CN111630997B

CN111630997B - 一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统

Info

Publication number: CN111630997B
Application number: CN201910422803.9A
Authority: CN
Inventors: 严海军; 王晶晶; 黎耀军; 张再军
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2039-05-21
Also published as: CN111630997A

Abstract

本发明实施例提供一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统，通过建立灌溉施肥模型，设置灌溉水泵的电源频率控制灌溉流量；根据施肥模型通过设定的灌溉主管的电导率、所配肥液浓度以及柱塞泵施肥机流量与主管压力的关系与电源频率的关系自动调整柱塞泵施肥机的电源频率来控制其注肥流量；可准确控制灌水量、施肥量、肥液浓度，实现大田作物的精准灌溉施肥，该系统灌溉施肥模型简单，流量误差低于1％，控制精度高、调节方便且系统响应时间短，具有工作稳定、持久耐用、安全可靠等优点。

Description

一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及水肥一体化技术领域，尤其涉及一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统。

背景技术

水肥一体化技术是利用压力管道灌溉系统(以喷灌系统、微灌系统为主要载体)，将可溶性固体或液体肥料配置成水肥液，根据作物不同生长期需水、需肥规律情况，通过喷头、滴头、微喷带等灌水器对作物进行定时、定量、均匀的灌溉与施肥，满足作物对养分和水分的需求，实现水肥同步管理和高效利用。发达国家推广应用水肥一体化技术起步较早，目前以色列90％以上的农业耕地采用了水肥一体化技术，居世界之首。我国自1974年引进滴灌设备之后，就开始进行灌溉施肥技术研究和应用推广。近年来，水肥一体化技术因具有显著的节水、省肥、增产和省工等优点，在我国得到了快速发展。

目前水肥一体化系统中的施肥设备产品主要有文丘里施肥器、压差式施肥罐、重力自压施肥、离心泵、旋涡泵、喷射泵等，适合于微灌系统、管道式喷灌系统等水肥一体化应用。但是对于圆形喷灌机、平移式喷灌机、卷盘式喷灌机等工作压力较高的行喷式系统，很难满足肥料的均匀稳定注入，且不能控制注肥浓度、比例，也不能实现自动化控制。

发明内容

本发明实施例提供一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统，用以解决现有技术中损失大、不易自动控制，以及效率低下、结构复杂、维修成本高的缺点，控制精度高、调节方便且系统响应时间短，具有工作稳定、持久耐用、安全可靠等优点。

第一方面，本发明实施例提供一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法，包括：

实时获取灌溉主管内液体的第一流量和第一电导率，与所述灌溉主管连通的注肥管路内肥液的第二流量，并获取注肥管路内肥液的肥料质量浓度；

基于设定的所述第一电导率与所述灌溉主管内的实时肥料浓度的关系，以及所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管内的实时肥料浓度。

作为优选的，所述第一电导率与灌溉主管的实时肥料浓度的关系为：

C＝a·K²+bK

上式中，C为灌溉主管的实时肥料浓度；K为第一电导率；a，b为已知权重系数；

所述实时肥料浓度与所述第一流量、第二流量和所述肥料质量浓度的关系为：

上式中，Q为第二流量；Q₀为第一流量；m为配肥时纯氮肥料、纯磷肥料和/或纯钾肥料肥料的质量；m₀为配肥时水的质量。

作为优选的，所述施肥机为柱塞泵施肥机，所述柱塞泵施肥机输出的第二流量与电源频率及灌溉主管压力之间的关系为：

Q＝n·f·P+x·f+y·P+z

上式中，P为灌溉主管压力；f柱塞泵施肥机的电源频率；n、x、y、z为已知权重系数。

作为优选的，还包括：

若判断获知所述第一电导率与预设电导率值的偏差值偏离预设偏差阈值，则基于所述偏差值调整柱塞泵施肥机的电源频率，以使所述偏差值在预设偏差阈值内。

第二方面，本发明实施例提供一种大田作物的精准灌溉施肥控制系统，包括灌溉主管以及与所述灌溉主管连通的注肥管路，所述灌溉主管上设有灌溉水泵，所述注肥管路上设有柱塞泵施肥机；还包括信号采集机构和控制机构；

