CN110024667A - 水肥一体化系统及其灌溉、施肥方法 - Google Patents
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Abstract
水肥一体化系统包括水肥灌溉装置、灌溉水信息采集模块、气象及农田信息采集模块、控制装置、灌远程信息监控平台，灌溉水信息采集模块设置在水肥灌溉装置中，以采集水肥灌溉装置中的水肥信息，气象及农田信息采集模块位于农作物所在的田地中，以采集农作物所在的田地的气象信息和土壤信息，灌溉水信息采集模块与气象信息采集模块与控制装置电性连接，控制装置还与水肥灌溉装置电性连接，控制装置还与灌远程信息监控平台无线通讯连接，所述灌溉水信息采集模块包括EC传感器、PH传感器、流量计，所述EC传感器和PH传感器位于水肥灌溉系统的出水口处，以检测灌溉水的EC值和PH值。本发明还提供一种水肥一体化系统的灌溉、施肥方法。
Description
技术领域
本发明涉及农业灌溉技术领域，尤其涉及一种水肥一体化系统及其灌溉、施肥方法。
背景技术
滴灌技术可以对农作物进行灌溉和施肥。通过滴灌技术能够将肥料均匀且准确施用至预定位置，从而提高肥料的利用率，减少肥料的浪费和因施肥导致的土壤的污染。由于滴灌技术具有明显的节水、省肥、省力等特性，因此应用越来越广泛。目前，农作物的灌溉、施肥多是通过人工进行管理。人工管理往往缺乏灵活性，不同土地的肥力不同，不同作物在不同生长阶段的需求也不同。因此人工管理容易发生烧苗，或是营养、水分无法满足生长需求等问题。且随着农业规模化种植的进行，以及劳动力成本的提高，人工管理也需要投入更多的成本。同时，在不同的地域，其气象特征也不同；同一区域，不同时间的气象特征也不同，依靠人工管理也远远达不到农业精细化管理的要求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够自动、精细化控制灌溉和施肥的水肥一体化系统及其灌溉、施肥方法。
水肥一体化系统包括水肥灌溉装置、灌溉水信息采集模块、气象及农田信息采集模块、控制装置、灌远程信息监控平台，灌溉水信息采集模块设置在水肥灌溉装置中，以采集水肥灌溉装置中的水肥信息，气象及农田信息采集模块位于农作物所在的田地中，以采集农作物所在的田地的气象信息和土壤信息，灌溉水信息采集模块与气象信息采集模块与控制装置电性连接，以将信息传输至控制装置，控制装置还与水肥灌溉装置电性连接，以控制水肥灌溉装置的运行，控制装置还与灌远程信息监控平台无线通讯连接，以便于远程管理，所述灌溉水信息采集模块包括EC传感器、PH传感器、流量计，所述EC传感器和PH传感器位于水肥灌溉系统的出水口处，以检测灌溉水的EC值和PH值。
优选的，所述水肥灌溉装置包括至少三个肥料灌、至少三个流量调节阀、至少三个文丘里施肥器、进水总管、出水总管、给水泵，所述肥料灌的出水口与流量调节阀的进水口连通，流量调节阀的出水口与文丘里施肥器的支管连通，文丘里施肥器的进水口与进水总管连通，文丘里施肥器的出水口与出水总管连通，EC传感器和PH传感器设置在出水总管内，以检测灌溉水的EC值和PH值，给水泵设置在进水总管或出水总管上，给水泵与控制装置电性连接，以控制给水泵的运行。
优选的，所述控制装置包括控制器、触摸屏、无线通讯单元，控制器与触摸屏、无线通讯单元电性连接，无线通讯单元与灌远程信息监控平台无线通讯连接连接，以进行远程数据传输，所述控制装置还与流量调节阀电性连接，以控制流量调节阀的运行。
优选的，所述气象及农田信息采集模块包括风速传感器、太阳辐射传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器，风速传感器采集田间的实时风速信息，太阳辐射传感器采集田间的实时光照强度信息，空气湿度传感器采集田间的实时空气湿度信息，土壤湿度传感器采集作物的实时土壤湿度信息，控制装置设有时钟模块，时钟模块对灌溉间隔以及灌溉时间进行计时，控制装置根据实时风速信息、实时光照强度信息、实时空气湿度信息、实时土壤湿度信息以及灌溉间隔、灌溉时间控制水肥灌溉装置的运行。
水肥一体化系统的灌溉、施肥方法包括以下步骤：
步骤S001，针对不同类型的不同生长阶段的农作物，设置灌溉间隔、灌溉时间以及每种肥料的施肥量；
