CN114667837A - 动态循环给肥装置及给肥方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种动态循环给肥装置及给肥方法。动态循环给肥装置包括给肥主管路和低压循环调节管路，所述低压循环调节管路以循环回路连接的方式接入所述给肥主管路，所述给肥主管路输出所需配比的肥水，其中所述低压循环调节管路在其连接至所述给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至所述给肥主管路的循环出口处增压，所述低压循环调节管路被配置为根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。本申请的方案结构简单紧凑成本低，操作简单，灵敏度高，控制精度高，可以实现不同配比肥料的精准控制。

Description

动态循环给肥装置及给肥方法

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，特别涉及一种动态循环给肥装置及给肥方法。

背景技术

在农业生产过程中，为了使农作物正常生长和提高产量，因此，在保证正常水分供给的同时，又需要搭配多种不同肥料进行施肥。上述施肥作业可由人工操作实现，但是人工施肥劳动强度大、作业效率低，各种肥料的配比和使用极不均匀，农作物吸收效率低。

目前市场上采用水肥一体机浇水和施肥的灌溉系统，现有的水肥一体机通常是将多种肥料一同加入至稀释桶中，肥料稀释完毕后再与清水混合，并一起输入滴灌或者喷灌系统中，从而进行同步浇水和施肥作业。但是，该种水肥一体机在具体使用中存在如下缺陷：该种水肥一体机适用于大规模土地灌溉，采取的是粗放式调配与输送，装置整体庞大，灌溉流量大，调配及输送精度较低，不太适合碎片式灌溉或个体式灌溉，难以做到小流量高精度调配与输送肥水，装置成本昂贵。

还有一些注肥系统采用文丘里注肥器，压力损失较大，吸肥效率受主管压力流量影响较大，灌溉时无法精准施肥。

此外，目前一些水肥机装置的自动化水平较低，大量工作还需要人工参与才能完成，人力成本投入较大；另外，目前的水肥机装置成本相对较高。

发明内容

本公开提供一种动态循环给肥装置及给肥方法，以解决背景技术中存在的一个或多个问题。

根据本公开，首先提供一种动态循环给肥装置，包括给肥主管路和低压循环调节管路，所述低压循环调节管路以循环回路连接的方式接入所述给肥主管路，所述给肥主管路输出所需配比的肥水，其中所述低压循环调节管路在其连接至所述给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至所述给肥主管路的循环出口处增压，所述低压循环调节管路被配置为根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。

根据本发明的一种实施方式，所述给肥主管路包括入口端和出口端，所述入口端被配置为输入水，所述出口端被配置为输出肥水。

根据本发明的一种实施方式，所述低压循环调节管路包括所述循环入口、所述循环出口、压力调节组件和给液及监测组件，所述循环入口连接至所述主管路的出口端附近，所述循环出口连接至所述主管路的入口端附近；所述压力调节组件包括增压元件和减压元件，所述增压元件设于所述循环出口附近，所述减压元件设于所述循环入口附近，所述给液及监测组件设于所述增压元件和减压元件之间。

根据本发明的一种实施方式，所述减压元件包括开度可调的启闭件，所述减压元件被配置为通过调节所述启闭件的开度将压力控制在一定范围内。

根据本发明的一种实施方式，所述给液及监测组件包括控制元件、注液元件及传感元件，所述注液元件和传感元件设于所述低压循环调节管路上，所述传感元件设于所述注液元件的上游；所述控制元件与所述注液元件和所述传感元件均电连接，被配置为根据所述传感器检测的肥水的特征值调节所述注液元件的出口端。

根据本发明的一种实施方式，所述控制元件根据所述传感元件检测的肥水的特征值调节所述注液元件的出口速度或启停。

根据本发明的一种实施方式，所述注液元件为容积泵。

根据本发明的一种实施方式，所述注液元件为蠕动泵。

根据本发明的一种实施方式，所述传感元件包括PH传感器模块和EC传感器模块；所述增压元件为增压泵；所述减压元件为减压阀；所述压力调节组件还包括排压阀，所述排压阀设于所述给液及监测组件的下游。

根据本发明的一种实施方式，所述给肥主管路内设有混合组件。

本发明还提出一种动态循环给肥方法，所述方法包括：

通过在给肥主管路接入低压循环调节管路以输出所需配比的肥水，其中所述低压循环调节管路在其连接至所述给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至所述给肥主管路的循环出口处增压，所述低压循环调节管路根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。

根据本发明的一种实施方式，所述进行压力可控减压包括:通过控制减压元件内的启闭件的开度来调节通过其的流量，进而使得通过所述减压元件的压力降低；通过借助减压元件降压后压力的作用调节所述启闭件的开度，以使得压力保持在一定范围内。

