CN112020975A - 基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法，包括数据分析中心和水肥一体化装置，所述数据分析中心包括控制器模块、数据采集中心和水肥一体化控制模块，控制器模块的输入端与数据采集中心电性连接，控制器模块的出输出端与水肥一体化控制模块连接，水肥一体化控制模块与水肥一体化装置电性连接。本发明提出的基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法，通过控制器模块将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，摄像头拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆的移动路径，根据不同的农作物高度和种植距离，控制器模块制定喷淋计划，PLC控制器控制第一电机和第二电机工作，实现喷淋横杆工作。

Description

基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法

技术领域

本发明涉及水肥一体化技术领域，特别涉及基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法。

背景技术

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，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，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，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。这项技术的优点是灌溉施肥的肥效快，养分利用率提高，目前的水肥一体化灌溉系统大多是对土地的农作物统一控制进行水肥灌溉，一般只适用于对农作的且处于同一生长阶段的农作物进行水肥灌溉，但目前一片土地上一般会栽种多种不同的农作物，不同农作物种植密度不同，在不同生长阶段的株高等生长指标也不同，使得需要灌溉水肥量和水肥浓度都存在不同，单一的灌溉方式往往难以适应不同种植密度、株高、冠层直径的作物的灌水及施肥需求，因此，传统的水肥一体化灌溉系统难以满足不同作物在不同生长阶段对不同灌溉方式的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法，通过控制器模块将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，摄像头拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆的移动路径，根据不同的农作物高度和种植距离，控制器模块制定喷淋计划，PLC控制器控制第一电机和第二电机工作，实现喷淋横杆工作，水肥一体化装置由支撑架、移动轨道和喷淋横杆构成，喷淋横杆能够水平移动和上下移动，能够根据农作物高度和种植距离调整喷淋位置，适用于不同类型的农作物，使用范围广，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于物联网的水肥一体化系统，包括数据分析中心和水肥一体化装置，所述数据分析中心包括控制器模块、数据采集中心和水肥一体化控制模块，控制器模块的输入端与数据采集中心电性连接，控制器模块的出输出端与水肥一体化控制模块连接，水肥一体化控制模块与水肥一体化装置电性连接，所述水肥一体化装置包括支撑架、移动轨道和喷淋横杆和水肥一体箱，所述水肥一体箱与支撑架的一侧固定连接，支撑架内啮合有移动轨道，移动轨道上活动连接喷淋横杆。

优选的，所述数据采集中心包括土壤湿度传感器、肥料浓度传感器和流量传感器，土壤湿度传感器埋设在种植田中，肥料浓度传感器安装在水肥一体箱内，流量传感器设置在喷淋横杆内。

优选的，所述数据采集中心还包括摄像头，摄像头与控制器模块电性连接。

优选的，所述水肥一体化控制模块包括水泵电磁阀、比例施肥器、过滤器和PLC控制器，水泵电磁阀、比例施肥器和过滤器均安装在水肥一体箱内。

优选的，所述支撑架的一侧开设有滑槽，滑槽内安装有螺纹柱，螺纹柱的上端贯穿支撑架，并连接有第一电机。

优选的，所述移动轨道包括端部连接轨道和中间连接轨道，端部连接轨道靠近支撑架的一端连接有螺纹套，螺纹套与支撑架活动连接，端部连接轨道和中间连接轨道上表面的中间位置上固定连接有凸出齿纹，凸出齿纹的两侧对称连接有滑轨，滑轨与喷淋横杆活动连接，端部连接轨道的一端和中间连接轨道的两端分别连接有凸出插柱，凸出插柱的一侧开设有凹槽，中间连接轨道和端部连接轨道通过凸出插柱和凹槽卡合连接。

优选的，所述喷淋横杆的下表面等距离的连接有喷淋头，喷淋横杆两端的下表面固定连接有滑块，滑块的一侧固定连接有第二电机，第二电机的输出端贯穿滑块，并连接有齿轮滑块与滑轨活动连接，齿轮设置在滑块之间，且齿轮与凸出齿纹啮合，喷淋横杆的一端连接有进水管，进水管的一端与水肥一体箱连通。

优选的，所述水肥一体箱上表面的一端连接有肥料箱，水肥一体箱上表面的另一端连接有管道绕卷辊，管道绕卷辊与进水管绕接，水肥一体箱的一侧设置有进水端，进水端上安装有电磁阀，水肥一体箱的内部设置有水泵，水泵的输出端连接有与进水管连接。