所述信号采集机构用于实时获取灌溉主管内液体的第一流量和第一电导率，与所述灌溉主管连通的注肥管路内肥液的第二流量，并获取注肥管路内肥液的肥料质量浓度；

所述控制机构用于基于设定的所述第一电导率与所述灌溉主管内的实时肥料浓度的关系，以及所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管内的实时肥料浓度。

作为优选的，所述柱塞泵施肥机的进口管道连接有多个肥料桶；

每个所述肥料桶底部设有注肥口，所述注肥口通过进肥管道连接所述柱塞泵施肥机的进口管道；所述进肥管道上设有注肥电动阀；所述进口管道上设有过滤器；

每个所述肥料桶顶部还设有补水口和进肥口；所述补水口通过补水管道连接第二进水管，所述第二进水管连通所述灌溉主管；所述补水管道上设有进水电动阀；

所述第二进水管与所述进口管道间还连接有第一进水管。

作为优选的，所述柱塞泵施肥机的出口管道连接所述灌溉主管，且柱塞泵施肥机的出口管道与所述灌溉主管连接处位于所述第二进水管与所述灌溉主管连接处的下游。

作为优选的，所述肥料桶为单质肥料桶，所述肥料桶包括用于存储氮单质肥液的第一单质肥料桶、用于存储磷单质肥液的第二单质肥料桶和用于存储钾单质肥液的第三单质肥料桶。

作为优选的，所述柱塞泵施肥机包括柱塞泵、注肥电动阀、冲洗电动阀、过滤器、控制柜和控制台；所述柱塞泵、注肥电动阀、冲洗电动阀、过滤器、控制柜和控制台设于箱体内，所述第一进水管连接所述柱塞泵的进口管道，所述注肥电动阀和冲洗电动阀分别设于所述第一进水管和进肥管上，所述过滤器设于柱塞泵进口管道上，所述控制柜包括电路保护器、继电器和变频器，所述控制台包括触摸显示屏、启动按钮和停止按钮。

作为优选的，所述信号采集机构包括设于所述柱塞泵施肥机的出口管道上的第二压力传感器、第二流量传感器和第二电导率传感器，设于所述灌溉主管上的第一压力传感器、第一流量传感器和第一电导率传感器，以及设于所述肥料桶内的液位传感器。

本发明实施例提供的一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统，通过建立灌溉施肥模型，可准确控制灌水量、施肥量、肥液浓度，实现大田作物的精准灌溉施肥，该系统灌溉施肥模型简单，流量误差低于1％，控制精度高、调节方便且系统响应时间短，具有工作稳定、持久耐用、安全可靠等优点。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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。

图1为本发明实施例的大田作物的精准灌溉施肥控制方法示意图；

图2为本发明实施例的大田作物的精准灌溉施肥控制系统示意图；

图3为本发明实施例的单缸柱塞泵施肥机结构图；

图4为本发明实施例的双缸柱塞泵施肥机结构图。

附图标记：

水源-1；灌溉水泵-2；灌溉主管-3；主管阀门-4；主管过滤器-5；主电动阀-6；第一进水管-7；冲洗电动阀-8；第二进水管-9；进水电动阀-10；补水口-11；搅拌电机-12；进肥口-13；液位传感器-14；肥料桶-15；搅拌叶轮-16；注肥口-17；进肥管道-18；注肥电动阀-19；过滤器-20；柱塞泵进口管道-21；柱塞泵-22；第二压力传感器-23；第二流量传感器-24；第二电导率传感器-25；柱塞泵出口管道-26；第一压力传感器-27；第一流量传感器28；第一电导率传感器-29；支管电动阀-30；灌溉分支管-31；箱体-32；控制柜-33；控制台-34；触摸显示屏-35；启动按钮-36；停止按钮-37。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