根据本发明的一种实施方式，所述流量的范围为0～12m³/h。

根据本发明的一种实施方式，所述低压循环调节管路根据监测到其管路中PH、EC中的一个或两个值控制注液元件向所述低压循环调节管路内注入需要液体的量；通过本地或远程控制的方式控制注液元件向其管路内注入需要液体的量；所述方法还包括将所述低压循环调节管路中多余的空气排出；所述方法还包括通过在给肥主管路设置串联连接的混合组件以混合其内的液体。

本申请提供的给肥装置结构简单紧凑成本低，操作简单，灵敏度高，控制精度高，可以实现不同配比肥料的精准控制，压降损失小，可解决因地势高低不平或水压不稳造成主管压力波动导致循环注液管路压力不匹配或压力不稳定的问题，本发明尤其适用于流量较小的灌溉需求，能够即时根据灌溉需求动态实现肥水的配比及灌溉，加肥量稳定，系统智能。

为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。

附图说明

下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：

图1示出根据本申请示例实施例的动态循环给肥装置结构示意图；

图2示出根据本申请示例实施例的动态循环给肥控制示意图。

附图标记列表：

10 给肥主管路

101 入口端

102 出口端

103 混合芯

20 低压循环调节管路

201 循环入口

202 循环出口

203 压力调节组件

2031 增压元件

2032 减压元件

2033 排压阀

204 给液及监测组件

2041 蠕动泵

2042 PH传感器模块

2043 EC传感器模块

2044 压力传感器模块

2045 肥料桶

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本发明的给肥装置将液体肥按土壤养分含量和作物种类的需求规律和特点，配兑成肥液与灌溉水动态即时混合，通过控制部分供肥水，可通过水肥机连接管道和喷滴头形成喷滴灌，以均匀、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。水肥装置可根据不同的植物的需肥需药特点，根据土壤环境和养分含量状况，根据植物不同生长期需水需肥需药规律情况，进行不同的需求设计，把水分、养分和农药等按比例精准直接提供给作物。

为了能够提供配比及输送精度更高的肥水，本发明通过在给肥主管路接入低压循环调节管路以输出所需配比的肥水，其中低压循环调节管路在其连接至给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至给肥主管路的循环出口处增压，低压循环调节管路根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。如此设计，使得低压循环调节管路不论主管路的压力如何起伏变化，都可以稳定地调节循环管路上的压力，使得在该管路上的注液不因阻力不定而受影响，从而能够实现注液的进准调控，最终实现高精度配比的肥水灌溉。而且本发明可以即时根据灌溉进行实时配比调控与灌溉输送，使得肥水质量稳定，作物吸收效率高。

需要说明的是，本发明中低压循环调节管路中的“低压”是相对于主管路的压力而言，在降压后的循环管路中的液体压力低于主管路中的液体的压力。

图1示出根据本申请一实施例的一种动态循环给肥装置的结构示意图。

如图1所示，动态循环给肥装置，主要包括：

给肥主管路10，包括入口端101和出口端102，所述入口端101被配置为输入水，所述出口端102被配置为输出肥水。

低压循环调节管路20，包括循环入口201、循环出口202、压力调节组件203和给液及监测组件204，循环入口201连接至主管路10的出口端102附近，循环出口202连接至主管路10的入口端101附近；压力调节组件203主要包括增压元件2031和减压元件2032，增压元件2031设于循环出口202附近，减压元件2032设于循环入口201附近，给液及监测组件204设于增压元件2031和减压元件2032之间。给液及监测组件204用于监测管路内肥水的特征值并进行实时调控给液种类及给液量，以使得肥水能够符合不同的灌溉需求。

根据本发明的一种实施方式，给液及监测组件204又主要包括控制元件、注液元件及传感元件。注液元件和传感元件设于低压循环调节管路上，传感元件设于注液元件的上游附近，以便能够及时调控需要向管路内注入的液体种类或流量。控制元件与注液元件和传感元件均电连接，被配置为根据传感器检测的肥水的特征值调节注液元件的出口端。比如，控制元件根据传感元件检测的肥水的特征值调节注液元件的出口速度或启停。

根据本发明的一种实施方式，注液元件为容积泵。该种设置使得流量的调节更精细，吸取和排出的精度更高。

根据本发明的一种实施方式，注液元件为蠕动泵2041。蠕动泵的数量可根据需要设置，如图1所示可设置连接至不同液体的三台蠕动泵2041。由于蠕动泵的转速是可以调节的，因此通过检测系统反馈的EC值和PH值，控制元件可以控制蠕动泵的运转，以满足植物所需的肥水；另外蠕动泵在一定程度也能产生一定的压力，使肥料能顺利注入到低压循环调节管路20中。

