CN109618633B - 高密植果树微喷系统 - Google Patents

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Abstract

高密植果树微喷系统，涉及一种在高密植果树种植中高效浇水、施肥的精确控制微喷系统，属于农业灌溉技术及精确自动控制技术领域。本发明高密植果树微喷系统，包括微喷装置及其控制系统，微喷装置包括均压浇水管路和均压施肥管路。本发明克服了高密植果园滴灌浇水植被根茎太深存在的不足，采用了均压灌溉，克服了传统微喷管失压的弊端。同时控制系统实测土壤湿度及含肥量，实现了灌溉的精确控制和按需灌溉，节约了水资源，同时提高了灌溉效率。

Description

高密植果树微喷系统
技术领域
本发明涉及一种在高密植果树种植中高效浇水、施肥的精确控制微喷系统，属于农业灌溉技术及精确自动控制技术领域。
背景技术
在高密植果树种植过程中，果树需要大量水分与养分。目前在果树生产和农业科学实验中，对高密植果树施水、施肥主要采用的是微喷装置，其供水、供肥的控制系统种类较多，基本上满足了一定的需求。但仍然存在着一些问题，例如，浇水、施肥方式过于单一，在很大程度上浪费了宝贵的水资源，同时增加了种植成本。浇水、施肥比例不好掌控，使得水肥比例不均匀且不易调节，很难达到最佳效果；再者，其自动化程度较低，造成效率低下，无法实现对浇水、施肥系统的精确控制。因此就需要一种对高密植果树微喷装置实现精确控制的自动化系统，并采取合理的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对高密植果树微喷装置实现精确控制的自动化系统，提出合理的控制方法，以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明高密植果树微喷系统，包括微喷装置及其控制系统，其特征在于微喷装置包括均压浇水管路和均压施肥管路，其中：
均压浇水管路和均压施肥管路具有各自的储水池和肥料池，均通过主管道，经带供电电源的加压泵施压后，再通过分路管道和支路管道，由微喷设备进行灌溉；主管道、分路管道和支路管道上设置了相应的开关阀；
微喷设备的控制系统包括土壤湿度检测仪、土壤养分检测仪、数据采集装置、数据传输装置、终端PC机及控制装置，它们之间通过电性连接；
系统实施步骤如下：
S1：土壤湿度检测仪或土壤养分检测仪分别检测土壤中的含水量或含肥量；
S2：所测的含水量或含肥量由数据采集装置采集后，通过数据传输装置输入终端PC机，由终端PC机完成测量的数值和设定指标的比对，并判断是否需要浇水或施肥；
S3：如需要，终端PC机则按如下公式计算灌溉水量Q1和施肥量Q2：
Figure GDA0002833232900000021
Q1为灌溉水量(单位：m3/667m2)；h1为计划灌溉的土壤深度(单位：cm)；d为土壤容重(单位：g/cm3)；c1为高密植果园持水量，以占干土重的百分比来表示，取其分母；W1(T)为高密植果园土壤湿度/含水量灌溉指标警戒值；
Figure GDA0002833232900000022
Q2为施肥量(单位：m3/667m2)；h2为计划施肥的土壤深度(单位：cm)；d为土壤容重(单位：g/cm3)；c2为高密植果园的水肥含量，以占干土重的百分比来表示，取其分母；W2(T)为高密植果园土壤养分指标警戒值；
S4：计算完成灌溉水量Q1和施肥量Q2，控制装置开启主管道、分路管道和支路管道上的开关阀进行灌溉或是施肥。
控制系统中的电性连接是有线连接或是无线连接。
所述的控制系统中还包括显示器，与终端PC机电连接，显示控制过程中的数据信息。
本发明克服了高密植果园滴灌浇水植被根茎太深存在的不足，滴灌方法浇灌时，水和肥料等靠渗透的方式进行扩散传播，其根茎深度为70-80cm，造成主根系供水不足；如果需要满足主根系供水，要耗费更多水资源。而高密植果园一般要求主根系深度为30～40cm，促进植被对肥料等的吸收。与此同时，该方法采用了均压灌溉，克服了传统微喷管失压的弊端。同时控制系统实测土壤湿度及含肥量，实现了灌溉的精确控制和按需灌溉，节约了水资源，同时提高了灌溉效率。
附图说明
图1为实施例1微喷装置结构示意图；
图2直立和悬挂微喷头结构示意图；
图3控制系统结构原理图；
图4浇水控制系统逻辑框图；
图5施肥控制系统逻辑框图。
其中，1-储水池、2-主管道、3-加压泵、4-流量计、5-肥料池、6-开关阀、7-过滤器、8-单向阀、9-定量螺杆泵、10-排气阀、11-主管道三通、12-分路开关阀、13-分路管道、14-支路管道、15-支路管道开关阀、16-微喷管、17-微喷头、18-微喷管固定支架、19-捆绑带、20-支管三通阀门、21-悬挂微喷管支架、22-支管挂钩、23-直立微喷管支架、24-直立微喷管捆绑带、25-土壤湿度检测仪、26-土壤养分检测仪、27-数据采集装置、28-数据传输装置、29-显示器、30-终端PC机、31-控制装置、32-微喷装置。
具体实施方式