目前水肥一体化系统中的施肥设备产品主要有文丘里施肥器、压差式施肥罐、重力自压施肥、离心泵、旋涡泵、喷射泵等，适合于微灌系统、管道式喷灌系统等水肥一体化应用。但是对于圆形喷灌机、平移式喷灌机、卷盘式喷灌机等工作压力较高的行喷式系统，很难满足肥料的均匀稳定注入，且不能精确控制注肥浓度、比例，也不能实现自动化控制。因此，本发明实施例采用运行压力大且流量稳定的柱塞泵进行注肥，通过建立灌溉施肥模型，可准确控制灌水量、施肥量、肥液浓度，实现大田作物的精准灌溉施肥，该系统灌溉施肥模型简单，流量误差低于1％，控制精度高、调节方便且系统响应时间短，具有工作稳定、持久耐用、安全可靠等优点。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1示出了本发明实施例的一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法，包括：

在本实施例中，所述灌溉主管连接多个灌溉分支管，通过灌溉分支管连接至各个灌溉分区，以实现灌溉，且灌溉主管上连接有注肥管路，注肥管路用于向灌溉主管注入肥液，以实现各个灌溉分区的施肥，因为本实施例中能够实现水肥一体化作业。

具体的，在本实施例中，还通过在各个管道中设置传感器，检测管道中液体的参数，以进行灌溉或施肥过程的监测和控制；具体的，本实施例中，基于灌溉主管中的第一电导率与实时肥料浓度的关系，实现对实时肥料浓度的监控；又基于所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管内的实时肥料浓度，实现施肥自动控制，使灌溉主管内的实时肥料浓度控制在期望肥料浓度内。

在本实施例中，基于施肥效果、环境因素和成本因素等条件，预先通过大量模拟实验，获取所述第一电导率与所述灌溉主管内的实时肥料浓度的关系，以及所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，并基于上述关系进行灌溉施肥的控制。

在上述实施例的基础上，所述第一电导率与灌溉主管的实时肥料浓度的关系为：

C＝a·K²+bK

上式中，C为灌溉主管的实时肥料浓度；K为第一电导率；a，b为已知权重系数；对于不同的氮、磷、钾配比，a、b不同。

上式中，Q为注肥管路向灌溉主管输入的第二流量；Q₀为灌溉主管上的灌溉水泵输出的第一流量；m为配肥时纯氮(N)、纯磷(P₂O₅)和/或纯钾(K₂O)；m₀为配肥时水的质量。

在上述各实施例的基础上，所述施肥机为柱塞泵施肥机，所述柱塞泵施肥机输出的第二流量与电源频率及灌溉主管压力之间的关系为：

Q＝n·f·P+x·f+y·P+z

在本实施例中，采用了柱塞泵，柱塞泵是一种往复式容积泵，依靠柱塞在缸体内往复运动，使工作腔容积产生周期性变化来实现输送液体的目的，其平均流量是恒定的，理论上和注入管道压力大小、输送介质的物理化学性质无关，只与泵工作腔的容积、数量和每分钟往返的次数有关。柱塞泵施肥机具有运行平稳、能耗低、噪声小、操作简便、工作效率高、流量稳定受灌溉管道压力波动的影响较小、流量调节方便等突出优势。将柱塞泵施肥机应用于大田作物精准灌溉施肥系统，能够解决目前常用的文丘里施肥器、压差式施肥罐的水头损失大、不易自动控制的缺点，重力自压式施肥、泵吸式施肥的施肥浓度变化、效率低下的缺点，旋涡泵、离心泵、喷射泵等流量随注入管道压力波动而大幅度变化的缺点，以及隔膜泵、螺杆泵等结构复杂、维修成本高的缺点。

具体的，在本实施例中，单缸额定流量为300L/h的柱塞泵施肥机的出肥流量与电源频率及灌溉主管压力之间的关系为：

Q＝0.56f·P+7.15f-91.22P+3.72

上式中，P为灌溉主管压力；f柱塞泵施肥机的电源频率，该数据由试验测得并进行拟合。

在上述各实施例的基础上，还包括：

本实施例中还示出了一种大田作物的精准灌溉施肥控制系统，如图2中所示，包括灌溉主管3以及与所述灌溉主管3连通的注肥管路，所述灌溉主管3上设有灌溉水泵2，所述注肥管路上设有柱塞泵施肥机；还包括信号采集机构和控制机构；

