CN109937667B - 一种精准施肥系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精准施肥系统。该施肥系统包括：进样装置、养分检测装置、控制装置以及施肥装置；进样装置、养分检测装置、以及施肥装置均与控制装置连接；进样装置用于吸取进样液，并进行反应；进样液包括氮试剂、磷试剂、钾试剂、营养液以及稀释液；养分检测装置与进样装置连接，用于对反应液进行比色，得到吸光度；控制装置用于控制进样装置中进样液的流入以及养分检测装置中光源波长的调节，还用于根据吸光度计算进样液中肥料的浓度，并根据肥料浓度向施肥装置发送施肥信号；施肥装置根据肥料信号进行施肥。本发明能够实现养分原位自动快速监测，并根据养分监测的数据进行精准施肥。

Description

一种精准施肥系统

技术领域

本发明涉及农业领域，特别是涉及一种精准施肥系统。

背景技术

随着现代农业的发展，水肥一体化技术推广迅速。该技术节水、省肥，符合国家生态文明建设的要求。由于人工成本的增加和经济作物园区化管理的发展，有利于规模化管理和节省人工成本的施肥机发展较快。但目前施肥机仅监测灌溉水或肥料溶液的EC值和pH值，上述两项指标并不能反映具体养分的供应量，对精准施肥的指导意义不大，并且目前的施肥机缺乏自动检测-施肥的反馈调节系统，无法精准控制施肥用量，限制了精准农业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种精准施肥系统，能够实现养分原位自动快速监测，并根据养分监测的数据进行精准施肥。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种精准施肥系统，所述施肥系统包括：进样装置、养分检测装置、控制装置以及施肥装置；所述进样装置、所述养分检测装置以及所述施肥装置均与所述控制装置连接；所述进样装置用于吸取进样液，并进行反应；所述进样液包括氮试剂、磷试剂、钾试剂、营养液以及稀释液；所述养分检测装置与所述进样装置连接，用于对反应液进行比色，得到吸光度；所述控制装置用于控制所述进样装置中进样液的流入以及所述养分检测装置中光源波长的调节，还用于根据所述吸光度计算所述进样液中肥料的浓度，并根据肥料浓度向所述施肥装置发送施肥信号；所述施肥装置根据所述肥料信号进行施肥。

可选的，所述进样装置包括：多个试剂瓶、营养液储存瓶、营养液进样泵、稀释液瓶、进液管、多通道柱塞泵、反应池、震荡器、加热器、温度监测器以及废液管；多个试剂瓶分别盛放氮试剂、磷试剂以及钾试剂；所述进样液通过进液管以及多通道柱塞泵进入到所述反应池进行反应；营养液通过营养液进样泵进入所述营养液储存瓶内；所述震荡器设置在所述反应池下方，用于对所述反应池进行震荡，使反应液混合均匀；所述加热器用于对所述反应池进行加热；所述温度监测器用于检测所述反应池内的温度；反应后的废液经所述废液管流出。

可选的，所述养分检测装置包括：光源、单色器、样品室、样品池以及检测器；所述光源发出的光经过单色器分解照射到样品池内，样品池设置在所述样品室内；所述反应液通过所述样品池的进样口进入所述样品池进行比色；比色后的废液通过所述样品池的出样口排出。

可选的，所述光源包括氘灯和钨灯，分别提供190～380和380～780nm波长的光线。

可选的，所述样品池为石英材质，所述样品池的光程为1-2mm。

可选的，所述施肥装置包括：肥料桶、混肥桶以及出水管；所述肥料桶中的肥料进入所述混肥桶中进行混合；混合后的肥料经出水管流出。

可选的，所述施肥装置还包括：进水管、第一电磁阀以及第一电磁流量计；当所述第一电磁阀打开时，灌溉水经过所述进水管流入，并经过所述出水管流出；所述电磁流量计还用于监测灌溉水的水量，当所述水量达到水量阈值时，第一电磁阀关闭。

可选的，所述肥料桶包括钾桶、氮桶、磷桶以及微量元素桶；每个桶与所述混肥桶之间依次设置有过滤器、第二电磁阀、第二电磁流量计以及吸肥泵；所述第二电磁流量计用于监测各桶流入混肥桶内的肥料的体积，当流入的肥料体积达到肥料体积阈值时，关闭第二电磁阀。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明能够实现养分原位自动快速监测，并把养分监测的数据提供给控制装置，控制装置控制施肥装置进行精准施肥。与传统的养分室内分析、人工配肥、施肥机施肥相比，该系统明显的缩短了测定周期，节省了人工，可以根据需求随用随测或者实时监测，有利于精准的养分供应，降低肥料的投入，提高利用率，维持环境健康，推动现代化农业的发展。本系统还能够同时测定营养液中的氮、磷、钾含量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例精准施肥系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种精准施肥系统，能够实现养分原位自动快速监测，并根据养分监测的数据进行精准施肥。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，该施肥系统包括：进样装置、养分检测装置、控制装置以及施肥装置。所述进样装置、所述养分检测装置以及所述施肥装置均与所述控制装置连接；所述进样装置用于吸取进样液，并进行反应；所述进样液包括氮试剂、磷试剂、钾试剂、营养液以及稀释液；所述养分检测装置与所述进样装置连接，用于对反应液进行比色，得到吸光度；所述控制装置用于控制所述进样装置中进样液的流入以及所述养分检测装置中光源波长的调节，还用于根据所述吸光度计算所述进样液中肥料的浓度，并根据肥料浓度向所述施肥装置发送施肥信号；所述施肥装置根据所述肥料信号进行施肥。