实施例1：高密植果树微喷系统，包括微喷装置及其控制系统，微喷装置包括均压浇水管路和均压施肥管路。
均压浇水管路包括储水池1、加压泵3、流量计4，所述储水池通过主管道2与加压泵3连接，加压泵3与流量计4连接，流量计4与主管道2连接。
均压施肥管路包括肥料池5、过滤器7、定量螺杆泵9，所述肥料池5通过开关阀6与过滤器7连接，过滤器7通过单向阀8与定量螺杆泵9连接，定量螺杆泵9与主管道2连接。
均压浇水管路和均压施肥管路通过排气阀10以及主管道三通11与主管道2连接，主管道2通过分路开关阀12与分路管道13连接，分路管道13通过支路管道开关阀15与支路管道14连接，支路管道14与微喷管16连接，微喷管16与微喷头17连接。
主管道2直径Φ为100mm，可同时给4对并行分路管道13进行供给，支路管道14直径Φ为50mm；相邻一对垂直于主管道2的分路管道13间可同时均压供给4条支路管道14；每条微喷管16可负载60-70个微喷头17。微喷管16直径Φ为25mm，微喷头17微孔Φ为4mm。此时，可覆盖植被数约为2×4×60～2×4×70即480～560株。
或，主管道Φ为150mm，可同时给4对并行分路管道13进行供给，支路管道14直径Φ为75mm；相邻一对垂直于主管道2的分路管道13间可同时均压供给4条支路管道14；每条微喷管16可负载110-120个微喷头17。微喷管16直径Φ为32mm，微喷头17微孔Φ为4mm。此时，可覆盖植被数约为2×4×110～2×4×120(即880～960株)。
所述的两条并行分路管道13分别通过支路管道开关阀15分别与支路管道14连接，以此保证支路管道内压力均匀，实现均压灌溉。
微喷头支架有直立和悬挂两种形式，灌溉时直立和悬挂上下同时使用或交替使用。所述支路管道14有两个并行的支管三通阀门20，通过支管三通阀门20的控制来实现直立和悬挂微喷头的灌溉。
所述微喷管固定支架18、悬挂微喷管支架21，均用捆绑带19与支路管道14绑定，微喷管16悬挂在微喷管支架21上。
所述直立微喷管支架23通过支管挂钩22固定在支路管道14上，微喷管16由直立微喷管捆绑带24绑定在直立微喷管支架23上。
所述的微喷管16头部安装微喷头17。
控制系统包括土壤湿度检测仪25、土壤养分检测仪26、数据采集装置27、数据传输装置28、显示器29、终端PC机30、控制装置31。所述土壤湿度检测仪25、土壤养分检测仪26均与数据采集装置27电性连接，数据采集装置27与数据传输装置28电性连接，数据传输装置28与终端PC机30电性连接，显示器29与终端PC机30，控制装置31与终端PC机30电性连接，微喷装置32与控制装置31电性连接，由控制装置31对微喷装置32发送执行信号，实现控制。
控制装置31包含两种工作模式：
(1)单独浇水时，土壤湿度检测仪25实测土壤含水量，并计算灌溉水量，控制装置31根据所需灌溉水量，计算出灌溉时间t1；
(2)水肥混浇时，分为两个阶段，第一阶段为加肥阶段，通过土壤养分检测仪26实测植被含肥量，进而确定施肥量，即水和肥料的配比，控制装置31根据所需施肥量确定施肥时间t2；第二阶段是肥料清洗时间，当肥料添加完毕时，为了防止肥料等对管道产生影响，需对其进行清洗，控制装置31设定清洗时间t3，t3为管道输水循环一周期的1.5～2倍。
所述t1，t2，t3的计算方法采用灌溉时间(或施肥时间)＝灌溉水量(或施肥量)/管道横截面积，来计算。
所述加压泵3选取的型号为CM10-3变频加压泵。
所述过滤器7的内部设置有多重过滤网。
所述定量螺杆泵9选取的型号为FDZ-12SF。
所述土壤湿度检测仪25选取的型号为SIN-PH180。
所述土壤养分检测仪26选取的型号为SL-2D。
所述控制装置31的内部有集成控制芯片。
所述终端PC机30上外设有LED触控显示器29。
所述流量计4与控制装置31电性连接，选取的型号为LWGY9012。
所述每条支路管道14两端分别与两条并行分路管道13连接。
所述土壤湿度检测仪25、土壤养分检测仪26均埋在果树根部周围的土壤里，内部均有自备电源。
所述开关阀6、单向阀8、排气阀10、分路开关阀12、支路管道开关阀15均为电动阀门，均与控制装置31电性连接。
所述灌溉水量Q1的计算公式为
Figure GDA0002833232900000051
式中Q1为灌溉量(m3/667m2)；h1为计划灌溉的土壤深度(cm)；d为土壤容重(g/cm3)；c1为高密植果园持水量，以占干土重的百分比来表示，取其分母；W1(T)为高密植果园土壤湿度/含水量灌溉指标警戒值。
所述水肥组合的施肥量Q2的计算公式为
Figure GDA0002833232900000052
式中Q2是按照一定水肥比例配比的施肥量(m3/667m2)；h2为计划施肥的土壤深度(cm)；d为土壤容重(g/cm3)；c2为高密植果园的水肥含量，以占干土重的百分比来表示，取其分母；W2(T)为高密植果园土壤养分指标警戒值。
所述施肥量Q2的水肥比例以果树正常种植时所需的养分标准为依据进行配比。