所述信号采集机构用于实时获取灌溉主管3内液体的第一流量和第一电导率，以及与所述灌溉主管3连通的注肥管路内肥液的第二流量，注肥管路内肥液的肥料质量浓度；

所述控制机构用于基于预先得到的所述第一电导率与所述灌溉主管3内的实时肥料浓度的关系，以及所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管3内的实时肥料浓度。

在本实施例中，所述灌溉主管3连接多个灌溉分支管31，通过灌溉分支管31连接至各个灌溉分区，以实现灌溉，且灌溉主管3上连接有注肥管路，注肥管路用于向灌溉主管3注入肥液，以实现各个灌溉分区的施肥，因为本实施例中能够实现水肥一体化作业。

具体的，在本实施例中，还通过在各个管道中设置传感器，检测管道中液体的参数，以进行灌溉或施肥过程的监测和控制；具体的，本实施例中，基于灌溉主管3中的第一电导率与实时肥料浓度的关系，实现对实时肥料浓度的监控；又基于所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管3内的实时肥料浓度，实现施肥自动控制，使灌溉主管3内的实时肥料浓度控制在期望肥料浓度内。

还包括动力机构，所述信号采集机构电连接所述控制机构，所述控制机构连接所述动力机构；具体的，动力机构用于执行施肥、灌溉过程中各个部件的动作的执行，动力机构包括施肥机以及设于各个管道上的电动阀，通过各个电动阀的开启和闭合实现对应管道中水或肥液的流通、阻塞，实现灌溉或施肥。所述控制机构用于基于所述信号采集机构的采集数据，基于预设的灌溉模型或施肥模型控制动力机构进行灌溉或施肥。

在上述各实施例的基础上，灌溉主管3一端设有灌溉水泵2，上述灌溉水泵2设于水源1内，用于抽取将水抽送至灌溉主管3内，灌溉主管3上依次设有主管阀门4、主管过滤器5和主电动阀6。

在上述各实施例的基础上，所述柱塞泵施肥机的柱塞泵进口管道21连接有多个肥料桶15；

每个所述肥料桶15底部设有注肥口17，所述注肥口17通过进肥管道18连接所述柱塞泵施肥机的柱塞泵进口管道21；所述进肥管道18上设有注肥电动阀19；所述柱塞泵进口管道21上设有过滤器20；

每个所述肥料桶15顶部还设有补水口11和进肥口13；所述补水口11通过补水管道连接第二进水管9，所述第二进水管9连通所述灌溉主管3；所述补水管道上设有进水电动阀10；

所述第二进水管9与所述柱塞泵进口管道21间还连接有第一进水管7。

在本实施例中，共包括三个肥料桶15，肥料桶15内设有肥料溶液，肥料桶15底部设有注肥口17，注肥口17通过进肥管道18连接至柱塞泵施肥机的柱塞泵进口管道21，每个肥料桶15的注肥口17处都设有注肥电动阀19，使得在需要进行注肥时，通过全部或部分开启三个肥料桶15的注肥电动阀19，以使肥料可以进入灌溉主管3内，实现施肥。

具体的，在本实施例中，每个肥料桶15顶部还设有补水口11和进肥口13，其中补水口11通过补水管道连接第二进水管9，以通过所述第二进水管9连通灌溉主管3，实现通过灌溉主管3补水，进肥口13用于向肥料桶15内加肥料，以实现配肥；每个补水管道上都设有进水电动阀10，以控制补水。所述肥料桶15顶部设有搅拌电机12，所述搅拌电机12的输出轴末端设有搅拌叶轮16，所述搅拌叶轮16设于所述肥料桶15内部，所述搅拌电机12、注肥电动阀19、进水电动阀10电连接所述控制机构。

具体的，所述第二进水管9与所述柱塞泵进口管道21间还连接有第一进水管7，第一进水管7上设有冲洗电动阀8，第一进水管7为施肥结束后进行设备反冲洗，冲洗电动阀8连接所述控制机构。

