CN113692949A - 一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统及方法，系统包括供水模块和灌溉终端，灌溉终端与供水模块之间通过供水管道连接，还包括连接在供水管道上的肥药集成供给模块，肥药集成供给模块包括供肥子模块和供药子模块；设置在供水管道上的供热模块，包括设置在供水管道内的温度传感器和电热水棒，温度传感器与电热水棒的控制器连接；连接在供水管道上的供气模块包括产生气体的供气装置、连接在供气装置输出端的气体过滤装置、连接在气体过滤装置输出端的微纳米气泡水发生装置、连接在微纳米气泡水发生装置输出端的气体流量计。
Description
技术领域
本发明属于农作物灌溉技术领域，特别涉及一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统及方法。
背景技术
随着水资源供需矛盾的日益加剧，各国都十分重视发展节水型农业。发达国家除普遍采用喷灌、滴灌、微灌等先进的节水灌溉技术外，还应用先进的自动化控制技术实施精确灌溉，以作物实际需水为依据，以物联网技术为手段，提高灌溉精准度，实施合理的灌溉制度，提高灌溉水资源的利用率。无线智能自动化灌溉能够提高灌溉管理水平，改变人为操作的随意性，同时智能控制灌溉能够减少灌溉用工，降低维护和管理成本，显著提高效益。因此，推广实施智能自动化控制灌溉，改变目前普遍存在的粗放灌水方式，提高灌溉水利用率，是有效解决灌溉节水问题的必要措施之一。
目前，现有技术中的智慧灌溉系统大部分为功能单一的灌溉系统，比如自动水温灌溉系统或自动施肥灌溉系统，尚无一种集水肥气药热为一体的灌溉系统，而农作物灌溉需要水肥气药热的综合调节灌溉，所以，本发明设计了一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统及方法。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统及方法，可以同时实现水肥气药热的同步调节灌溉。
本发明的技术方案是：一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，包括供水模块和灌溉终端，所述灌溉终端与供水模块之间通过供水管道连接，其特征在于，还包括：
肥药集成供给模块，连接在所述供水管道上，用于在灌溉水中加入肥料和药物，肥药集成供给模块包括供肥子模块和供药子模块，所述供肥子模块包括灌装有水溶肥母液的供肥装置、与所述供肥装置连接用于控制出肥量的第一无线电电磁阀控制器、连接在所述第一无线电电磁阀控制器输出端的第一压力传感器和第一计量传感器；所述供药子模块包括灌装有药液的供药装置、与所述供药装置连接用于控制出药量的第二无线电电磁阀控制器、接在所述第二无线电电磁阀控制器输出端的第二压力传感器和第二计量传感器；
供热模块，设置在供水管道上，用于调节灌溉水的温度，供热模块包括设置在供水管道内的温度传感器和电热水棒，所述温度传感器与所述电热水棒的控制器连接，用于根据灌溉水实时水温控制电热水棒的加热功率；
供气模块，连接在所述供水管道上，用于调节灌溉水的溶氧量，供气模块包括产生气体的供气装置、连接在所述供气装置输出端用于过滤气体中杂质的气体过滤装置、连接在所述气体过滤装置输出端用于产生微纳米气泡的微纳米气泡水发生装置、连接在所述微纳米气泡水发生装置输出端的气体流量计。
进一步地，所述供水模块包括：
增压泵，与供水水源连接，用于增加供水压力；
供水压力传感器，设置在所述供水管道的入水端内部，用于监测供水端压力，供水压力传感器与所述增压泵的控制器连接，用于根据供水管道实时供水压力调节增压泵的增压功率；
过滤装置，设置在供水管道的入水端侧，用于对供水水源进行过滤。
进一步地，所述过滤装置包括依次设置的反冲洗砂石过滤器和反冲洗叠片过滤器。
进一步地，所述灌溉终端包括滴灌终端和喷灌终端。
进一步地，所述供水管道的出水端内部设有溶解氧测量仪，所述溶解氧测量仪与所述供气装置、微纳米气泡水发生装置分别连接，用于根据出水溶解氧浓度调节供气装置和微纳米气泡水发生装置的工作功率。