本发明要解决的另一技术问题是提供基于物联网的水肥一体化系统的实施方法，包括如下步骤：

S1：土壤湿度传感器埋设在种植田中，肥料浓度传感器设置在水肥一体箱内，流量传感器安装在喷淋横杆的内，通过土壤湿度传感器、肥料浓度传感器和流量传感器分别检测土壤湿度、肥料浓度和流量；

S2：控制器模块将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，比例施肥器控制肥料箱放料，调配水肥浓度，PLC控制器分别与第一电机和第二电机电性连接，控制第一电机和第二电机工作；

S3：第一电机工作，带动移动轨道上移位置，直至移动轨道移动至支撑架的顶端，第二电机工作，带动喷淋横杆横向移动，摄像头拍摄种植地面上的农作物画面，并将拍摄结果传送至控制器模块，通过图像处理技术，获取摄像头拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆的移动路径；

S4：在确定各参数后，水泵电磁阀控制水泵向进水管喷水，第一电机和第二电机同时工作，第一电机带动喷淋横杆向上下移动，第二电机带动喷淋横杆水平移动，保证喷淋横杆移动至每排农作物的根部位置进行喷淋施肥。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法，通过控制器模块将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，摄像头拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆的移动路径，根据不同的农作物高度和种植距离，控制器模块制定喷淋计划，PLC控制器控制第一电机和第二电机工作，实现喷淋横杆工作，水肥一体化装置由支撑架、移动轨道和喷淋横杆构成，喷淋横杆能够水平移动和上下移动，能够根据农作物高度和种植距离调整喷淋位置，适用于不同类型的农作物，使用范围广。

附图说明

图1为本发明的模块结构图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为本发明的支撑架结构图；

图4为本发明的移动轨道结构图；

图5为本发明的中间连接轨道结构图；

图6为本发明的喷淋横杆结构图；

图7为本发明的喷淋横杆部分结构图。

图中：1、数据分析中心；11、控制器模块；12、数据采集中心；121、土壤湿度传感器；122、肥料浓度传感器；123、流量传感器；124、摄像头；13、水肥一体化控制模块；131、水泵电磁阀；132、比例施肥器；133、PLC控制器；2、水肥一体化装置；21、支撑架；211、滑槽；212、螺纹柱；213、第一电机；22、移动轨道；221、端部连接轨道；2211、螺纹套；2212、凸出齿纹；2213、滑轨；2214、凸出插柱；2215、凹槽；222、中间连接轨道；23、喷淋横杆；231、喷淋头；232、滑块；233、齿轮；234、进水管；235、第二电机；24、水肥一体箱；241、肥料箱；242、管道绕卷辊。

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。

请参阅图1-图2，基于物联网的水肥一体化系统，包括数据分析中心1和水肥一体化装置2，数据分析中心1包括控制器模块11、数据采集中心12和水肥一体化控制模块13，控制器模块11的输入端与数据采集中心12电性连接，数据采集中心12包括土壤湿度传感器121、肥料浓度传感器122和流量传感器123，土壤湿度传感器121埋设在种植田中，用于实时监测土壤湿度，找准施肥时机，肥料浓度传感器122安装在水肥一体箱24内，肥料浓度传感器122监测肥料浓度，流量传感器123设置在喷淋横杆23内，监测喷洒流量，数据采集中心12还包括摄像头124，摄像头124与控制器模块11电性连接，摄像头124用于拍摄种植地的种植农作物，通过图像处理技术，获取农作物的种类和农作物的间距，从而控制喷淋的路径，控制器模块11的出输出端与水肥一体化控制模块13连接，水肥一体化控制模块13与水肥一体化装置2电性连接，水肥一体化控制模块13包括水泵电磁阀131、比例施肥器132、过滤器和PLC控制器133，水泵电磁阀131、比例施肥器132和过滤器均安装在水肥一体箱24内，水泵电磁阀131控制水泵开启或者关闭，比例施肥器132用于控制水肥的混合比例，过滤器安装在进水管234的一端，用于过滤未完全融化的肥料，防止堵塞进水管234。

请参阅图2-图3，水肥一体化装置2包括支撑架21、移动轨道22、喷淋横杆23和水肥一体箱24，水肥一体箱24与支撑架21的一侧固定连接，支撑架21内啮合有移动轨道22，移动轨道22上活动连接喷淋横杆23，支撑架21的一侧开设有滑槽211，滑槽211内安装有螺纹柱212，螺纹柱212与螺纹套2211啮合，第一电机213工作带动螺纹柱212旋转，螺纹柱212带动螺纹套2211上下移动，螺纹柱212的上端贯穿支撑架21，并连接有第一电机213。

