，所述施肥机控制器将监测到的所述pH值信号与预设pH值比对，从而调控所述吸肥装置的开度，使肥水混合液浓度达到预设pH值。
作为优选，所述出水管道还设有一EC在线监测仪，所述EC在线监测仪通过监测所在出水管道处肥水混合液的EC值信号并传输给施肥机控制器，所述施肥机控制器将监测到的所述EC值信号与预设EC值比对，从而调控所述吸肥装置的开度，使肥水混合液浓度达到预设EC值。
作为优选，所述施肥机注肥单元还包括设于出水管道上的注肥泵和与所述注肥泵连接的变频器，所述灌溉主管道上设置一流量传感器，所述施肥机控制器接收流量传感器感应到的所在灌溉主管道处的流量信号，进而通过变频器调控所述注肥泵的流量和扬程。
作为优选，任意一所述吸肥装置包括文丘里吸肥器和与所述文丘里吸肥器连通的储液桶，并联后的数个所述文丘里吸肥器的进水口连通进水管道，所述文丘里吸肥器的出水口连通出水管道，所述文丘里吸肥器的吸肥口连通储液桶。
作为优选，任意一所述吸肥装置还包括设于所述文丘里吸肥器和储液桶之间的脉冲流量计、吸肥电动阀，所述文丘里吸肥器、脉冲流量计、吸肥电动阀、储液桶依次连接，所述吸肥电动阀由施肥机控制器控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，在种植区块内设置的水分传感器和盐分传感器，可实时监测作物根系周围的环境因子，可在无人值守的情况下，根据作物根系周围环境因子的变化自动实时进行施肥灌溉，不仅能够实现实时精准的变量施肥，提高水肥利用效率，而且大大提高了施肥的智能化水平，进一步推进了我国现代精准农业的发展；
2、本发明设置多个种植区块，可将多肥料按需配比，也可分区调控用肥量；
3、设置有EC、pH在线监测仪，可以实时监测肥水混合液的EC、pH值；在吸肥装置和灌溉主管道上安装有流量计，可根据需求设定肥水混合液浓度或者EC、pH值，然后通过流量值信号调节吸肥装置上吸肥电动阀的开度控制肥液流量值，使肥水混合液浓度或者EC、pH值达到所需数值，操作简单，使用方便；
4、通过变频器调节注肥泵的流量和扬程，使出水管道的注肥流量与灌溉主管道的水流量相适应，保证准确的施肥精度；
5、而且，本发明设置的EC在线监测仪和pH在线监测仪；由于可随时监测肥水混合液的浓度，从而通过施肥机控制器调整吸肥电动阀的开度，因而对储液桶内的溶液酸碱度无特定要求，解决现有技术必须得先在储液桶内配置好所需肥液浓度的问题。
附图说明
图1是本发明一种优选方式的结构示意图(图中未示出施肥管路单元和环境因子监测单元)；
图2是本发明中施肥管路单元和环境因子监测单元的结构示意图。
图中：1、灌溉主管道；2、进水管道；3、主电动阀；4、文丘里吸肥器；5、脉冲流量计；6、吸肥电动阀；7、储液桶；8、PH在线监测仪；9、EC在线监测仪；10、出水管道；11、变频器；12、注肥泵；13、施肥机控制器；14、灌溉支管；15、施肥电动阀；16、水分传感器；17、盐分传感器。
具体实施方式
下面将结合图1详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，包括施肥机控制器13、与灌溉主管道1进水端连接的施肥机配肥单元、与所述施肥机配肥单元连接的施肥机注肥单元、通过施肥管路单元与所述施肥机注肥单元连通的环境因子监测单元，所述环境因子监测单元监测所述作物根系周围环境信号并传输给施肥机控制器13，所述施肥机控制器根据该信号与施肥机控制器内预设的环境因子限值比对，从而控制施肥机配肥单元和施肥机注肥单元的运行状态。
所述环境因子监测单元包括与施肥管路单元并联的数个种植区块，每一所述种植区块内设有至少一个水分传感器16和/或盐分传感器17。
所述施肥管路单元包括与施肥机注肥单元连接的灌溉主管道1出水端、所述灌溉主管道出水端通过与所述种植区块对应设置的数个灌溉支管14连接至数个所述种植区块，每一所述灌溉支管上均设有与施肥机控制器电连的施肥电动阀15。所述施肥机配肥单元包括与所述灌溉主管道1进水端连通的进水管道2、一端与所述进水管道2并联的数个吸肥装置、数个所述吸肥装置另一端与施肥机注肥单元连通，所述进水管道2设有一与所述施肥机控制器13电连的主电动阀3。任意一所述吸肥装置包括文丘里吸肥器4和与所述文丘里吸肥器连通的储液桶7，并联后的数个所述文丘里吸肥器4的进水口连通进水管道2，所述文丘里吸肥器的出水口连通出水管道10，所述文丘里吸肥器的吸肥口连通储液桶7；任意一所述吸肥装置还包括设于所述文丘里吸肥器4和储液桶7之间的脉冲流量计5、吸肥电动阀6，所述文丘里吸肥器、脉冲流量计、吸肥电动阀、储液桶依次连接，所述储液桶可对应设置多个，可分为酸溶液储液桶、碱溶液储液桶等，所述吸肥电动阀6由施肥机控制器13控制。