步骤S002，风速传感器采集田间的实时风速信息并传输至控制装置，控制装置将实时风速信息生成实时风速值，太阳辐射传感器采集田间的实时光照强度信息并传输至控制装置，控制装置将实时光照强度信息生成实时光照强度值，空气湿度传感器采集田间的实时空气湿度信息并传输至控制装置，控制装置将实时湿度信息生成实时空气湿度值，土壤湿度传感器采集作物的实时土壤湿度信息并传输至控制装置，控制装置将实时土壤湿度信息生成实时土壤湿度值，时钟模块对灌溉间隔进行统计并生成实时灌溉间隔值，控制装置设有基础风速值、基础光照强度值、基础空气湿度值、基础土壤湿度值、基础灌溉间隔值，当实时风速值小于基础风速值、实时光照强度值小于基础光照强度值、实时空气湿度值小于基础空气湿度值、实时土壤湿度值小于基础土壤湿度值时，且实时灌溉间隔值大于基础灌溉间隔值时，控制装置控制给水泵对农作物进行灌溉；
步骤S003，当给水泵启动时，控制装置的时间模块开始计时并生成实时灌溉时间值，相应的，控制装置设有基础灌溉时间值，当实时灌溉时间值与基础灌溉时间值相等时，控制装置关闭给水泵，时间模块开始计时并生成实时灌溉间隔值。
优选的，在控制装置上设置若干种类型的农作物，对应的农作物在不同的生长阶段设有与该生长阶段对应的氮肥施肥量值、磷肥施肥量值、钾肥施肥量值，农田管理人员根据实际种植的农作物选定对应的农作物类型，施肥灌内分别盛有氮肥、磷肥、钾肥的液体肥料，控制装置根据该农作物类型按照设定的生长阶段以及氮肥施肥量值、磷肥施肥量值、钾肥施肥量值控制流量调节阀，从而控制不同施肥灌的流量。
有益效果：本发明的水肥一体化系统包括水肥灌溉装置、灌溉水信息采集模块、气象及农田信息采集模块、控制装置、灌远程信息监控平台，水肥灌溉装置结合控制装置能够针对不同类型、不同时期的农作物对氮磷钾的施用量进行精确控制，从而避免肥料浪费和污染。气象及农田信息采集模块与控制装置的配合，能够更全面的结合气象条件对农作物进行灌溉，减小气象条件对灌溉的影响。
附图说明
图1为本发明的水肥一体化系统的结构简图。
图2为本发明的水肥一体化系统的功能模块图。
图中：水肥灌溉装置10、肥料灌101、流量调节阀102、文丘里施肥器103、进水总管104、出水总管105、给水泵106、灌溉水信息采集模块20、EC传感器201、PH传感器202、流量计203、气象及农田信息采集模块30、风速传感器301、太阳辐射传感器302、空气湿度传感器303、土壤湿度传感器304、控制装置40、远程信息监控平台50。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
请参看图1和图2，水肥一体化系统包括水肥灌溉装置10、灌溉水信息采集模块20、气象及农田信息采集模块30、控制装置40、灌远程信息监控平台50，灌溉水信息采集模块20设置在水肥灌溉装置10中，以采集水肥灌溉装置10中的水肥信息，气象及农田信息采集模块30位于农作物所在的田地中，以采集农作物所在的田地的气象信息和土壤信息，灌溉水信息采集模块20与气象信息采集模块与控制装置40电性连接，以将信息传输至控制装置40，控制装置40还与水肥灌溉装置10电性连接，以控制水肥灌溉装置10的运行，控制装置40还与灌远程信息监控平台50无线通讯连接，以便于远程管理，所述灌溉水信息采集模块20包括EC传感器201、PH传感器202、流量计203，所述EC传感器201和PH传感器202位于水肥灌溉系统的出水口处，以检测灌溉水的EC值和PH值。
远程信息监控平台50可以手机、电脑等具有监控功能的联网设备。
进一步的，所述水肥灌溉装置10包括至少三个肥料灌101、至少三个流量调节阀102、至少三个文丘里施肥器103、进水总管104、出水总管105、给水泵106，所述肥料灌101的出水口与流量调节阀102的进水口连通，流量调节阀102的出水口与文丘里施肥器103的支管连通，文丘里施肥器103的进水口与进水总管104连通，文丘里施肥器103的出水口与出水总管105连通，EC传感器201和PH传感器202设置在出水总管105内，以检测灌溉水的EC值和PH值，给水泵106设置在进水总管104或出水总管105上，给水泵106与控制装置40电性连接，以控制给水泵106的运行。
进一步的，所述控制装置40包括控制器、触摸屏、无线通讯单元，控制器与触摸屏、无线通讯单元电性连接，无线通讯单元与灌远程信息监控平台50无线通讯连接连接，以进行远程数据传输，所述控制装置40还与流量调节阀102电性连接，以控制流量调节阀102的运行。
