一种改良盐碱地土质系统
技术领域
本发明涉及设计一种改良盐碱地土质系统,属于循环再生领域。
背景技术
土壤盐渍化已成为全球问题。在人口逐年增加,耕地逐年减少的情况下,开发利用盐碱地具有重大战略意义。我国人多地少,城市化和工业化占据了大量耕地,而由于灌溉不当造成大量耕地盐碱化。另一方面,我国盐碱地80%处于荒芜状态,所以,开发和利用盐碱地对于国家经济发展、粮食和能源安全都具有重大意义。盐碱地可持续开发利用使公认的世界性难题,自古以来,世界各国人民积累了不好开发利用盐碱地的方法和经验,但都无法大规模推广应用。对此,这里根据各种改良盐碱地的方法,以及在考虑如何实现可持续发展的问题上提出了一种改良盐碱地土质系统,土壤中未被吸收的水,会夹带着部分盐碱到处理池进行处理,可有效去除水中所带有的有害物质,处理完毕后,又可将处理后的水进行喷洒浇灌到地面的作物上,实现对水的循环利用,符合可持续发展的原则。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明要解决的技术问题是通过设计本发明涉及设一种改良盐碱地土质系统,属于循环再生领域。该系统可设置在在盐碱地耕作的田坝上,可对盐碱地进行酸化处理,在一块盐碱地上,距地面以下至少两米处埋有一块优质加厚地膜,从地下的纵断面来看,地膜相对于地面为倾斜状态,当下雨后,雨水渗入土壤,雨水与部分盐碱混合,当渗入到地膜时,混合物可顺着地膜倾斜的角度进入酸化处理池,里面装有脱硫石膏,可对混合物进行处理,酸化处理池连接两个管道,一个管道连接地面上的喷洒装置,另一个连接到沼气池,酸化处理池连接有里装有水质检测器,当检测到处理不完全时,混合物进入沼气池进行二次处理,处理好的水可进入喷洒装置在地面上对作物进行喷洒,实现对水的循环利用以及对盐碱地的改良。
本发明采用的技术方案是:一种改良盐碱地土质系统,包括优质加厚地膜、酸化处理池、脱硫石膏、水质检测器、管道、一号水泵、二号水泵、三号水泵、四号水泵、废弃矿泉水瓶、蛇形机器人、卷收器、单片机,水泵、水质检测器、蛇形机器人、卷收器和单片机连接,在盐碱地上,距地面以下至少两米处埋有一块优质加厚地膜,优质加厚地膜相对于地面为倾斜状态,优质加厚地膜倾斜的最下方边缘处连接有一个酸化处理池,当下雨后,雨水渗入土壤,雨水与部分盐碱混合,当渗入到地膜时,混合物可顺着地膜倾斜的角度进入酸化处理池,酸化处理池对混合物进行处理,同时里面设置有一个水质检测器,可时刻检测水质,酸化处理池连接两个管道,每个管道设有水泵,一个管道连接地面上的喷洒装置,另一个连接到沼气池,沼气池又连有一个设有水泵的管道与喷洒装置管道相连,通过单片机控制水泵来控制水的流向,沼气池可对未净化完的混合物进行二次处理,喷洒装置可喷洒处理后的水到地面上的作物上;废弃矿泉水瓶随机埋在土壤中,瓶上戳有若干小洞,里面装有脱硫石膏;蛇形机器人上设置有土壤酸碱度传感器,可钻入土壤检测土壤的酸碱度。
进一步的,优质加厚地膜采用现有材料,可防水,优质加厚地膜埋在盐碱地地面以下至少两米的位置,从地下的纵断面来看,优质加厚地膜相对于地面为倾斜状态,与竖直方向垂直,当地面上下雨或浇水时,水会渗入到土壤里,同时与土壤里的部分盐碱混合,当水往下渗入到优质加厚地膜表面时,水和盐碱的混合物会顺着地膜倾斜的角度往下流,直到流入酸化处理池。
进一步的,水泵设有四个,分别为一号水泵、二号水泵、三号水泵、四号水泵,一号水泵设置于酸化处理池与喷洒装置的管道中,二号水泵设置于酸化处理池和沼气池之间的管道中,三号水泵设置于沼气池与喷洒装置之间的管道中,四号水泵设置于电缆的内部管道和酸化处理池、沼气池之间,每个水泵单独受单片机控制,通过控制水泵来控制水的流向;水泵工作原理:利用叶轮的高速旋转所产生的推力提水,轴流泵叶片旋转时对水所产生的升力,可把水从下方推到上方,由于叶轮高速旋转,在叶片产生的升力作用下,连续不断的将水向上推压,使水沿出管道流出,叶轮不断的旋转,水也就被连续压送到高处。