蠕动泵2041可从肥料桶2045中吸取肥液或调节剂，再将吸取的液体排至低压循环调节管路20中。

传感元件通常可包括PH传感器模块2042和EC传感器模块2043。

当水肥装置在运行的过程中，低压循环调节管路20中的水肥会被出口处产生的湍流、混合组件以及进口处的湍流充分与主管道中的水进行混合，而后被增压元件带动，有部分会循环地流入到低压循环调节管路20中，EC传感器模块与PH传感器模块的设计的位置与蠕动泵输出口比较近，这样EC传感器模块与PH传感器模块的灵敏度会很高，当经主管道充分混合后的水肥经过EC传感器模块和PH传感器模块时就可以更精确地被检测到水肥中所含的EC(电导率)和PH(酸碱度)成分，通过检测到的水肥中EC和PH值后，水肥控制部分会与系统设置值对比，并判断目前水肥中的EC和PH是否是植物所需，从而控制部分会控制注液元件如蠕动泵做相对应的运转动作。

压力调节组件203的增压元件为增压泵，增压泵是注肥管道的主要动力来源，可以将已经注入到低压循环调节管路20中流动的水肥的压力提高，让肥液更高效率地注入到主管道中。

减压元件包括开度可调的启闭件，所述减压元件被配置为通过调节所述启闭件的开度将压力控制在一定范围内。

减压元件可进行输出压力稳定的调节，进行压力可控减压调节，根据本发明的一种实施方式，通过控制减压元件内的启闭件的开度来调节通过其的流量，进而使得通过所述减压元件的压力降低；通过借助减压元件降压后压力的作用调节所述启闭件的开度，以使得压力保持在一定范围内。根据本发明的一种实施方式，减压元件2032可为减压阀。当然也可是类似该功能原理的设计件。

当水肥被增压泵带动，从主管道进入低压循环调节管路20中后，经过减压阀时，减压阀可以将主管道中流入的水肥液体降压，并且能稳定低压循环调节管路20中压力的同时，也能通过调压的方式减少注肥元件注入到低压循环调节管路20的阻力。

根据本发明的一种实施方式，压力调节组件还包括排压阀2033，排压阀可设于给液及监测组件的下游，以便将低压循环调节管路中多余的空气排出，从而提高流量的利用率。

当水肥注入低压循环调节管路20后，低压循环调节管路20中一般有多余的空气，为了提高流量的利用率，在注肥管道中增加排压阀，将管道中多余的空气排出。

根据本发明的一种实施方式，给肥主管路10内设有混合组件。根据本发明的一种实施方式，混合组件包括串联连接的混合芯103。

被蠕动泵排出的肥液进入主管道时会产生湍流，肥液能与主管道中从其入口端101进入的水进行混合。当经过几个串联的混合芯103后，混合芯能将注肥管道中注入的肥料与主管道中的液体进行再次充分的混合。在进入低压循环调节管路20循环入口201处会产生湍流，因此会产生再次肥液的充分混合。最后经过充分混合均匀的肥水自出口端102灌溉至农场。

本发明水肥管路及控制箱是通过螺栓与底部固定板连接固定使整个产品更加简单紧凑。

根据本发明的一种实施方式，所述装置还包括远程控制模块，远程控制模块可通过通信模块与给液及监测组件连接。

本发明可通过本地或远程控制的方式控制注液元件向其管路内注入需要液体的量。该种控制示意如图2所示。图2示出根据本申请示例实施例的动态循环给肥装置控制示意图。

根据本发明的一种实施方式，如图2所示，控制系统可通过485通信模块与PH传感器模块、EC传感器模块等交互，控制系统还可通过4G远程通信控制模块与线上云服务平台建立连接，以进行远程操控。

线上云服务平台，可支持IOS，Android，PC端，支持在线编程，可对农场作物进行全面的监控与管理，包括PH值，EC浓度值等。该远程控制技术也可采用现有技术实现。

控制系统可通过输入输出控制模块控制蠕动泵转速，从而控制注入肥液的速度，从而实现PID式对加入肥液或酸碱或管路中液体比例等的调节。

根据本发明的一种实施方式，控制系统的供电电源模块可支持110-240V交流电压输入和0-18V直流电压输入,可进行太阳能充电续航，系统若遇到意外断电可由太阳能电池续航整个系统最长可达7天。该种方式可采用现有技术实现，此处不再赘述。

本发明还提出一种动态循环给肥方法，该方法可基于上述任一实施方式进行，所述方法主要包括：

通过在给肥主管路接入低压循环调节管路以输出所需配比的肥水，其中所述低压循环调节管路在其连接至所述给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至所述给肥主管路的循环出口处增压，所述低压循环调节管路根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。

根据本发明的一种实施方式，所述进行压力可控减压包括:通过控制减压元件内的启闭件的开度来调节通过其的流量，进而使得通过所述减压元件的压力降低；通过借助减压元件降压后压力的作用调节所述启闭件的开度，以使得压力保持在一定范围内。