进一步地，所述供水管道的出水端还设有用于控制供水管道出水端出水的第三无线电磁阀控制器、用于监测出水量的第三计量传感器和出水压力传感器。
进一步地，所述肥药集成供给模块与供水管道连接处设有止回阀。
进一步地，所述供肥装置与第一无线电电磁阀控制器连接处、供药装置与第二无线电电磁阀控制器连接处分别设有网式过滤器，用于过滤水溶肥母液、药液中的杂质。
上述一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统的灌溉方法，包括以下步骤：
S1：基础灌溉
供水模块的增压泵将水源增压后送入供水管道，经过滤装置过滤后传输至供水管道出水端的灌溉终端进行灌溉，供水压力传感器和出水压力传感器分别检测供水压力和出水压力并反馈至增压泵，增压泵调节供水压力以满足灌溉压力需求；
S2：肥药灌溉
在S1的灌溉基础上，由肥药集成供给模块的供肥子模块和供药子模块向供水管道内供给肥液和药液，肥液和药液被供水管道内的水稀释后供灌溉终端进行灌溉，肥液和药液的单位时间内添加量由供水管道内水的流量决定；
S3：增温灌溉
在S1或S2的灌溉基础上，供热模块的温度传感器监测供水管道内水的温度，并将监测结果发送至电热水棒的控制器，电热水棒控制器根据供水管道内水的实时温度与系统设定灌溉水温度对比，开启电热水棒对供水管道内水进行加热；
S4：增氧灌溉
在S1、S2或S3的灌溉基础上，供气模块的溶解氧测量仪监测供水管道内水的溶解氧浓度，并将监测结果发送至供气装置和微纳米气泡水发生装置的控制器中，根据系统设定灌溉水溶解氧浓度调节供气装置和微纳米气泡水发生装置的工作功率，以提高或降低水中溶解氧浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统及方法，该系统及方法能够实现大中小型灌区精准灌溉、自动灌溉、智慧灌溉，解决了作物生长发育过程中缺水、缺肥、缺氧、缺药及灌溉水温度低的难题，增加了土壤肥力质量与作物根区氧气含量，避免了作物特别是多年生牧草因长期缺少翻耕及刈割、打捆等作业车辆碾压造成的土壤板结现象，增加了作物根区土壤透气性，有利于作物根系呼吸，提供了作物水肥气药热一体化智慧灌溉管控的标准化和平台化样板。
附图说明
图1为本发明的管控系统结构框图。
其中，1-供水模块、11-增压泵、12-供水压力传感器、13-过滤装置、2-灌溉终端、21-滴灌终端、22-喷灌终端、3-肥药集成供给模块、31-供肥子模块、311-供肥装置、312-第一无线电电磁阀控制器、313-第一压力传感器、314-第一计量传感器、32-供药子模块、321-供药装置、322-第二无线电电磁阀控制器、323-第二压力传感器、324-第二计量传感器、4-供热模块、41-温度传感器、42-电热水棒、5-供气模块、51-供气装置、52-气体过滤装置、53-微纳米气泡水发生装置、54-气体流量计、55-溶解氧测量仪、6-第三无线电磁阀控制器、7-第三计量传感器、8-出水压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例：如图1所示，一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，包括供水模块1、灌溉终端2、肥药集成供给模块3、供热模块4和供气模块5。其中，
供水模块1包括：增压泵11，与供水水源连接，用于增加供水压力；供水压力传感器12，设置在供水管道的入水端内部，用于监测供水端压力，供水压力传感器12与增压泵11的控制器连接，用于根据供水管道实时供水压力调节增压泵11的增压功率；过滤装置13，设置在供水管道的入水端侧，用于对供水水源进行过滤，过滤装置13包括依次设置的反冲洗砂石过滤器和反冲洗叠片过滤器；
灌溉终端2与供水模块1之间通过供水管道连接，灌溉终端2包括滴灌终端21和喷灌终端22；