在上述各实施例的基础上，所述柱塞泵施肥机的柱塞泵出口管道26连接所述灌溉主管3，且柱塞泵施肥机的柱塞泵出口管道26与所述灌溉主管3连接处位于所述第二进水管9与所述灌溉主管3连接处的下游。

在上述各实施例的基础上，每个所述肥料桶15的顶部的补水口11处设有进水电动阀10，每个所述肥料桶15的底部的注肥口17处设有注肥电动阀19，所述第一进水管7上设有冲洗电动阀8，所述灌溉分支管31上设有支管电动阀30；所述冲洗电动阀8、所述进水电动阀10、所述支管电动阀30和所述注肥电动阀19电连接所述控制机构。

在上述各实施例的基础上，肥料桶15、注肥口17、进肥管道18、柱塞泵进口管道21和柱塞泵出口管道26等共同组成了注肥管路，用于向灌溉主管3注入肥液，以实现各个灌溉分区的施肥，因为本实施例中能够实现水肥一体化作业。

在上述各实施例的基础上，所述肥料桶15为单质肥料桶，所述肥料桶15包括用于存储氮单质肥液的第一单质肥料桶、用于存储磷单质肥液的第二单质肥料桶和用于存储钾单质肥液的第三单质肥料桶。

在上述各实施例的基础上，所述柱塞泵施肥机包括柱塞泵22、注肥电动阀19、冲洗电动阀8、过滤器20、控制柜33和控制台34；所述柱塞泵22、注肥电动阀19、冲洗电动阀8、过滤器20、控制柜33和控制台34设于箱体32内，所述第一进水管7连接所述柱塞泵22的柱塞泵进口管道21，所述注肥电动阀19和冲洗电动阀8分别设于所述进肥管道18和第一进水管7上，所述过滤器20设于所述柱塞泵进口管道21上，所述控制柜33包括电路保护器、继电器和变频器，所述控制台34包括触摸显示屏35、启动按钮36和停止按钮37。

如图3和图4中所示，其中图3为单缸柱塞泵施肥机，图4为双缸柱塞泵施肥机，相同条件下单缸流量为双缸流量的一半。采用的柱塞泵施肥机包括柱塞泵22、箱体32、柱塞泵出口管道26、控制柜33、控制台34、柱塞泵进口管道21、第一进水管7和过滤器20，还包括分别用于控制柱塞泵进口管道21和第一进水管7启闭的注肥电动阀19和冲洗电动阀8，第一进水管7为施肥结束后进行设备反冲洗，过滤器20置于柱塞泵22的柱塞泵进口管道21，用于过滤肥液中的不溶解物质，柱塞泵出口管道26连通灌溉主管3。控制柜33包括电路保护器、继电器、变频器等。控制台34由触摸显示屏35、启动按钮36和停止按钮37组成。触摸显示屏35用来显示和设定灌溉、施肥相关参数。

在上述各实施例的基础上，所述信号采集机构包括设于所述柱塞泵施肥机的柱塞泵出口管道26上的第二压力传感器23、第二流量传感器24和第二电导率传感器25，设于所述灌溉主管3上的第一压力传感器27、第一流量传感器28和第一电导率传感器29，以及设于所述肥料桶15内的液位传感器14。

在本实施例中，还通过在各个管道中设置传感器，检测管道中液体的参数，以进行灌溉或施肥过程的监测，具体的，包括在柱塞泵施肥机的柱塞泵出口管道26上的第二压力传感器23、第二流量传感器24和第二电导率传感器25，用于监测柱塞泵施肥机抽送的混合肥液的压力、流量和电导率；以及设于灌溉主管3上的第二压力传感器27、第一流量传感器28和第一电导率传感器29，用于监测灌溉主管3内灌溉营养液的压力、流量和电导率；最终这些数据会传送至控制机构，控制机构根据信号采集机构的采集数据，对动力机构进行控制，实现灌溉和施肥。且在本实施例中，在进行施肥时，第一压力传感器27、第一流量传感器28和第一电导率传感器29位于第二压力传感器23、第二流量传感器24和第二电导率传感器25的下游处。在本实施例中，上述第一进水管7为冲洗管，为施肥结束后进行设备反冲洗。