Claims (3)

1.高密植果树微喷系统，包括微喷装置及其控制系统，其特征在于微喷装置包括均压浇水管路和均压施肥管路，其中：
均压浇水管路和均压施肥管路具有各自的储水池和肥料池，均通过主管道，经带供电电源的加压泵施压后，再通过分路管道和支路管道，由微喷设备进行灌溉；主管道、分路管道和支路管道上设置了相应的开关阀；
微喷设备的控制系统包括土壤湿度检测仪、土壤养分检测仪、数据采集装置、数据传输装置、终端PC机、显示器、控制装置；
所述土壤湿度检测仪、土壤养分检测仪均与数据采集装置电性连接，数据采集装置与数据传输装置电性连接，数据传输装置与终端PC机电性连接，显示器与终端PC机，控制装置与终端PC机电性连接，微喷装置与控制装置电性连接，由控制装置对微喷装置发送执行信号，实现控制；
系统实施步骤如下：
S1：土壤湿度检测仪或土壤养分检测仪分别检测土壤中的含水量或含肥量；
S2：所测的含水量或含肥量由数据采集装置采集后，通过数据传输装置输入终端PC机，由终端PC机完成测量的数值和设定指标的比对，并判断是否需要浇水或施肥；
S3：如需要，终端PC机则按如下公式计算灌溉水量Q1和施肥量Q2：
Figure FDA0002833232890000011
Q1为灌溉水量(单位：m3/667m2)；h1为计划灌溉的土壤深度(单位：cm)；d为土壤容重(单位：g/cm3)；c1为高密植果园持水量，以占干土重的百分比来表示，取其分母；W1(T)为高密植果园土壤湿度/含水量灌溉指标警戒值；
Figure FDA0002833232890000012
Q2为施肥量(单位：m3/667m2)；h2为计划施肥的土壤深度(单位：cm)；d为土壤容重(单位：g/cm3)；c2为高密植果园的水肥含量，以占干土重的百分比来表示，取其分母；W2(T)为高密植果园土壤养分指标警戒值；
S4：计算完成灌溉水量Q1和施肥量Q2，控制装置开启主管道、分路管道和支路管道上的开关阀进行灌溉或是施肥；
所述控制装置包含两种工作模式：
(1)单独浇水时，土壤湿度检测仪实测土壤含水量，并计算灌溉水量，控制装置根据所需灌溉水量，计算出灌溉时间t1；
(2)水肥混浇时，分为两个阶段，第一阶段为加肥阶段，通过土壤养分检测仪实测植被含肥量，进而确定施肥量，即水和肥料的配比，控制装置根据所需施肥量确定施肥时间t2；第二阶段是肥料清洗时间，当肥料添加完毕时，为了防止肥料等对管道产生影响，需对其进行清洗，控制装置设定清洗时间t3，t3为管道输水循环一周期的1.5～2倍。
2.如权利要求1所述的高密植果树微喷系统，其特征在于控制系统中的电性连接是有线连接或是无线连接。
3.如权利要求1所述的高密植果树微喷系统，其特征在于所述的控制系统中还包括显示器，与终端PC机电连接，显示控制过程中的数据信息。
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