进一步的，所述施肥机注肥单元包括与数个所述吸肥装置连通的出水管道10，所述出水管道设有一pH在线监测仪8和/或EC在线监测仪9，所述pH在线监测仪和/或EC在线监测仪通过监测所在出水管道处肥水混合液的pH值和/或EC值信号并传输给施肥机控制器，所述施肥机控制器将监测到的所述pH值和/或EC值信号与预设pH值和/或EC值比对，从而调控所述吸肥装置的开度，使肥水混合液酸碱度和/或电导率达到预设pH值和/或EC值。本发明设置的EC在线监测仪9和pH在线监测仪8，可以实时监测肥水混合液的EC、pH值；所述施肥机注肥单元还包括设于出水管道10上的注肥泵12和与所述注肥泵连接的变频器11，所述灌溉主管道上设置一流量传感器，所述施肥机控制器13接收流量传感器感应到的所在灌溉主管道处的流量信号，进而通过变频器11调控所述注肥泵12的流量和扬程。本发明通过变频器11调节注肥泵12的流量和扬程，使出水管道10的注肥流量与灌溉主管道1的水流量相适应，保证准确的施肥精度。所述发明在吸肥装置和灌溉主管道上安装有流量计，可根据需求设定肥水混合液浓度或者EC、pH值，然后通过流量值信号调节吸肥装置上吸肥电动阀6的开度控制肥液流量值，使肥水混合液浓度或者EC、pH值达到所需数值，操作简单，使用方便；而且，本发明设置的EC在线监测仪9和pH在线监测仪8；由于可随时监测肥水混合液的浓度，从而通过施肥机控制器调整吸肥电动阀的开度，因而对储液桶7内的溶液酸碱度无特定要求。
在实施过程中，灌溉水经灌溉主管道1进水端流向进水管道2，经吸肥装置形成肥水混合液后流向出水管道10，再通过施肥机注肥单元从灌溉主管道1出水端流出，最后经各灌溉支管流出至各种植区块内。所述种植区块可设置多个，譬如设置为种植区块A、种植区块B、种植区块C等。所述的环境因子监测单元包括水分传感器16和盐分传感器17，所述的水分传感器16和盐分传感器17设置在植区块具有代表性的作物根系周围土壤内。所述的水分传感器16和盐分传感器17通过导线与施肥机控制器13电连接，所述施肥机控制器13可以接收水分传感器16和盐分传感器17的实时数据，并可根据作物不同生长阶段的水肥需求设置水分和盐分最高限值和最低限值。当水分传感器16的监测数据达到最低值时，施肥机控制器13控制进水管道2上的主电动阀3打开，灌溉水进入文丘里吸肥器4并进入出水管道10，最终注入灌溉主管道出水端，由于吸肥电动阀6关闭，此时施肥机只灌水不施肥。随着不断灌水，作物根系周围的含水量不断增大，盐分浓度不断降低，当盐分传感器17的监测数据降低到最低限值时，吸肥电动阀6开启，文丘里吸肥器4将储液桶7中的肥料吸入出水管道10进行施肥。当盐分传感器17监测数据达到最大限值时，吸肥电动阀6关闭，施肥机停止施肥，当水分传感器16监测数据达到最大限值时，施肥机进水管道2上的主电动阀3关闭，施肥机停止灌水。
在工作过程中，施肥机控制器13接收灌溉主管道1上流量传感器的流量信号，根据灌溉主管道1的流量变化控制变频器11的工作频率，变频器11调节注肥泵12的流量和扬程，使出水管道10的肥液流量与灌溉主管道1的水流量相适应，保证了准确的施肥精度。
当需要调节EC值或pH值时，流量传感器、脉冲流量计5、EC在线监测仪9、PH在线监测仪8将信息传回施肥机控制器13，施肥机控制器13根据传回的数据不断调节主电动阀3和吸肥电动阀6的开度，当EC在线监测仪9、PH在线监测仪8传回的数值达到所需数值时，主电动阀3和吸肥电动阀6的开度保持不变，施肥机一直按照该浓度或比例进行配肥。
进一步地，所述的施肥电动阀15布置在灌溉支管14的首端，可以控制各种植区块的施肥顺序，按照从低浓度到高浓度的肥液顺序依次进行灌水和施肥。