请参阅图4-图5，移动轨道22包括端部连接轨道221和中间连接轨道222，中间连接轨道222至少为一个，根据种植地的长度需要，可以增加中间连接轨道222的数量，延长中间连接轨道222移动路径，端部连接轨道221靠近支撑架21的一端连接有螺纹套2211，螺纹套2211与支撑架21活动连接，端部连接轨道221和中间连接轨道222上表面的中间位置上固定连接有凸出齿纹2212，凸出齿纹2212的两侧对称连接有滑轨2213，滑轨2213与喷淋横杆23活动连接，端部连接轨道221的一端和中间连接轨道222的两端分别连接有凸出插柱2214，凸出插柱2214的一侧开设有凹槽2215，中间连接轨道222和端部连接轨道221通过凸出插柱2214和凹槽2215卡合连接。

请参阅图6-图7，喷淋横杆23的下表面等距离的连接有喷淋头231，喷淋横杆23两端的下表面固定连接有滑块232，滑块232的一侧固定连接有第二电机235，第二电机235的输出端贯穿滑块232，并连接有齿轮233，滑块232与滑轨2213活动连接，齿轮233设置在滑块232之间，且齿轮233与凸出齿纹2212啮合，喷淋横杆23的一端连接有进水管234，进水管234的一端与水肥一体箱24连通，第二电机235工作带动齿轮233旋转，齿轮233在凸出齿纹2212上移动位置。

请参阅图3，水肥一体箱24上表面的一端连接有肥料箱241，水肥一体箱24上表面的另一端连接有管道绕卷辊242，管道绕卷辊242与进水管234绕接，水肥一体箱24的一侧设置有进水端，进水端上安装有电磁阀，水肥一体箱24的内部设置有水泵，水泵的输出端连接有与进水管234连接。

为了更好的展现基于物联网的水肥一体化系统的实施流程，本实施例现提出基于物联网的水肥一体化系统的实施方法，包括以下步骤：

步骤一：土壤湿度传感器121埋设在种植田中，肥料浓度传感器122设置在水肥一体箱24内，流量传感器123安装在喷淋横杆23的内，通过土壤湿度传感器121、肥料浓度传感器122和流量传感器123分别检测土壤湿度、肥料浓度和流量；

步骤二：控制器模块11将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，比例施肥器132控制肥料箱241放料，调配水肥浓度，PLC控制器133分别与第一电机213和第二电机235电性连接，控制第一电机213和第二电机235工作；

步骤三：第一电机213工作，带动移动轨道22上移位置，直至移动轨道22移动至支撑架21的顶端，第二电机235工作，带动喷淋横杆23横向移动，摄像头124拍摄种植地面上的农作物画面，并将拍摄结果传送至控制器模块11，通过图像处理技术，获取摄像头124拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆23的移动路径；

步骤四：在确定各参数后，水泵电磁阀131控制水泵向进水管234喷水，第一电机213和第二电机235同时工作，第一电机213带动喷淋横杆23向上下移动，第二电机235带动喷淋横杆23水平移动，保证喷淋横杆23移动至每排农作物的根部位置进行喷淋施肥。

综上所述：本基于物联网的水肥一体化系统及其实施方法，通过控制器模块11将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，摄像头124拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆23的移动路径，根据不同的农作物高度和种植距离，控制器模块11制定喷淋计划，PLC控制器133控制第一电机213和第二电机235工作，实现喷淋横杆23工作，水肥一体化装置2由支撑架21、移动轨道22和喷淋横杆23构成，喷淋横杆23能够水平移动和上下移动，能够根据农作物高度和种植距离调整喷淋位置，适用于不同类型的农作物，使用范围广。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于物联网的水肥一体化系统，包括数据分析中心(1)和水肥一体化装置(2)，其特征在于：所述数据分析中心(1)包括控制器模块(11)、数据采集中心(12)和水肥一体化控制模块(13)，控制器模块(11)的输入端与数据采集中心(12)电性连接，控制器模块(11)的出输出端与水肥一体化控制模块(13)连接，水肥一体化控制模块(13)与水肥一体化装置(2)电性连接，所述水肥一体化装置(2)包括支撑架(21)、移动轨道(22)和喷淋横杆(23)和水肥一体箱(24)，所述水肥一体箱(24)与支撑架(21)的一侧固定连接，支撑架(21)内啮合有移动轨道(22)，移动轨道(22)上活动连接喷淋横杆(23)。