进一步的，所述气象及农田信息采集模块30包括风速传感器301、太阳辐射传感器302、空气湿度传感器303、土壤湿度传感器304，风速传感器301采集田间的实时风速信息，太阳辐射传感器302采集田间的实时光照强度信息，空气湿度传感器303采集田间的实时空气湿度信息，土壤湿度传感器304采集作物的实时土壤湿度信息，控制装置40设有时钟模块，时钟模块对灌溉间隔以及灌溉时间进行计时，控制装置40根据实时风速信息、实时光照强度信息、实时空气湿度信息、实时土壤湿度信息以及灌溉间隔、灌溉时间控制水肥灌溉装置10的运行。
水肥一体化系统的灌溉、施肥方法包括以下步骤：
步骤S001，针对不同类型的不同生长阶段的农作物，设置灌溉间隔、灌溉时间以及每种肥料的施肥量；
步骤S002，风速传感器301采集田间的实时风速信息并传输至控制装置40，控制装置40将实时风速信息生成实时风速值，太阳辐射传感器302采集田间的实时光照强度信息并传输至控制装置40，控制装置40将实时光照强度信息生成实时光照强度值，空气湿度传感器303采集田间的实时空气湿度信息并传输至控制装置40，控制装置40将实时湿度信息生成实时空气湿度值，土壤湿度传感器304采集作物的实时土壤湿度信息并传输至控制装置40，控制装置40将实时土壤湿度信息生成实时土壤湿度值，时钟模块对灌溉间隔进行统计并生成实时灌溉间隔值，控制装置40设有基础风速值、基础光照强度值、基础空气湿度值、基础土壤湿度值、基础灌溉间隔值，当实时风速值小于基础风速值、实时光照强度值小于基础光照强度值、实时空气湿度值小于基础空气湿度值、实时土壤湿度值小于基础土壤湿度值时，且实时灌溉间隔值大于基础灌溉间隔值时，控制装置40控制给水泵106对农作物进行灌溉；
步骤S003，当给水泵106启动时，控制装置40的时间模块开始计时并生成实时灌溉时间值，相应的，控制装置40设有基础灌溉时间值，当实时灌溉时间值与基础灌溉时间值相等时，控制装置40关闭给水泵106，时间模块开始计时并生成实时灌溉间隔值。
进一步的，在控制装置40上设置若干种类型的农作物，对应的农作物在不同的生长阶段设有与该生长阶段对应的氮肥施肥量值、磷肥施肥量值、钾肥施肥量值，农田管理人员根据实际种植的农作物选定对应的农作物类型，施肥灌内分别盛有氮肥、磷肥、钾肥的液体肥料，控制装置40根据该农作物类型按照设定的生长阶段以及氮肥施肥量值、磷肥施肥量值、钾肥施肥量值控制流量调节阀102，从而控制不同施肥灌的流量。
在一较佳实施方式中，控制装置40设有葡萄、红枣、西红柿、西瓜的农作物各参数。以西红柿为例，西红柿一般有幼苗期、开花期、坐果期三个时期，在幼苗期设置灌溉间隔为8天，每次氮磷钾的施肥量分别为20千克、5千克、5千克，灌溉时间为2小时。因为水泵的功率是预定的，所以灌溉水的流速就是不变的。灌溉时间一确定，那么预定面积的灌溉量就是确定的。由于灌溉的是预定面积，那么只需要确定氮磷钾的重量就可以了。以上灌溉间隔和氮磷钾施肥量的确定只是举个例子。不同地域、不同土壤的肥力不同，具体施用多少肥，需要当地的技术人员根据实际情况确定。如果到了灌溉时间，但是风速、光照强度、空气湿度、土壤湿度不符合灌溉要求，那么还是不能够灌溉，直到满足灌溉条件。
随着规模化农业的进行，探测和控制参数的选择非常重要。现有技术的灌溉系统对以上综合信息的采集没有足够的重视，一般只采集土壤的湿度信息。在实际灌溉过程中，会出现灌溉后下雨，造成田地内涝的问题，最终使农作物的生长受到非常大的影响。本方案的技术人员在实际工作中发现，西红柿在灌溉过程中，西红柿根部的土壤抓握力较小，如果风速较大，那么西红柿就容易发生倒伏；如果光照强度较大，那么土壤的蒸腾作用会非常明显，高温作用会对西红柿的生长产生影响；如果空气湿度较大，那说明有降雨趋势，不适合灌溉；如果土壤湿度较大，则说明土壤的水分能够满足西红柿的生长需要，如果再继续灌溉，那么西红柿的根系的呼吸就会产生问题。因此，采集风速、光照强度、空气湿度、土壤湿度的参数是决定能否灌溉的重要参数，因此水肥一体化系统设置了对应的传感器来监测以上参数，同时在控制装置40中设置对应的基础参数来对作物进行精细化管理。因为不同地域的气象条件不同，参数会相应有变化，这需要根据实际情况，结合当地的气象条件进行设定。