进一步的,酸化处理池位于优质加厚地膜倾斜的底部边缘处,顶部装有一个网架,网架上设置有一层薄膜,可将水与泥土分开,防止水携带的泥土进入酸化处理池,酸化处理池连接两个管道,每个管道设有水泵,一个管道连接地面上的喷洒装置,另一个连接到沼气池,沼气池为完全封闭,酸化处理池里设有脱硫石膏,当水和盐碱的混合物流到此处时,利用脱硫石膏对混合物进行绿色处理,可去除混合物的有害物质,脱硫石膏的主要成分为硫酸钙,可使钙离子代换钠离子,去除混合物的碱性,同时池里设有水质检测器,时刻检测水质情况,检测的数据经过计算机进行计算分析,当检测到水中有害物质已除去,达到安全的标准,则单片机控制一号水泵启动,使处理后的水到达喷洒装置,可喷洒到地面的作物上;当检测到水中的有害物质无法完全除去,单片机控制二号水泵启动,使酸化处理池里的混合物进入沼气池,沼气池内同样设有一个水质检测器,时刻检测水质,检测的数据由后台计算机进行计算分析,进入沼气池的混合物会一直发酵,直到有害物质除去,当检测到沼气池内的水已达到安全标准时,单片机控制三号水泵启动,使水到达喷洒装置,可喷洒到地面的作物上。
进一步的,盐碱地土壤里埋有废旧矿泉水瓶,在位于地面以下一米左右的位置随机放置,废旧矿泉水瓶的瓶身戳有若干小洞,瓶里装有脱硫石膏,可对土壤里的盐碱进行净化处理;利用此装置可在一定程度上改良土壤性质,通过与酸化处理池、沼气池相结合共同改良土壤,使得改良过程更为有效。
进一步的,蛇形机器人设有若干个,蛇形机器人头部设置有一个钻头,尾部连有电缆,通过电缆来供电,同时电缆可传输数据,通电后,蛇形机器人可依靠头部的钻头钻入土壤里,随机在土壤里移动,移动的同时,可采集土壤里的盐碱度数据,采集的数据通过电缆传输至计算机,通过该数据可分析土壤的改良程度,电缆另一端固定在地面的卷收器上,通过卷收电缆可回收蛇形机器人。
进一步的,单片机设置有通信串口,通信串口和计算机连接,单片机仅用于连接传感器和接收传感器信号,水质检测器检测的信息数据经单片机接收后传给计算机,计算机进行深度处理,对数据进行分析计算,这样提高了处理效率,计算完成后再将指令信息传给单片机,经由单片机发出指令使相应的水泵工作。
进一步的,所述的电缆包含内部管道、电缆夹层,内部管道中空,电缆夹层内设置供给蛇形机器人电流的电线和进行数据传输的数据线束;所述的蛇形机器人上设置有喷孔,电缆包含的内部管道一端和喷孔连接,电缆包含的内部管道另一端和四号水泵连接,四号水泵抽取酸化处理池、沼气池的液体或者其它营养液精确的对土壤进行处理和施肥。
进一步的,蛇形机器人的数据导入中央控制器,所述的中央控制器为单片机或者电脑中的一种,具体采用现有装置和技术,中央控制器控制四号水泵,当蛇形机器人检测到某处土壤盐碱度较高时,中央控制器控制四号水泵抽取酸性处理液对土壤进行定点处理。
进一步的,所述的蛇形机器人内部设置有GPRS, 蛇形机器人的数据导入中央控制器,所述的中央控制器为单片机或者电脑中的一种,具体采用现有装置和技术,中央控制器能够根据蛇形机器人采集的数据绘制每个点位的酸碱度,并对土壤酸碱度进行定点监测,当某处突然盐碱度突然增高有可能是土壤中的优质加厚地膜破裂,可帮助人为进行修复。
进一步的,所述的蛇形机器人采用现有技术,所述的电缆接到蛇形机器人尾部;蛇形机器人采用内部的控制器控制,或者通过电缆与外部的中央控制器控制;或者采用蛇形机器人内部控制器和外部的中央控制器共同控制;所述的壤酸碱度传感器设置在蛇形机器人头部的外表面且避开钻头,壤酸碱度传感器与蛇形机器人内部控制器连接并进行数据传输,蛇形机器人内部的控制器能够采集并分析壤酸碱度传感器采集的信号,并将分析数据传回外部中央控制器;所述的蛇形机器人的控制、数据采集和传输采用现有技术。
进一步的,所述的喷孔设置在蛇形机器人外表面且避开钻头,喷孔与电缆内部的内部管道连接。因管道连接喷孔的技术手段为本技术领域的常用技术手段,这里不再赘述。