2.如权利要求1所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述数据采集中心(12)包括土壤湿度传感器(121)、肥料浓度传感器(122)和流量传感器(123)，土壤湿度传感器(121)埋设在种植田中，肥料浓度传感器(122)安装在水肥一体箱(24)内，流量传感器(123)设置在喷淋横杆(23)内。

3.如权利要求2所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述数据采集中心(12)还包括摄像头(124)，摄像头(124)与控制器模块(11)电性连接。

4.如权利要求1所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述水肥一体化控制模块(13)包括水泵电磁阀(131)、比例施肥器(132)、过滤器和PLC控制器(133)，水泵电磁阀(131)、比例施肥器(132)和过滤器均安装在水肥一体箱(24)内。

5.如权利要求1所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述支撑架(21)的一侧开设有滑槽(211)，滑槽(211)内安装有螺纹柱(212)，螺纹柱(212)的上端贯穿支撑架(21)，并连接有第一电机(213)。

6.如权利要求1所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述移动轨道(22)包括端部连接轨道(221)和中间连接轨道(222)，端部连接轨道(221)靠近支撑架(21)的一端连接有螺纹套(2211)，螺纹套(2211)与支撑架(21)活动连接，端部连接轨道(221)和中间连接轨道(222)上表面的中间位置上固定连接有凸出齿纹(2212)，凸出齿纹(2212)的两侧对称连接有滑轨(2213)，滑轨(2213)与喷淋横杆(23)活动连接，端部连接轨道(221)的一端和中间连接轨道(222)的两端分别连接有凸出插柱(2214)，凸出插柱(2214)的一侧开设有凹槽(2215)，中间连接轨道(222)和端部连接轨道(221)通过凸出插柱(2214)和凹槽(2215)卡合连接。

7.如权利要求6所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述喷淋横杆(23)的下表面等距离的连接有喷淋头(231)，喷淋横杆(23)两端的下表面固定连接有滑块(232)，滑块(232)的一侧固定连接有第二电机(235)，第二电机(235)的输出端贯穿滑块(232)，并连接有齿轮(233)滑块(232)与滑轨(2213)活动连接，齿轮(233)设置在滑块(232)之间，且齿轮(233)与凸出齿纹(2212)啮合，喷淋横杆(23)的一端连接有进水管(234)，进水管(234)的一端与水肥一体箱(24)连通。

8.如权利要求7所述的基于物联网的水肥一体化系统，其特征在于：所述水肥一体箱(24)上表面的一端连接有肥料箱(241)，水肥一体箱(24)上表面的另一端连接有管道绕卷辊(242)，管道绕卷辊(242)与进水管(234)绕接，水肥一体箱(24)的一侧设置有进水端，进水端上安装有电磁阀，水肥一体箱(24)的内部设置有水泵，水泵的输出端连接有与进水管(234)连接。

9.如权利要求1-8任一项所述的基于物联网的水肥一体化系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：土壤湿度传感器(121)埋设在种植田中，肥料浓度传感器(122)设置在水肥一体箱(24)内，流量传感器(123)安装在喷淋横杆(23)的内，通过土壤湿度传感器(121)、肥料浓度传感器(122)和流量传感器(123)分别检测土壤湿度、肥料浓度和流量；

S2：控制器模块(11)将数据收集，并进行计算，获得水肥一体化的参数，比例施肥器(132)控制肥料箱(241)放料，调配水肥浓度，PLC控制器(133)分别与第一电机(213)和第二电机(235)电性连接，控制第一电机(213)和第二电机(235)工作；

S3：第一电机(213)工作，带动移动轨道(22)上移位置，直至移动轨道(22)移动至支撑架(21)的顶端，第二电机(235)工作，带动喷淋横杆(23)横向移动，摄像头(124)拍摄种植地面上的农作物画面，并将拍摄结果传送至控制器模块(11)，通过图像处理技术，获取摄像头(124)拍摄的种植物种类和农作物的距离，计算喷淋横杆(23)的移动路径；

S4：在确定各参数后，水泵电磁阀(131)控制水泵向进水管(234)喷水，第一电机(213)和第二电机(235)同时工作，第一电机(213)带动喷淋横杆(23)向上下移动，第二电机(235)带动喷淋横杆(23)水平移动，保证喷淋横杆(23)移动至每排农作物的根部位置进行喷淋施肥。

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