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.水肥一体化系统，其特征在于：包括水肥灌溉装置、灌溉水信息采集模块、气象及农田信息采集模块、控制装置、灌远程信息监控平台，灌溉水信息采集模块设置在水肥灌溉装置中，以采集水肥灌溉装置中的水肥信息，气象及农田信息采集模块位于农作物所在的田地中，以采集农作物所在的田地的气象信息和土壤信息，灌溉水信息采集模块与气象信息采集模块与控制装置电性连接，以将信息传输至控制装置，控制装置还与水肥灌溉装置电性连接，以控制水肥灌溉装置的运行，控制装置还与灌远程信息监控平台无线通讯连接，以便于远程管理，所述灌溉水信息采集模块包括EC传感器、PH传感器、流量计，所述EC传感器和PH传感器位于水肥灌溉系统的出水口处，以检测灌溉水的EC值和PH值。
2.如权利要求1所述的水肥一体化系统，其特征在于：所述水肥灌溉装置包括至少三个肥料灌、至少三个流量调节阀、至少三个文丘里施肥器、进水总管、出水总管、给水泵，所述肥料灌的出水口与流量调节阀的进水口连通，流量调节阀的出水口与文丘里施肥器的支管连通，文丘里施肥器的进水口与进水总管连通，文丘里施肥器的出水口与出水总管连通，EC传感器和PH传感器设置在出水总管内，以检测灌溉水的EC值和PH值，给水泵设置在进水总管或出水总管上，给水泵与控制装置电性连接，以控制给水泵的运行。
3.如权利要求2所述的水肥一体化系统，其特征在于：所述控制装置包括控制器、触摸屏、无线通讯单元，控制器与触摸屏、无线通讯单元电性连接，无线通讯单元与灌远程信息监控平台无线通讯连接连接，以进行远程数据传输，所述控制装置还与流量调节阀电性连接，以控制流量调节阀的运行。
4.如权利要求1所述的水肥一体化系统，其特征在于：所述气象及农田信息采集模块包括风速传感器、太阳辐射传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器，风速传感器采集田间的实时风速信息，太阳辐射传感器采集田间的实时光照强度信息，空气湿度传感器采集田间的实时空气湿度信息，土壤湿度传感器采集作物的实时土壤湿度信息，控制装置设有时钟模块，时钟模块对灌溉间隔以及灌溉时间进行计时，控制装置根据实时风速信息、实时光照强度信息、实时空气湿度信息、实时土壤湿度信息以及灌溉间隔、灌溉时间控制水肥灌溉装置的运行。
5.水肥一体化系统的灌溉、施肥方法包括以下步骤：
步骤S001，针对不同类型的不同生长阶段的农作物，设置灌溉间隔、灌溉时间以及每种肥料的施肥量；
步骤S002，风速传感器采集田间的实时风速信息并传输至控制装置，控制装置将实时风速信息生成实时风速值，太阳辐射传感器采集田间的实时光照强度信息并传输至控制装置，控制装置将实时光照强度信息生成实时光照强度值，空气湿度传感器采集田间的实时空气湿度信息并传输至控制装置，控制装置将实时湿度信息生成实时空气湿度值，土壤湿度传感器采集作物的实时土壤湿度信息并传输至控制装置，控制装置将实时土壤湿度信息生成实时土壤湿度值，时钟模块对灌溉间隔进行统计并生成实时灌溉间隔值，控制装置设有基础风速值、基础光照强度值、基础空气湿度值、基础土壤湿度值、基础灌溉间隔值，当实时风速值小于基础风速值、实时光照强度值小于基础光照强度值、实时空气湿度值小于基础空气湿度值、实时土壤湿度值小于基础土壤湿度值时，且实时灌溉间隔值大于基础灌溉间隔值时，控制装置控制给水泵对农作物进行灌溉；
步骤S003，当给水泵启动时，控制装置的时间模块开始计时并生成实时灌溉时间值，相应的，控制装置设有基础灌溉时间值，当实时灌溉时间值与基础灌溉时间值相等时，控制装置关闭给水泵，时间模块开始计时并生成实时灌溉间隔值。
6.水肥一体化系统的灌溉、施肥方法，其特征在于：在控制装置上设置若干种类型的农作物，对应的农作物在不同的生长阶段设有与该生长阶段对应的氮肥施肥量值、磷肥施肥量值、钾肥施肥量值，农田管理人员根据实际种植的农作物选定对应的农作物类型，施肥灌内分别盛有氮肥、磷肥、钾肥的液体肥料，控制装置根据该农作物类型按照设定的生长阶段以及氮肥施肥量值、磷肥施肥量值、钾肥施肥量值控制流量调节阀，从而控制不同施肥灌的流量。
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