肥药集成供给模块3连接在供水管道上，用于在灌溉水中加入肥料和药物，肥药集成供给模块3与供水管道连接处设有止回阀，肥药集成供给模块3包括供肥子模块31和供药子模块32，供肥子模块31包括灌装有水溶肥母液的供肥装置311、与供肥装置311连接用于控制出肥量的第一无线电电磁阀控制器312、连接在第一无线电电磁阀控制器312输出端的第一压力传感器313和第一计量传感器314；供药子模块32包括灌装有药液的供药装置321、与供药装置321连接用于控制出药量的第二无线电电磁阀控制器322、接在第二无线电电磁阀控制器322输出端的第二压力传感器323和第二计量传感器324，供肥装置311与第一无线电电磁阀控制器312连接处、供药装置321与第二无线电电磁阀控制器322连接处分别设有网式过滤器，用于过滤水溶肥母液、药液中的杂质；
供热模块4设置在供水管道上，用于调节灌溉水的温度，供热模块4包括设置在供水管道内的温度传感器41和电热水棒42，温度传感器41与电热水棒42的控制器连接，用于根据灌溉水实时水温控制电热水棒42的加热功率；
供气模块5连接在供水管道上，用于调节灌溉水的溶氧量，供气模块5包括产生气体的供气装置51、连接在供气装置51输出端用于过滤气体中杂质的气体过滤装置52、连接在气体过滤装置52输出端用于产生微纳米气泡的微纳米气泡水发生装置53、连接在微纳米气泡水发生装置53输出端的气体流量计54，供水管道的出水端内部设有溶解氧测量仪55，溶解氧测量仪55与供气装置51、微纳米气泡水发生装置53分别连接，用于根据出水溶解氧浓度调节供气装置51和微纳米气泡水发生装置53的工作功率；
供水管道的出水端还设有用于控制供水管道出水端出水的第三无线电磁阀控制器6、用于监测出水量的第三计量传感器7和出水压力传感器8。
上述实施例中一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统的灌溉方法，包括以下步骤：
S1：基础灌溉
供水模块1的增压泵11将水源增压后送入供水管道，经过滤装置13过滤后传输至供水管道出水端的灌溉终端2进行灌溉，供水压力传感器12和出水压力传感器8分别检测供水压力和出水压力并反馈至增压泵11，增压泵11调节供水压力以满足灌溉压力需求；
S2：肥药灌溉
在S1的灌溉基础上，由肥药集成供给模块3的供肥子模块31和供药子模块32向供水管道内供给肥液和药液，肥液和药液被供水管道内的水稀释后供灌溉终端2进行灌溉，肥液和药液的单位时间内添加量由供水管道内水的流量决定；
S3：增温灌溉
在S1或S2的灌溉基础上，供热模块4的温度传感器41监测供水管道内水的温度，并将监测结果发送至电热水棒42的控制器，电热水棒42控制器根据供水管道内水的实时温度与系统设定灌溉水温度对比，开启电热水棒42对供水管道内水进行加热；
S4：增氧灌溉
在S1、S2或S3的灌溉基础上，供气模块5的溶解氧测量仪55监测供水管道内水的溶解氧浓度，并将监测结果发送至供气装置51和微纳米气泡水发生装置53的控制器中，根据系统设定灌溉水溶解氧浓度调节供气装置51和微纳米气泡水发生装置53的工作功率，以提高或降低水中溶解氧浓度。
上述电子元件的具体型号未作特殊指定，均可以选用市售的普通产品，只要能够满足本发明的使用需求即可。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，包括供水模块(1)和灌溉终端(2)，所述灌溉终端(2)与供水模块(1)之间通过供水管道连接，其特征在于，还包括：
肥药集成供给模块(3)，连接在所述供水管道上，用于在灌溉水中加入肥料和药物，肥药集成供给模块(3)包括供肥子模块(31)和供药子模块(32)，所述供肥子模块(31)包括灌装有水溶肥母液的供肥装置(311)、与所述供肥装置(311)连接用于控制出肥量的第一无线电电磁阀控制器(312)、连接在所述第一无线电电磁阀控制器(312)输出端的第一压力传感器(313)和第一计量传感器(314)；所述供药子模块(32)包括灌装有药液的供药装置(321)、与所述供药装置(321)连接用于控制出药量的第二无线电电磁阀控制器(322)、接在所述第二无线电电磁阀控制器(322)输出端的第二压力传感器(323)和第二计量传感器(324)；
供热模块(4)，设置在供水管道上，用于调节灌溉水的温度，供热模块(4)包括设置在供水管道内的温度传感器(41)和电热水棒(42)，所述温度传感器(41)与所述电热水棒(42)的控制器连接，用于根据灌溉水实时水温控制电热水棒(42)的加热功率；