在上述各实施例的基础上，在上述各实施例的基础上，所述控制机构包括灌溉单元、施肥单元和反馈调节单元；

所述灌溉单元包括预设的灌溉模型，所述灌溉模型连接所述第一流量传感器28，且所述灌溉模型连接所述灌溉主管3的灌溉水泵2，所述灌溉模型用于基于所述第一流量传感器28采集的第一流量数据，控制所述灌溉水泵2进行灌溉量的调整；

所述施肥单元包括预设的施肥模型，所述施肥模型连接所述第二流量传感器24、第二压力传感器23、第二电导率传感器25、第一流量传感器28、第一压力传感器27和第一电导率传感器29，所述施肥单元用于基于信号采集机构的采集数据，控制调整所述灌溉主管3内的肥料浓度和肥料流量；

所述反馈调节单元，用于获取所述第一电导率传感器29采集的第一电导率值与预设电导率值的偏差值偏离预设偏差阈值时，并基于所述偏差值调整柱塞泵施肥机的电源频率，以使所述偏差值在预设偏差阈值内，可设定手动/自动模式。

在本实施例中，控制机构还包括控制面板，控制面板上设置有种植作物类型选择键、土壤类型选择键、灌溉方式选择键、用于调节灌溉量的的灌溉水泵2电源频率选择键、用于设定所述施肥单元中电导率值的电导率设定键以及用于调节柱塞式注肥泵电源频率的电源频率键。

搅拌电机12的搅拌频率、搅拌时间和停止时间均可通过控制面板设置，可选择手动/自动模式。可通过控制面板设置不同注肥电动阀19的启闭，三个注肥电动阀19可同时开启，也可只开启一个或者两个注肥电动阀19，以全部或部分向进肥管道18注入肥料。

在本实施例中，灌溉单元包括与灌溉量相关的灌溉模型，所述灌溉模型与置于所述主进水管的第二流量传感器24相连，所述灌溉模型与所述灌溉水泵2相连，所述灌溉水泵2还与所述灌溉水泵2电源频率选择键相连。

施肥单元包括用于反映灌溉主管3电导率与所述主管流量、压力、施肥机柱塞泵施肥机转速的相关性的施肥模型，第一电导率传感器29、第一流量传感器28、第二压力传感器27、电导率设定键和设置于柱塞泵出口管道26上的第二电导率传感器25均与施肥模型相连，施肥模型与柱塞泵施肥机相连。

在上述各实施例的基础上，所述施肥模块包括第一模块和第二模块；

所述第一模块用于基于所述第一电导率传感器29测得的第一电导率值获取灌溉主管3内的实时肥料浓度；并获取所述肥料质量浓度与所述第一流量传感器28测得的主管流量(第一流量)、第二流量传感器24测得的柱塞式注肥泵的出肥流量(第二流量)和实时肥料浓度的关系；

所述第二模块用于基于柱塞泵施肥机的出肥流量与电源频率及灌溉主管3压力之间的关系，控制调整所述动力机构以使灌溉主管3内的实时肥料浓度达到期望肥料质量浓度。

在上述各实施例的基础上，所述第一电导率与灌溉主管3的实时肥料质量浓度的关系为：

C＝a·K²+bK

上式中，C为灌溉主管3的实时肥料浓度；K为第一电导率；a，b为已知权重系数；对于不同的氮、磷、钾配比，a、b不同。

所述灌溉主管3内实时肥料浓度与所述第一流量传感器28测得的灌溉主管3流量(第一流量)、第二流量传感器24测得的柱塞泵施肥机的出肥流量(第二流量)以及肥料质量、配肥时水的质量之间的关系为：