所述进样装置包括：多个试剂瓶、营养液储存瓶、营养液进样泵、稀释液瓶、进液管、多通道柱塞泵、反应池、震荡器、加热器、温度监测器以及废液管；多个试剂瓶分别盛放氮试剂、磷试剂以及钾试剂；所述进样液通过进液管以及多通道柱塞泵进入到所述反应池进行反应；营养液通过营养液进样泵进入所述营养液储存瓶内；所述震荡器设置在所述反应池下方，用于对所述反应池进行震荡，使反应液混合均匀；所述加热器用于对所述反应池进行加热；所述温度监测器用于检测所述反应池内的温度；反应后的废液经所述废液管流出。

钾试剂由四苯硼酸钠、甲醛、EDTA等组成，磷试剂包括钒钼酸铵、硫酸等，氮试剂包括氯化氢等。在氮、磷、钾测定时，通过柱塞泵分别定量吸取氮、磷、钾试剂、营养液和稀释液至反应池，经震荡器混匀之后，将反应液用恒流泵抽取至养分检测装置的样品池中。

养分检测装置包括：光源、单色器、样品室、样品池以及检测器；光源包括氘灯和钨灯，分别提供190～380和380～780nm波长的光线。所述光源发出的光经过单色器分解照射到样品池内，样品池设置在所述样品室内；样品池为石英材质，所述样品池的光程为1-2mm。所述反应液通过所述样品池的进样口进入所述样品池进行比色；比色后的废液通过所述样品池的出样口排出。

在进样装置恒流泵的动力作用下，反应液持续不断的进入样品池进行比色，而后通过出样口将废液排出。在测定硝态氮含量时，波长数值为210-220nm，在测定磷含量时波长设置为460-490nm，测定钾离子含量时，波长设置为420-450nm。比色所得吸光度提供给控制装置，根据朗伯-比尔定律，经控制装置计算后，得出营养液氮、磷、钾浓度，而后根据浓度进行施肥量的计算。施肥量的计算公式为氮、磷、钾肥注入体积(升)分别为：(氮、磷、钾肥的目标浓度×灌溉量-监测浓度×基质持水量)/氮、磷、钾肥的原液浓度。

所述施肥装置包括：肥料桶、混肥桶以及出水管；所述肥料桶中的肥料进入所述混肥桶中进行混合；混合后的肥料经出水管流出。所述肥料桶包括以提供钾元素为主的钾桶、以提供氮元素为主的氮桶、以提供磷元素为主的磷桶以及微量元素桶；每个桶与所述混肥桶之间依次设置有过滤器、第二电磁阀、第二电磁流量计以及吸肥泵；所述第二电磁流量计用于监测各桶流入混肥桶内的肥料的体积，当流入的肥料体积达到肥料体积阈值时，关闭第二电磁阀。根据氮、磷、钾桶中所配置的原液的浓度，营养液的目标浓度和目前检测装置提供的试剂浓度计算灌溉一定量时所需要吸取的氮、磷、钾原液的体积；通过控制开启和关闭电磁阀和吸肥泵来控制肥料的注入，通过电磁流量计记录每种原液的加入量，当加入量达到所需体积时，关闭电磁阀和吸肥泵，结束施肥。

施肥装置还包括：进水管、第一电磁阀以及第一电磁流量计；当所述第一电磁阀打开时，灌溉水经过所述进水管流入，并经过所述出水管流出；所述电磁流量计还用于监测灌溉水的水量，当所述水量达到水量阈值时，第一电磁阀关闭。

工作原理：

1)将采集得到的土壤溶液、水培或砂培营养液通过进样装置与稀释液混合稀释n倍得到检测样品，待检测样品与显色剂经柱塞泵进样后在反应池内进行显色反应，测定氮时，在可见光下显色为无色，测定磷时显色为黄色，测定钾时显色为乳白色，反应池内安装温控装置和混匀装置，反应时温度控制在20-22摄氏度，反应通过机械臂上下翻转反应池使加入到反应池内的溶液混匀，混匀也可以用震动的方式进行；反应结束后通过恒流泵经进样口进入养分监测装置。