在本发明的描述中，需要说明的是，本实施案例仅是对于土壤栽培技术的说明，但不仅限于土壤栽培技术，也可以是无土栽培技术，如是无土栽培，则环境因子监测单元需要进行相应的改变，可以是温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是机械连通，也可以是电连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“数个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机器或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：包括施肥机控制器(13)、与灌溉主管道(1)进水端连接的施肥机配肥单元、与所述施肥机配肥单元连接的施肥机注肥单元、通过施肥管路单元与所述施肥机注肥单元连通的环境因子监测单元，所述环境因子监测单元监测所述作物根系周围环境信号并传输给施肥机控制器(13)，所述施肥机控制器(13)根据该信号与施肥机控制器内预设的环境因子限值比对，从而控制施肥机配肥单元和施肥机注肥单元的运行状态。
2.根据权利要求1所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：所述环境因子监测单元包括与施肥管路单元并联的数个种植区块，每一所述种植区块内设有至少一个水分传感器(16)和/或盐分传感器(17)。
3.根据权利要求2所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：所述施肥管路单元包括与施肥机注肥单元连接的灌溉主管道(1)出水端、所述灌溉主管道出水端通过与所述种植区块对应设置的数个灌溉支管(14)连接至数个所述种植区块，每一所述灌溉支管上均设有与施肥机控制器(13)电连的施肥电动阀(15)。
4.根据权利要求3所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：所述施肥机配肥单元包括与所述灌溉主管道(1)进水端连通的进水管道(2)、一端与所述进水管道并联的数个吸肥装置、数个所述吸肥装置另一端与施肥机注肥单元连通，所述进水管道(2)设有一与所述施肥机控制器电连的主电动阀(3)。
5.根据权利要求4所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：所述施肥机注肥单元包括与数个所述吸肥装置连通的出水管道(10)，所述出水管道设有一pH在线监测仪(8)，所述pH在线监测仪(8)通过监测所在出水管道处肥水混合液的pH值信号并传输给施肥机控制器(13)，所述施肥机控制器将监测到的所述pH值信号与预设pH值比对，从而调控所述吸肥装置的开度，使肥水混合液浓度达到预设pH值。
6.根据权利要求5所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：所述出水管道还设有一EC在线监测仪(9)，所述EC在线监测仪(9)通过监测所在出水管道处肥水混合液的EC值信号并传输给施肥机控制器(13)，所述施肥机控制器将监测到的所述EC值信号与预设EC值比对，从而调控所述吸肥装置的开度，使肥水混合液浓度达到预设EC值。
7.根据权利要求6所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：所述施肥机注肥单元还包括设于出水管道(10)上的注肥泵(12)和与所述注肥泵连接的变频器(11)，所述灌溉主管道上设置一流量传感器，所述施肥机控制器(13)接收流量传感器感应到的所在灌溉主管道处的流量信号，进而通过变频器(11)调控所述注肥泵(12)的流量和扬程。
8.根据权利要求4所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：任意一所述吸肥装置包括文丘里吸肥器(4)和与所述文丘里吸肥器连通的储液桶(7)，并联后的数个所述文丘里吸肥器(4)的进水口连通进水管道(2)，所述文丘里吸肥器的出水口连通出水管道(10)，所述文丘里吸肥器的吸肥口连通储液桶(7)。
9.根据权利要求8所述可根据作物根系周围环境调节水肥用量的施肥机，其特征在于：任意一所述吸肥装置还包括设于所述文丘里吸肥器(4)和储液桶(7)之间的脉冲流量计(5)、吸肥电动阀(6)，所述文丘里吸肥器、脉冲流量计、吸肥电动阀、储液桶依次连接，所述吸肥电动阀(6)由施肥机控制器(13)控制。
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