上式中，Q为柱塞泵施肥机的出肥流量；Q₀为灌溉水泵2输出的流量；m为氮磷钾复合肥肥料的有效成分质量；m₀为配肥时水的质量；

单缸额定流量为300L/h的柱塞泵施肥机的出肥流量与电源频率及灌溉主管3压力之间的关系为：

Q＝0.56f·P+7.15f-91.22P+3.72

上式中，P为灌溉主管3压力；f柱塞泵施肥机的电源频率。该数据由试验测得并进行拟合。

综上所述，本发明实施例提供了一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法和系统，通过建立灌溉施肥模型，可准确控制灌水量、施肥量、肥液浓度，实现大田作物的精准灌溉施肥，该系统灌溉施肥模型简单，流量误差低于1％，控制精度高、调节方便且系统响应时间短，具有工作稳定、持久耐用、安全可靠等优点。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种大田作物的精准灌溉施肥控制方法，其特征在于，包括：

基于设定的所述第一电导率与所述灌溉主管内的实时肥料浓度的关系，以及所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管内的实时肥料浓度；

所述第一电导率与灌溉主管的实时肥料浓度的关系为：

C＝a·K²+bK

上式中，Q为第二流量；Q₀为第一流量；m为配肥时纯氮肥料、纯磷肥料和/或纯钾肥料的质量；m₀为配肥时水的质量。

2.根据权利要求1所述的大田作物的精准灌溉施肥控制方法，其特征在于，所述施肥机为柱塞泵施肥机，所述柱塞泵施肥机输出的第二流量与电源频率及灌溉主管压力之间的关系为：

Q＝n·f·P+x·f+y·P+z

上式中，P为灌溉主管压力；f为柱塞泵施肥机的电源频率；n、x、y、z为已知权重系数。

3.根据权利要求2所述的大田作物的精准灌溉施肥控制方法，其特征在于，还包括：

4.一种大田作物的精准灌溉施肥控制系统，其特征在于，包括灌溉主管以及与所述灌溉主管连通的注肥管路，所述灌溉主管上设有灌溉水泵，所述注肥管路上设有柱塞泵施肥机；还包括信号采集机构和控制机构；

所述控制机构用于基于设定的所述第一电导率与所述灌溉主管内的实时肥料浓度的关系，以及所述肥料质量浓度、所述第一流量、所述第二流量及所述实时肥料浓度的关系，控制所述注肥管路上的柱塞泵施肥机改变所述第二流量，以调整灌溉主管内的实时肥料浓度；

所述第一电导率与灌溉主管的实时肥料浓度的关系为：

C＝a·K²+bK

5.根据权利要求4所述的大田作物的精准灌溉施肥控制系统，其特征在于，所述柱塞泵施肥机的进口管道连接有多个肥料桶；

所述第二进水管与所述进口管道间还连接有第一进水管。

6.根据权利要求5所述的大田作物的精准灌溉施肥控制系统，其特征在于，所述柱塞泵施肥机的出口管道连接所述灌溉主管，且柱塞泵施肥机的出口管道与所述灌溉主管连接处位于所述第二进水管与所述灌溉主管连接处的下游。

7.根据权利要求5所述的大田作物的精准灌溉施肥控制系统，其特征在于，所述肥料桶为单质肥料桶，所述肥料桶包括用于存储氮单质肥液的第一单质肥料桶、用于存储磷单质肥液的第二单质肥料桶和用于存储钾单质肥液的第三单质肥料桶。

8.根据权利要求5所述的大田作物的精准灌溉施肥控制系统，其特征在于，所述柱塞泵施肥机包括柱塞泵、注肥电动阀、冲洗电动阀、过滤器、控制柜和控制台；所述柱塞泵、注肥电动阀、冲洗电动阀、过滤器、控制柜和控制台设于箱体内，所述第一进水管连接所述柱塞泵的进口管道，所述注肥电动阀设于所述进肥管道上，所述冲洗电动阀设于所述第一进水管上，所述过滤器设于柱塞泵进口管道上，所述控制柜包括电路保护器、继电器和变频器，所述控制台包括触摸显示屏、启动按钮和停止按钮。

9.根据权利要求5所述的大田作物的精准灌溉施肥控制系统，其特征在于，所述信号采集机构包括设于所述柱塞泵施肥机的出口管道上的第二压力传感器、第二流量传感器和第二电导率传感器，设于所述灌溉主管上的第一压力传感器、第一流量传感器和第一电导率传感器，以及设于所述肥料桶内的液位传感器。