2)根据所测定指标的不同，由控制装置调节检测装置中光源的波长，进行比色分析。在测定硝态氮含量时，波长数值为210-220nm，在测定磷含量时波长设置为460-490nm，测定钾离子含量时，波长设置为420-450nm。比色所得吸光度提供给控制决策装置，控制装置根据事先储存的模型计算出供试营养液的氮、磷、钾浓度。

3)将检测装置测定得到氮、磷、钾含量的信息，反馈给控制装置模块，通过控制装置控制灌溉施肥装置补充所需营养元素，实现自动施肥的控制。

具体为：当控制装置监测到营养液中氮、磷、钾的检测信号低于设定阈值时，开启吸肥泵和电磁阀，从对应的肥料桶内吸取达到设定阈值所需要的氮、磷、钾肥料母液,然后在混肥桶中进行混合，经出水管进行灌溉补充缺乏的营养组分。当检测样品中某种离子(氮、磷、钾)的浓度大于设定值时，则不开启吸肥泵、电磁阀。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明能够实现养分原位自动快速监测，并把养分监测的数据提供给控制装置，控制装置控制施肥装置进行精准施肥。与传统的养分室内分析、人工配肥、施肥机施肥相比，该系统明显的缩短了测定周期，节省了人工，可以根据需求随用随测或者实时监测，有利于精准的养分供应，降低肥料的投入，提高利用率，维持环境健康，推动现代化农业的发展。本系统还能够同时测定营养液中的氮、磷、钾含量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式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 (7)

1.一种精准施肥系统，其特征在于，所述施肥系统包括：进样装置、养分检测装置、控制装置以及施肥装置；所述进样装置、所述养分检测装置以及所述施肥装置均与所述控制装置连接；所述进样装置用于吸取进样液，并进行反应；所述进样液包括氮试剂、磷试剂、钾试剂、营养液以及稀释液；所述养分检测装置与所述进样装置连接，用于对反应液进行比色，得到吸光度；所述养分检测装置包括：光源、单色器、样品室、样品池以及检测器；所述光源发出的光经过单色器分解照射到样品池内，样品池设置在所述样品室内；所述反应液通过所述样品池的进样口进入所述样品池进行比色；比色后的废液通过所述样品池的出样口排出；所述控制装置用于控制所述进样装置中进样液的流入以及所述养分检测装置中光源波长的调节，还用于根据所述吸光度计算所述进样液中肥料的浓度，并根据肥料浓度向所述施肥装置发送施肥信号；所述施肥装置根据所述肥料信号进行施肥；该系统可以根据需求随用随测或者实时监测。

2.根据权利要求1所述的精准施肥系统，其特征在于，所述进样装置包括：多个试剂瓶、营养液储存瓶、营养液进样泵、稀释液瓶、进液管、多通道柱塞泵、反应池、震荡器、加热器、温度监测器以及废液管；多个试剂瓶分别盛放氮试剂、磷试剂以及钾试剂；所述进样液通过进液管以及多通道柱塞泵进入到所述反应池进行反应；营养液通过营养液进样泵进入所述营养液储存瓶内；所述震荡器设置在所述反应池下方，用于对所述反应池进行震荡，使反应液混合均匀；所述加热器用于对所述反应池进行加热；所述温度监测器用于检测所述反应池内的温度；反应后的废液经所述废液管流出。

3.根据权利要求1所述的精准施肥系统，其特征在于，所述光源包括氘灯和钨灯，分别提供190～380和380～780nm波长的光线。

4.根据权利要求1所述的精准施肥系统，其特征在于，所述样品池为石英材质，所述样品池的光程为1-2mm。

5.根据权利要求1所述的精准施肥系统，其特征在于，所述施肥装置包括：肥料桶、混肥桶以及出水管；所述肥料桶中的肥料进入所述混肥桶中进行混合；混合后的肥料经出水管流出。

6.根据权利要求5所述的精准施肥系统，其特征在于，所述施肥装置还包括：进水管、第一电磁阀以及第一电磁流量计；当所述第一电磁阀打开时，灌溉水经过所述进水管流入，并经过所述出水管流出；所述电磁流量计还用于监测灌溉水的水量，当所述水量达到水量阈值时，第一电磁阀关闭。

7.根据权利要求5所述的精准施肥系统，其特征在于，所述肥料桶包括钾桶、氮桶、磷桶以及微量元素桶；每个桶与所述混肥桶之间依次设置有过滤器、第二电磁阀、第二电磁流量计以及吸肥泵；所述第二电磁流量计用于监测各桶流入混肥桶内的肥料的体积，当流入的肥料体积达到肥料体积阈值时，关闭第二电磁阀。

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