CN109743944A - 一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业灌溉技术领域，公开了一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法，包括混肥桶、监测机构和控制柜；监测肥液的电导率和酸碱度和温室环境，并根据其监测数据调节电磁阀的开合程度，控制各肥液离子的浓度，同时补充灌溉水。本发明应用于封闭式栽培系统，将灌溉和施肥结合起来，同时根据植物生长阶段和温室环境进行适应性调节肥料配比，达到节水节肥和保障农产品品质的目的。

Description

一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法

技术领域

本发明涉及农业灌溉设备技术领域，特别是涉及一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法。

背景技术

随着农业现代化的发展，灌溉施肥系统在发展设施农业、节水农业和生态农业等方面的重要性日益突出。作物生长所需的营养由营养液提供，营养液供给装置需要能够自动、实时配比和调节营养液成分，日光温室内小气候对作物的生长具有很大的影响，不同的环境下，营养液的供给方案也不相同，要保证营养液的精确供给，为了实现节水、节肥和保护环境的目的，多余的营养液要进行回收并实现循环利用，所以需要构建一个营养液的循环利用的封闭式栽培系统。水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化营养液调控型装备，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量，浸润作物根系发育生长区域，使主要根系基质始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的蔬菜的需肥特点，土壤环境和养分含量状况；蔬菜不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。针对当前日光温室生产中用水效率普遍偏低、肥料使用量较高的问题，有必要对水肥一体化营养液灌溉技术进行深入研究，开发出适合中国具体情况的，低成本的水肥一体化营养液调控技术和装备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法，解决现有技术中当前日光温室生产中无法根据植物生长阶段和温室环境进行适应性调节肥料配比，肥料使用量较高和用水效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，包括：

混肥桶，所述混肥桶设有进水管道、肥料母液进口和出肥管道；

监测机构，包括EC传感器、pH传感器、温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器，所述EC传感器和pH传感器设于所述混肥桶，用于监测肥液的电导率和酸碱度，所述温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器分别用于监测温室环境的气温、湿度和光照强度；

控制柜，包括电磁阀、EC值模块、pH值模块、温室环境模块和控制模块，所述电磁阀设于所述肥料母液进口，所述EC值模块和pH值模块分别用于接收所述EC传感器和pH传感器的监测数据，所述温室环境模块用于接收所述温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器的监测数据，所述控制模块根据所述EC值模块、pH值模块和温室环境模块的监测数据控制所述电磁阀的开合。

其中，还包括高位浮球液位控制器，所述高位浮球液位控制器包括浮球、隔膜阀和软管，所述浮球设于所述混肥桶内顶部，并通过所述软管与所述隔膜阀连接，所述隔膜阀设于所述进水管道。

其中，还包括低位浮子液位控制器，所述低位浮子液位控制器包括浮子、水泵和软管，所述浮子设于所述混肥桶内底部，并通过所述软管与所述水泵连接，所述水泵设于所述出肥管道。

其中，还包括文丘里吸肥器和流量计，所述电磁阀为三通电磁阀，所述三通电磁阀包括第一进液端、第二进液端和一个出液端；所述第一进液端与肥料母液连通，所述第二进液端通过所述流量计与所述文丘里吸肥器连接，所述出液端与所述肥料母液进口连接，所述出肥管道和所述文丘里吸肥器连接，用于给所述文丘里吸肥器提供吸肥负压，所述文丘里吸肥器的出口端与所述进水管道连接。

其中，还包括第一压力表、第二压力表和真空表，所述第一压力表用于测量所述进水管道压力，所述第二压力表用于测量所述出肥管道压力，所述真空表用于测量所述文丘里吸肥器的真空负压值。

其中，还包括活接球阀，所述活接球阀设于所述出肥管道和所述文丘里吸肥器之间。

其中，所述EC传感器和pH传感器均为两套，还包括设于所述肥料母液进口的自循环控制阀。

本发明还公开一种日光温室水肥一体智能调控方法，其特征在于，包括：

S1、EC传感器监测混肥桶内肥液电导率，并反馈给EC值模块，pH传感器监测混肥桶内肥液酸碱度，并反馈给pH值模块，温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器分别监测温室环境的气温、湿度和光照强度，并反馈给温室环境模块；

S2、开启电磁阀，并利用控制模块根据EC值模块、pH值模块和温室环境模块的监测数据控制所述电磁阀的开合；

S3、肥料母液通过电磁阀由肥料母液进口通入混肥桶，灌溉水由进水管道通入混肥桶，肥液由出肥管道从混肥桶流出。

其中，还包括高位浮球液位控制器和低位浮子液位控制器；当液位高于浮球预设位置时，关闭隔膜阀，停止进水；当液位高度低于浮子预设位置时，关闭水泵，停止排出肥液；当液位处于浮球位置与浮子位置之间时，开启隔膜阀和水泵，持续进水和排出肥液。