供气模块(5)，连接在所述供水管道上，用于调节灌溉水的溶氧量，供气模块(5)包括产生气体的供气装置(51)、连接在所述供气装置(51)输出端用于过滤气体中杂质的气体过滤装置(52)、连接在所述气体过滤装置(52)输出端用于产生微纳米气泡的微纳米气泡水发生装置(53)、连接在所述微纳米气泡水发生装置(53)输出端的气体流量计(54)。
2.如权利要求1所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述供水模块(1)包括：
增压泵(11)，与供水水源连接，用于增加供水压力；
供水压力传感器(12)，设置在所述供水管道的入水端内部，用于监测供水端压力，供水压力传感器(12)与所述增压泵(11)的控制器连接，用于根据供水管道实时供水压力调节增压泵(11)的增压功率；
过滤装置(13)，设置在供水管道的入水端侧，用于对供水水源进行过滤。
3.如权利要求2所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述过滤装置(13)包括依次设置的反冲洗砂石过滤器和反冲洗叠片过滤器。
4.如权利要求3所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述灌溉终端(2)包括滴灌终端(21)和喷灌终端(22)。
5.如权利要求4所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述供水管道的出水端内部设有溶解氧测量仪(55)，所述溶解氧测量仪(55)与所述供气装置(51)、微纳米气泡水发生装置(53)分别连接，用于根据出水溶解氧浓度调节供气装置(51)和微纳米气泡水发生装置(53)的工作功率。
6.如权利要求5所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述供水管道的出水端还设有用于控制供水管道出水端出水的第三无线电磁阀控制器(6)、用于监测出水量的第三计量传感器(7)和出水压力传感器(8)。
7.如权利要求6所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述肥药集成供给模块(3)与供水管道连接处设有止回阀。
8.如权利要求7所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统，其特征在于，所述供肥装置(311)与第一无线电电磁阀控制器(312)连接处、供药装置(321)与第二无线电电磁阀控制器(322)连接处分别设有网式过滤器，用于过滤水溶肥母液、药液中的杂质。
9.如权利要求8所述的一种水肥气药热一体化智慧灌溉管控系统的灌溉方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基础灌溉
供水模块(1)的增压泵(11)将水源增压后送入供水管道，经过滤装置(13)过滤后传输至供水管道出水端的灌溉终端(2)进行灌溉，供水压力传感器(12)和出水压力传感器(8)分别检测供水压力和出水压力并反馈至增压泵(11)，增压泵(11)调节供水压力以满足灌溉压力需求；
S2：肥药灌溉
在S1的灌溉基础上，由肥药集成供给模块(3)的供肥子模块(31)和供药子模块(32)向供水管道内供给肥液和药液，肥液和药液被供水管道内的水稀释后供灌溉终端(2)进行灌溉，肥液和药液的单位时间内添加量由供水管道内水的流量决定；
S3：增温灌溉
在S1或S2的灌溉基础上，供热模块(4)的温度传感器(41)监测供水管道内水的温度，并将监测结果发送至电热水棒(42)的控制器，电热水棒(42)控制器根据供水管道内水的实时温度与系统设定灌溉水温度对比，开启电热水棒(42)对供水管道内水进行加热；
S4：增氧灌溉
在S1、S2或S3的灌溉基础上，供气模块(5)的溶解氧测量仪(55)监测供水管道内水的溶解氧浓度，并将监测结果发送至供气装置(51)和微纳米气泡水发生装置(53)的控制器中，根据系统设定灌溉水溶解氧浓度调节供气装置(51)和微纳米气泡水发生装置(53)的工作功率，以提高或降低水中溶解氧浓度。
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