根据本发明的一种实施方式，所述流量的范围为0～12m³/h。

根据本发明的一种实施方式，所述低压循环调节管路根据监测到其管路中PH、EC中的一个或两个值控制注液元件向所述低压循环调节管路内注入需要液体的量。

本发明通过本地或远程控制的方式控制注液元件向其管路内注入需要液体的量。

所述方法还可包括将所述低压循环调节管路中多余的空气排出。

所述方法还可包括通过在给肥主管路设置串联连接的混合组件以混合其内的液体。

工作时，本发明的装置在给肥主管路10的入口端101供水，出口端102输出肥水，同时在低压循环调节管路20循环供给并及时调节肥水，并与给肥主管路10中的液体混合。工作时可对肥水的EC，PH等进行实时的跟踪，根据反馈的EC、PH等进行算法分析，准确控制注液元件如蠕动泵的启动、停止及速度，并通过压力调节使得低压循环调节管路20处于稳定合适的压力，从而使得农作物达到最佳最适的生长环境，获得最大的经济效益。

本申请提供的水肥机结构简单紧凑成本低，操作简单，灵敏度高，控制精度高，可以实现不同配比肥料的精准控制，压降损失小，尤其适用于流量较小的灌溉需求，能够即时根据灌溉需求动态实现肥水的配比及灌溉，加肥量稳定，系统智能。

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动态循环给肥装置，其特征在于，包括给肥主管路和低压循环调节管路，所述低压循环调节管路以循环回路连接的方式接入所述给肥主管路，所述给肥主管路输出所需配比的肥水，其中所述低压循环调节管路在其连接至所述给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至所述给肥主管路的循环出口处增压，所述低压循环调节管路被配置为根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。

2.如权利要求1所述的动态循环给肥装置，其特征在于，

所述给肥主管路包括入口端和出口端，所述入口端被配置为输入水，所述出口端被配置为输出肥水；

所述低压循环调节管路包括所述循环入口、所述循环出口、压力调节组件和给液及监测组件，所述循环入口连接至所述主管路的出口端附近，所述循环出口连接至所述主管路的入口端附近；所述压力调节组件包括增压元件和减压元件，所述增压元件设于所述循环出口附近，所述减压元件设于所述循环入口附近，所述给液及监测组件设于所述增压元件和减压元件之间；

所述减压元件包括开度可调的启闭件，所述减压元件被配置为通过调节所述启闭件的开度将压力控制在一定范围内。

3.如权利要求1或2所述的动态循环给肥装置，其特征在于，

所述给液及监测组件包括控制元件、注液元件及传感元件，所述注液元件和传感元件设于所述低压循环调节管路上，所述传感元件设于所述注液元件的上游；所述控制元件与所述注液元件和所述传感元件均电连接，被配置为根据所述传感器检测的肥水的特征值调节所述注液元件的出口端；

所述控制元件根据所述传感元件检测的肥水的特征值调节所述注液元件的出口速度或启停。

4.如权利要求3所述的动态循环给肥装置，其特征在于，所述注液元件为容积泵；所述传感元件包括PH传感器模块和EC传感器模块。

5.如权利要求4所述的动态循环给肥装置，其特征在于，所述注液元件为蠕动泵；所述增压元件为增压泵；所述减压元件为减压阀；所述压力调节组件还包括排压阀，所述排压阀设于所述给液及监测组件的下游。

6.如权利要求1、2或4或5任一项所述的动态循环给肥装置，其特征在于，所述给肥主管路内设有混合组件。

7.一种动态循环给肥方法，其特征在于，所述方法包括：

通过在给肥主管路接入低压循环调节管路以输出所需配比的肥水，其中所述低压循环调节管路在其连接至所述给肥主管路的循环入口处进行压力可控减压，在其连接至所述给肥主管路的循环出口处增压，所述低压循环调节管路根据监测到其管路中肥水的特征值控制加入至管路中需要液体的量。

8.如权利要求7所述的动态循环给肥方法，其特征在于，所述进行压力可控减压包括：通过控制减压元件内的启闭件的开度来调节通过其的流量，进而使得通过所述减压元件的压力降低；通过借助减压元件降压后压力的作用调节所述启闭件的开度，以使得压力保持在一定范围内。

9.如权利要求8所述的动态循环给肥方法，其特征在于，所述流量的范围为0～12m³/h。

10.如权利要求7至9任一项所述的动态循环给肥方法，其特征在于，根据监测到所述低压循环调节管路中PH、EC中的一个或两个值控制注液元件向所述低压循环调节管路内注入需要液体的量；通过本地或远程控制的方式控制注液元件向其管路内注入需要液体的量；所述方法还包括将所述低压循环调节管路中多余的空气排出；所述方法还包括通过在给肥主管路设置串联连接的混合组件以混合其内的液体。

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