其中，还包括文丘里吸肥器、三通电磁阀和流量计；由肥料母液进口的水泵给所述文丘里吸肥器提供负压，所述文丘里吸肥器从肥料母液进口吸取肥料母液后，汇入进水管道。

(三)有益效果

本发明提供的一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法，应用于封闭式栽培系统，将灌溉和施肥结合起来，同时根据植物生长阶段和温室环境进行适应性调节肥料配比，达到节水节肥和保障农产品品质的目的。

附图说明

图1为本发明一种日光温室水肥一体智能调控系统的第一立体图；

图2为本发明一种日光温室水肥一体智能调控系统的第二立体图；

图3为本发明一种日光温室水肥一体智能调控系统的第三立体图；

图中，1、底座支架；2、控制柜；3、触控屏；4、混肥桶；5、EC传感器；6、pH传感器；7、浮子；8、浮球；9、出肥管道；10、隔膜阀；11、水泵；12、自循环控制阀；13、活接球阀；14、文丘里吸肥器；15、电磁阀；16、流量计；17、第一压力表；18、真空表；19、第二压力表；20、显示屏；21、触控计算机；22、文丘里吸肥器进水口；23、进肥管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

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“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2和图3所示，本发明公开一种日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，包括：

混肥桶4，所述混肥桶4设有进水管道、肥料母液进口和出肥管道9；

监测机构，包括EC传感器5(电导率传感器)、pH传感器6、温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器，所述EC传感器5和pH传感器6设于所述混肥桶4，用于监测肥液的电导率和酸碱度，所述温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器分别用于监测温室环境的气温、湿度和光照强度；

控制柜2，包括电磁阀15、EC值模块、pH值模块、温室环境模块和控制模块，所述电磁阀15设于所述肥料母液进口，所述EC值模块和pH值模块分别用于接收所述EC传感器5和pH传感器6的监测数据，所述温室环境模块用于接收所述温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器的监测数据，所述控制模块根据所述EC值模块、pH值模块和温室环境模块的监测数据控制所述电磁阀15的开合。

具体的，本发明还包括底座支架1，其为铝合金材质，两两铝合金段通过三角连接件连接，螺丝稳固，用于固定和支撑本系统。本发明还包括交互系统，并与控制柜通信连接，其包括触控屏3、显示屏20和触控计算机21，方便人工操作。本发明的控制模块包括预先设定好的程序，用于判断肥液电导率、酸碱度和温室环境以控制电磁阀的开合程度，实现控制母液的抽取频率和时间，以精确调控营养液的各离子浓度。计算机、无线传输模块、EC和pH值模块和控制模块通过RS-485总线和I2C总线连接。通过EC、pH值来表征，根据作物的每个不同生长周期按照配方精确调控营养液；通过将环境模块和控制模块以及EC和pH值模块一体化集成于控制柜，实现了智能灌溉。本发明中的各管路均选用PVC材质管路，耐压防腐。

本发明提供的一种日光温室水肥一体智能调控系统，应用于封闭式栽培系统，将灌溉和施肥结合起来，同时根据植物生长阶段和温室环境进行适应性调节肥料配比，达到节水节肥和保障农产品品质的目的。

其中，还包括高位浮球8液位控制器，所述高位浮球8液位控制器包括浮球8、隔膜阀10和软管，所述浮球8设于所述混肥桶4内顶部，并通过所述软管与所述隔膜阀10连接，所述隔膜阀10设于所述进水管道。

其中，还包括低位浮子7液位控制器，所述低位浮子7液位控制器包括浮子7、水泵11和软管，所述浮子7设于所述混肥桶4内底部，并通过所述软管与所述水泵11连接，所述水泵11设于所述出肥管道9。

当液位高于浮球8预设位置时，利用机械原理，关闭隔膜阀10，停止进水；当液位高度低于浮子7预设位置时，利用机械原理，关闭水泵11，停止排出肥液；当液位处于浮球8位置与浮子7位置之间时，开启隔膜阀10和水泵11，持续进水和排出肥液。同时利用高位浮球8液位控制器和低位浮子7液位控制器可以保持混肥桶4内的液面保持在一定水位范围内，防止混肥桶4内水量过多或过少，同时利用隔膜阀和水泵还能保持混肥桶4内的压力稳定。