进一步的,蛇形机器人头部的外表面还设置有土壤湿度传感器,且土壤湿度传感器避开钻头,土壤湿度传感器与蛇形机器人内部控制器连接并进行数据传输,蛇形机器人内部的控制器能够采集并分析土壤湿度传感器采集的信号,并将分析数据传回外部中央控制器;土壤湿度传感器能够监测土壤湿度。
一种改良盐碱地土质系统,其控制方法包括如下步骤:
步骤1.在盐碱地上,当下雨或浇水时,水渗入到土壤里,水往下渗透的时候,会与一部分土壤的盐碱相混合,当水渗入到优质加厚地膜时,水顺着地膜倾斜的角度往下流入到酸化处理池内。
步骤2.酸化处理池对混合物进行处理,水质检测器检测水质,,检测数据经由后台计算机计算分析,当检测到处理不完全时,单片机控制二号水泵启动使混合物进入沼气池进行二次处理,处理完毕后,单片机控制三号水泵使启动处理后的水进入喷洒装置,使其喷洒到地面上,当检测处理完毕时,则单片机直接控制一号水泵通入喷洒装置进行喷洒。
步骤3.处理后的水在地面上进行喷洒,对地面上的作物进行浇灌,由此在改良土壤的同时,还可使水进行循环利用。
步骤4.蛇形机器人依靠头部的钻头钻入土壤里,随机在土壤里移动,移动的同时,可采集土壤里的盐碱度数据,采集的数据通过电缆传输至计算机,通过该数据可分析土壤的改良程度,电缆另一端固定在卷收器上,通过卷收电缆可回收蛇形机器人。
本发明的工作原理是:在盐碱地上,当下雨或浇水时,水渗入到土壤里,水往下渗透的时候,会与一部分土壤的盐碱相混合,当水渗入到优质加厚地膜时,水顺着地膜倾斜的角度往下流入到酸化处理池内,酸化处理池对混合物进行处理,水质检测器检测水质,,检测数据经由后台计算机计算分析,当检测到处理不完全时,单片机控制二号水泵启动使混合物进入沼气池进行二次处理,处理完毕后,单片机控制三号水泵使启动处理后的水进入喷洒装置,使其喷洒到地面上,当检测处理完毕时,则单片机直接控制一号水泵通入喷洒装置进行喷洒,处理后的水在地面上进行喷洒,对地面上的作物进行浇灌,由此在改良土壤的同时,还可使水进行循环利用,蛇形机器人钻入土壤里,在土壤里移动,采集土壤里的盐碱度数据,采集的数据通过电缆传输至计算机,通过该数据可分析土壤的改良程度,通过卷收器卷收电缆可将其回收。
本发明的有益效果是:本发明可改良盐碱地的土壤性质,通过酸化处理池、沼气池的处理,可有效去除水中所带有的有害物质,同时土壤里放有装有脱硫石膏的废旧矿泉水瓶,两者相结合可更有效地改良土地性质;土壤中未被吸收的水,会夹带着部分盐碱到处理池进行处理,处理完毕后,又可将处理后的水进行喷洒浇灌到地面的作物上,实现对水的循环利用;该系统采用全自动化,无需人员操作,通过控制模块计算数据,然后再控制装置运作,实现全过程自动化处理;可充分体现绿色环保、可持续发展原则,适应现代的发展,可大力提倡。
附图说明
图1为本发明的整体结构图;
图2为本发明的卷收器回收蛇形机器人原理图;
图3为本发明的电缆横截面图;
图4为本发明的部分电路逻辑图;
图5为本发明的单片机部分控制逻辑图;
图6为本发明的四号水泵控制逻辑图。
图中各标号为1-优质加厚地膜;2-酸化处理池;201-网架;3-水质检测器;4-管道;5-一号水泵;6-二号水泵;7-三号水泵;8-沼气池;9-废弃矿泉水瓶;10-蛇形机器人;1001-电缆;1002-内部管道;1003-电线;1004-数据线束;11-卷收器;12-喷洒装置;13-单片机。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施例,对本发明作进一步说明:
如图所示,一种改良盐碱地土质系统,包括优质加厚地膜1、酸化处理池2、水质检测器3、管道4、一号水泵5、二号水泵6、三号水泵7、四号水泵、沼气池8、废弃矿泉水瓶9、蛇形机器人10、卷收器11、喷洒装置12、单片机13,水泵、水质检测器3、蛇形机器人10、卷收器11、单片机13,在盐碱地上,距地面以下至少两米处埋有一块优质加厚地膜1,优质加厚地膜1相对于地面为倾斜状态,优质加厚地膜1倾斜的最下方边缘处连接有一个酸化处理池2,当下雨后,雨水渗入土壤,雨水与部分盐碱混合,当渗入到地膜时,混合物可顺着地膜倾斜的角度进入酸化处理池2,酸化处理池2对混合物进行处理,同时里面设置有一个水质检测器3,可时刻检测水质,酸化处理池2连接两个管道4,每个管道4设有水泵,一个管道4连接地面上的喷洒装置12,另一个连接到沼气池8,沼气池8又连有一个设有水泵的管道4与喷洒装置12管道4相连,通过单片机13控制水泵来控制水的流向,沼气池8可对未净化完的混合物进行二次处理,喷洒装置12可喷洒处理后的水到地面上的作物上;废弃矿泉水瓶9随机埋在土壤中,瓶上戳有若干小洞,里面装有脱硫石膏;蛇形机器人10可钻入土壤检测土壤的酸碱度。
优质加厚地膜1采用现有材料,可防水,优质加厚地膜1埋在盐碱地地面以下至少两米的位置,从地下的纵断面来看,优质加厚地膜1相对于地面为倾斜状态,与竖直方向垂直,当地面上下雨或浇水时,水会渗入到土壤里,同时与土壤里的部分盐碱混合,当水往下渗入到优质加厚地膜1表面时,水和盐碱的混合物会顺着地膜倾斜的角度往下流,直到流入酸化处理池2。
水泵设有四个,分别为一号水泵5、二号水泵6、三号水泵7、四号水泵,一号水泵5设置于酸化处理池2与喷洒装置12的管道4中,二号水泵6设置于酸化处理池2和沼气池8之间的管道4中,三号水泵7设置于沼气池8与喷洒装置12之间的管道4中,四号水泵设置于电缆1001的内部管道1002和酸化处理池2、沼气池8之间,每个水泵单独受单片机13控制,通过控制水泵来控制水的流向;水泵工作原理:利用叶轮的高速旋转所产生的推力提水,轴流泵叶片旋转时对水所产生的升力,可把水从下方推到上方,由于叶轮高速旋转,在叶片产生的升力作用下,连续不断的将水向上推压,使水沿出管道4流出,叶轮不断的旋转,水也就被连续压送到高处。
酸化处理池2位于优质加厚地膜1倾斜的底部边缘处,顶部装有一个网架201,网架201上设置有一层薄膜,可将水与泥土分开,防止水携带的泥土进入酸化处理池2,酸化处理池2连接两个管道4,每个管道4设有水泵,一个管道4连接地面上的喷洒装置12,另一个连接到沼气池8,沼气池8为完全封闭,酸化处理池2里设有脱硫石膏,当水和盐碱的混合物流到此处时,利用脱硫石膏对混合物进行绿色处理,可去除混合物的有害物质,脱硫石膏的主要成分为硫酸钙,可使钙离子代换钠离子,去除混合物的碱性,同时池里设有水质检测器3,时刻检测水质情况,检测的数据经过计算机进行计算分析,当检测到水中有害物质已除去,达到安全的标准,则单片机13控制一号水泵5启动,使处理后的水到达喷洒装置12,可喷洒到地面的作物上;当检测到水中的有害物质无法完全除去,单片机13控制二号水泵6启动,使酸化处理池2里的混合物进入沼气池8,沼气池8内同样设有一个水质检测器3,时刻检测水质,检测的数据由后台计算机进行计算分析,进入沼气池8的混合物会一直发酵,直到有害物质除去,当检测到沼气池8内的水已达到安全标准时,单片机13控制三号水泵7启动,使水到达喷洒装置12,可喷洒到地面的作物上。
盐碱地土壤里埋有废旧矿泉水瓶,在位于地面以下一米左右的位置随机放置,废旧矿泉水瓶的瓶身戳有若干小洞,瓶里装有脱硫石膏,可对土壤里的盐碱进行净化处理;利用此装置可在一定程度上改良土壤性质,通过与酸化处理池2、沼气池8相结合共同改良土壤,使得改良过程更为有效。
蛇形机器人10设有若干个,蛇形机器人10头部设置有一个钻头,尾部连有电缆1001,通过电缆1001来供电,同时电缆1001可传输数据,通电后,蛇形机器人10可依靠头部的钻头钻入土壤里,随机在土壤里移动,移动的同时,可采集土壤里的盐碱度数据,采集的数据通过电缆1001传输至计算机,通过该数据可分析土壤的改良程度,电缆1001另一端固定在地面的卷收器11上,通过卷收电缆1001可回收蛇形机器人10。
单片机13设置有通信串口,通信串口和计算机连接,单片机13仅用于连接传感器和接收传感器信号,水质检测器3检测的信息数据经单片机13接收后传给计算机,计算机进行深度处理,对数据进行分析计算,这样提高了处理效率,计算完成后再将指令信息传给单片机13,经由单片机13发出指令使相应的水泵工作。