其中，还包括文丘里吸肥器14和流量计16，所述电磁阀15为三通电磁阀，所述三通电磁阀包括第一进液端、第二进液端和一个出液端；所述第一进液端与肥料母液连通，所述第二进液端通过所述流量计16与所述文丘里吸肥器14连接，所述出液端与所述肥料母液进口连接，所述出肥管道9和所述文丘里吸肥器14连接，用于给所述文丘里吸肥器14提供吸肥负压，如图1所示，文丘里吸肥器进水口22在其上端并与水泵连接，所述文丘里吸肥器14的出口端与所述进水管道连接。具体的，文丘里吸肥器14下端有接口，工作时，利用软管图中未示出与流量计16连通，在文丘里吸肥器中进行第一次混合，其中，出肥管道9中的肥液与进水管道的灌溉水形成浓度差和压强差，驱动文丘里吸肥器吸肥，并汇入进水管道，在混肥桶4中进行第二次混合。优选地，设有五个外置吸肥桶通过五个三通电磁阀与五个流量计16相连，五个流量计16通过软管连接文丘里吸肥器14吸肥腔下部吸肥口，五个进肥管路23汇聚通入肥料母液进口，构成一体式吸肥装置。其中，一路设置酸液，其余四路设置营养液。优选地，文丘里吸肥器14为复合式吸肥装置。流量计16用于监测各个肥料母液的流量，以便通过控制模块控制电磁阀15的开合程度。三通电磁阀材质为PPS(聚苯硫醚)，密封材料为FPM(氟橡胶)，能适应营养液与酸液的工作环境。

其中，还包括第一压力表17、第二压力表19和真空表18，所述第一压力表17用于测量进水管道压力，所述第二压力表19用于测量出肥管道9压力，所述真空表18用于测量所述文丘里吸肥器14的真空负压值。为了便于观察，将第一压力表17、第二压力表19和真空表18并排设置在底座支架1的顶部。

其中，还包括活接球阀13，所述活接球阀13设于所述出肥管道9和所述文丘里吸肥器14之间，可实现手动控制，混肥桶4底部还设有活接球阀的排水口。

其中，所述EC传感器5和pH传感器6均为两套，用于求营养液电导率和酸碱度平均值减小误差和有效性的相互验证；还包括设于所述肥料母液进口的自循环控制阀12；当需要吸肥时，打开三通电磁阀与肥料桶相连的阀门，此时自循环控制阀12关闭，此时水泵11出水口流向文丘里吸肥器从而为文丘里吸肥器提供吸取肥料所需的负压，从而实现吸肥调节EC、pH的作用，当EC、pH稳定时，此时关闭三通电磁阀与肥料桶相连的部分，打开三通电磁阀15与混肥桶相连部分的阀门，从而实现清洗流量计16以及混肥更加均匀的作用；当打开自循环控制阀12时，此时文丘里负压不足，此时无法吸肥，机器自循环，用来监测机器性能。

本发明还公开一种日光温室水肥一体智能调控方法，其特征在于，包括：

S1、EC传感器监测混肥桶内肥液电导率，并反馈给EC值模块，pH传感器监测混肥桶内肥液酸碱度，并反馈给pH值模块，温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器分别监测温室环境的气温、湿度和光照强度，并反馈给温室环境模块；

S2、开启电磁阀，并利用控制模块根据EC值模块、pH值模块和温室环境模块的监测数据控制所述电磁阀的开合；

S3、肥料母液通过电磁阀由肥料母液进口通入混肥桶，灌溉水由进水管道通入混肥桶，肥液由出肥管道从混肥桶流出。

为实现与硬件的核心系统交互，设计了水肥一体化系统的上位机软件，上位机软件通过USB接口与下位机硬件核心控制器相连进行交互。上位机软件包括：

(1)参数设定。用户可根据实际需求对灌溉程序，配肥程序进行设定，根据控制效果改变PID参数。

(2)手动与自动的控制。软件通过按钮与自动程序实现对各个电磁阀的控制

(3)实时检测系统所需参数，动态显示EC、pH传感器的数值。

(4)预留数据库接入接口，以备后期加入数据库功能。

本发明公开一种日光温室水肥一体智能调控系统方法，应用于封闭式栽培系统，将灌溉和施肥结合起来，同时根据植物生长阶段和温室环境进行适应性调节肥料配比，达到节水节肥和保障农产品品质的目的。

其中，还包括高位浮球液位控制器和低位浮子液位控制器；当液位高于浮球预设位置时，关闭隔膜阀，停止进水；当液位高度低于浮子预设位置时，关闭水泵，停止排出肥液；当液位处于浮球位置与浮子位置之间时，开启隔膜阀和水泵，持续进水和排出肥液。