所述的电缆1001包含内部管道1002、电缆夹层,内部管道1002中空,电缆1001夹层内设置供给蛇形机器人10电流的电线1003和进行数据传输的数据线束1004;所述的蛇形机器人10上设置有喷孔,电缆1001包含的内部管道1002一端和喷孔连接,电缆1001包含的内部管道1002另一端和四号水泵连接,四号水泵抽取酸化处理池2、沼气池8的液体或者其它营养液精确的对土壤进行处理和施肥。
蛇形机器人10的数据导入中央控制器,所述的中央控制器为单片机13或者电脑中的一种,具体采用现有装置和技术,中央控制器控制四号水泵,当蛇形机器人10检测到某处土壤盐碱度较高时,中央控制器控制四号水泵抽取酸性处理液对土壤进行定点处理。
所述的蛇形机器人10内部设置有GPRS, 蛇形机器人10的数据导入中央控制器,所述的中央控制器为单片机13或者电脑中的一种,具体采用现有装置和技术,中央控制器能够根据蛇形机器人10采集的数据绘制每个点位的酸碱度,并对土壤酸碱度进行定点监测,当某处突然盐碱度突然增高有可能是土壤中的优质加厚地膜1破裂,可帮助人为进行修复。
所述的蛇形机器人10采用现有技术,所述的电缆接到蛇形机器人10尾部;蛇形机器人10采用内部的控制器控制,或者通过电缆1001与外部的中央控制器控制;或者采用蛇形机器人10内部控制器和外部的中央控制器共同控制;所述的土壤酸碱度传感器设置在蛇形机器人10头部的外表面,土壤酸碱度传感器与蛇形机器人10内部控制器连接并进行数据传输,蛇形机器人10内部的控制器能够采集并分析土壤酸碱度传感器采集的信号,并将分析数据传回外部中央控制器;所述的蛇形机器人10的控制、数据采集和传输采用现有技术。
所述的喷孔设置在蛇形机器人10外表面,喷孔与电缆内部的内部管道1002连接。因管道连接喷孔的技术手段为本技术领域的常用技术手段,这里不再赘述。
蛇形机器人10头部的外表面还设置有土壤湿度传感器,土壤湿度传感器与蛇形机器人10内部控制器连接并进行数据传输,蛇形机器人10内部的控制器能够采集并分析土壤湿度传感器采集的信号,并将分析数据传回外部中央控制器;土壤湿度传感器能够监测土壤湿度。
如图4所示,该仪器所用芯片型号为AT89C51。时钟电路:晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号,通常一个系统公用一个晶振,以使各部分保持同步;两个谐振电容大小取决于晶振的负载电容值,作用是滤除干扰;复位电路:为了保障单片机13运行,给单片机13增加复位电路。复位电路有以下功能:上电复位可以对内部存储器进行复位、同步内外的时钟信号、电压波动或不稳定时,复位电路给电路延时直到电路稳定、当程序出错时通过复位电路使单片机13恢复正常运行状态;蛇形机器人10由正反转直流电机和L298芯片组成。其中L298芯片为电机驱动芯片,用于驱动电机工作;卷收器11由转动马达组成,需要将蛇形机器人10拉回时转动马达正向转动,蛇形机器人10需要发送时马达反向转动。过程描述:混合物在酸化处理池2中经处理后,可以经水泵到达地面的喷洒装置12,也可以经水泵到达沼气池8,再由水泵到达喷洒装置12。酸化处理池2的水质检测器3检测到处理不完全时,到达沼气池8的水泵启动,将混合物送达沼气池8进行二次处理,然后再到达喷洒装置12;处理完全时直接启动酸化处理池2与喷洒装置12之间的水泵,使混合物直接到达喷洒装置12。另有蛇形机器人10可探入土壤检测盐碱度,由卷收器11控制发送与回收。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的构思和保护范围进行限定,在不脱离本发明构思的前提下,本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应在本发明的保护范围之内。