其中，还包括文丘里吸肥器、三通电磁阀和流量计；由肥料母液进口的水泵给所述文丘里吸肥器提供负压，所述文丘里吸肥器从肥料母液进口吸取肥料母液后，汇入进水管道。

本发明公开的一种日光温室水肥一体智能调控系统及其方法，应用于封闭式栽培系统，将灌溉和施肥结合起来，同时根据植物生长阶段和温室环境进行适应性调节肥料配比，达到节水节肥和保障农产品品质的目的；能够根据混肥桶内液位高度进行补水和排液；还能够利用文丘里吸肥器进行肥液的一次混合；使本发明更具智能化，混肥效率更高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，包括：

混肥桶(4)，所述混肥桶(4)设有进水管道、肥料母液进口和出肥管道(9)；

监测机构，包括EC传感器(5)、pH传感器(6)、温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器，所述EC传感器(5)和pH传感器(6)设于所述混肥桶(4)，用于监测肥液的电导率和酸碱度，所述温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器分别用于监测温室环境的气温、湿度和光照强度；

控制柜(2)，包括电磁阀(15)、EC值模块、pH值模块、温室环境模块和控制模块，所述电磁阀(15)设于所述肥料母液进口，所述EC值模块和pH值模块分别用于接收所述EC传感器(5)和pH传感器(6)的监测数据，所述温室环境模块用于接收所述温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器的监测数据，所述控制模块根据所述EC值模块、pH值模块和温室环境模块的监测数据控制所述电磁阀(15)的开合。

2.如权利要求1所述的日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，还包括高位浮球(8)液位控制器，所述高位浮球(8)液位控制器包括浮球(8)、隔膜阀(10)和软管，所述浮球(8)设于所述混肥桶(4)内顶部，并通过所述软管与所述隔膜阀(10)连接，所述隔膜阀(10)设于所述进水管道。

3.如权利要求1所述的日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，还包括低位浮子(7)液位控制器，所述低位浮子(7)液位控制器包括浮子(7)、水泵(11)和软管，所述浮子(7)设于所述混肥桶(4)内底部，并通过所述软管与所述水泵(11)连接，所述水泵(11)设于所述出肥管道(9)。

4.如权利要求1所述的日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，还包括文丘里吸肥器(14)和流量计(16)，所述电磁阀(15)为三通电磁阀，所述三通电磁阀包括第一进液端、第二进液端和一个出液端；所述第一进液端与肥料母液连通，所述第二进液端通过所述流量计(16)与所述文丘里吸肥器(14)连接，所述出液端与所述肥料母液进口连接，所述出肥管道(9)和所述文丘里吸肥器(14)连接，用于给所述文丘里吸肥器(14)提供吸肥负压，所述文丘里吸肥器(14)的出口端与所述进水管道连接。

5.如权利要求4所述的日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，还包括第一压力表(17)、第二压力表(19)和真空表(18)，所述第一压力表(17)用于测量所述进水管道压力，所述第二压力表(19)用于测量所述出肥管道(9)压力，所述真空表(18)用于测量所述文丘里吸肥器(14)的真空负压值。

6.如权利要求4所述的日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，还包括活接球阀(13)，所述活接球阀(13)设于所述出肥管道(9)和所述文丘里吸肥器(14)之间。

7.如权利要求4所述的日光温室水肥一体智能调控系统，其特征在于，所述EC传感器(5)和pH传感器(6)均为两套，还包括设于所述肥料母液进口的自循环控制阀(12)。

8.一种日光温室水肥一体智能调控方法，其特征在于，包括：

S1、EC传感器监测混肥桶内肥液电导率，并反馈给EC值模块，pH传感器监测混肥桶内肥液酸碱度，并反馈给pH值模块，温室气温传感器、温室湿度传感器和温室光照强度传感器分别监测温室环境的气温、湿度和光照强度，并反馈给温室环境模块；

S2、开启电磁阀，并利用控制模块根据EC值模块、pH值模块和温室环境模块的监测数据控制所述电磁阀的开合；

S3、肥料母液通过电磁阀由肥料母液进口通入混肥桶，灌溉水由进水管道通入混肥桶，肥液由出肥管道从混肥桶流出。

9.如权利要求8所述的日光温室水肥一体智能调控方法，其特征在于，还包括高位浮球液位控制器和低位浮子液位控制器；当液位高于浮球预设位置时，关闭隔膜阀，停止进水；当液位高度低于浮子预设位置时，关闭水泵，停止排出肥液；当液位处于浮球位置与浮子位置之间时，开启隔膜阀和水泵，持续进水和排出肥液。

10.如权利要求8所述的日光温室水肥一体智能调控方法，其特征在于，还包括文丘里吸肥器、三通电磁阀和流量计；由肥料母液进口的水泵给所述文丘里吸肥器提供负压，所述文丘里吸肥器从肥料母液进口吸取肥料母液后，汇入进水管道。