CN114793862A - 一种牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，该系统包括：塔本体，围绕所述塔本体形成为限定路径的多层螺旋结构的轨道；高压喷雾组件，其置于每层螺旋结构360°范围内轨道的任何位置，使得每个种植盘得到至少一次喷雾灌溉；由环境传感器、排水仪表和安装于轨道内侧的识别视觉传感器构成的监测组件；由管路三通电磁阀和一体化水肥机构成的供料组件；以及与控制器一体的带智能网关的PLC，所述监测组件获得数据反馈至所述带智能网关的PLC，所述带智能网关的PLC控制供料组件动作并由高压喷雾组件工作。

Description

一种牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统

技术领域

本发明属于牧草生产装置技术领域，更具体地说，涉及一种牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统。

背景技术

当前，中国高质量饲料存在成本高、对国外种质依赖高、生产受土地资源限制等问题，使得高品质的畜牧业发展受到了阻碍。尤其是，部分地区存在土地资源紧缺，适宜种植牧草区域较少，气候因素限制等问题，导致全年稳定提供的、高品质的饲料存在巨大缺口。是我国发展高品质、全年稳定生产的畜牧业的主要挑战之一。

水培牧草作为一种牧草栽培的特殊培育方式，最早使用记录可追溯至1800年。当时主要被欧洲畜牧场农场主，用种子生产新鲜发芽牧草，并作为畜牧动物(奶牛为主)冬季的饲料，维持冬季的生产活动(产奶)并提升冬季产量。近年来，由于中东、非洲和亚洲等国家，受人口增长压力、饲料供应压力和土地资源压力等因素影响，导致新鲜饲料的生产无法充分供给畜牧业的需求，尤其是高品质的饲料供给。

现阶段牧草生产的主要挑战之一是，牧草产量很难增加。主要原因是土地资源压力日渐增加。谷物、油料作物和豆类生产的增加，导致牧草生产的土地资源面临巨大压力。为了满足对新鲜、高品质牧草不断增长的需求，替代方案之一是集约化的生产-水培牧草。水培牧草栽培使用具有环境控制功能的大型空间或生产设备，通过复杂的自动化传动、控制系统，在短时间内获得较高的水培牧草产量，并保证牧草产品具有高营养价值，有利于畜牧动物的健康与生长。水培牧草系统具有较高的水资源、土地资源利用效率，高度可控的环境条件，以及无杀虫剂、除草剂等化学物品参与的无害生产过程。这些优势使得水培牧草系统非常适合于恶劣的气候环境，例如沙漠，土壤贫瘠的地区或土地成本高昂的传统农业地区。尤其在半干旱，干旱和干旱多发的地区，或部分遭受长期缺水或灌溉基础设施不存在的地区，水培牧草的生产方式能极大的改善当地畜牧的饲料“难”问题。通过水培法，我们可以生产包括玉米，大麦，燕麦，高粱，黑麦，苜蓿和黑小麦的牧草。综上，水培牧草作为一种，可维持全年连续生产、生产高品质新鲜牧草、土地资源利用效率高的生产模式。其可支持区域畜牧场完成部分高品质饲料的自给自足，具有较高的实用意义与经济价值。

水平牧草最重要的一个步骤是：向牧草进行灌溉施肥打药，目前针对旋转塔并未公开相关的技术。

发明内容

1.要解决的问题

针对上述的技术问题，本发明提供一种牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，实现牧草旋转塔的在线灌溉施肥打药。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，包括：

塔本体，围绕所述塔本体形成为限定路径的多层螺旋结构的轨道；

高压喷雾组件，其置于每层螺旋结构360°范围内轨道的任何位置，使得每个种植盘得到至少一次喷雾灌溉；

由环境传感器、排水仪表和安装于轨道内侧的识别视觉传感器构成的监测组件；

由管路三通电磁阀和一体化水肥机构成的供料组件；

以及与控制器一体的带智能网关的PLC，所述监测组件获得数据反馈至所述带智能网关的PLC，所述带智能网关的PLC控制供料组件动作并由高压喷雾组件工作。

于本发明一种可能实施方式中，所述高压喷雾组件包括供液管、喷雾头、感应开关及第一电磁阀，感应开关和第一电磁阀均与控制器电气连接，所述供液管一端连接水源，另一端连接第一电磁阀及喷雾头；所述感应开关设置于所述轨道一侧，且其头部能够正对所述种植盘并感应到种植盘。

于本发明一种可能实施方式中，在所述轨道旋转外侧或内侧设置有回水槽，所述回水槽与塔本体固定。

于本发明一种可能实施方式中，所述回水槽包括槽体及连接板，通过连接板连接至所述轨道上，回水槽与轨道同步螺旋上升；在所述槽体内侧涂刷有防水涂料。

于本发明一种可能实施方式中，所述塔本体设计为活动式的，塔本体包括固定塔架和活动塔架，所述活动塔架包括圆筒支架、液压杆及安装座，所述圆筒支架设置在所述固定塔架上并增加有支撑固定结构，所述液压杆置于圆筒支架内，在液压杆的头部设置安装座。

于本发明一种可能实施方式中，所述轨道包括第一导轨及与第一导轨套接的第二导轨，所述第一导轨与固定塔架连接，所述第二导轨与安装座连接；所述回水槽包括第一槽体和第二槽体，所述第一槽体与第二槽体通过波纹槽连接。

于本发明一种可能实施方式中，所述种植盘的边缘处具有侧壁，其底部内侧具有至少一个用于卡住种子的凹槽且种子下端与凹槽的底部具有间隙；种植盘靠近旋转外侧或内侧开设有排水孔与回水槽对应。

于本发明一种可能实施方式中，所述种植盘的侧壁上开设有至少一个通风孔；侧壁的上端具有翻边结构。

于本发明一种可能实施方式中，所述种植盘的外侧面上具有加强筋。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，通过多个传感器来精准控制施肥灌溉量，确保肥料及水源的高效利用；通过视觉识别及算法来判断作物情况，及时施药消毒。

附图说明

图1为本发明牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统的安装结构示意图；

图2为本发明牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统的结构示意图；

图3为本发明牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统的塔本体一种结构示意图；

图4为图3的B部放大图；

图5为本发明牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统的回水槽结构示意图；

图6为本发明牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统的回水槽安装结构示意图；

图7为种植盘的结构示意图；

图8为本发明高压喷雾组件的结构示意图；

图9为本发明高压喷雾组件的俯视结构示意图；

附图标记说明：

110、塔本体；111、固定塔架；112、活动塔架；1121、圆筒支架；1122、液压杆；1123、安装座；

120、轨道；121、第一导轨、122、第二导轨；123、回水槽；1231、槽体；1232、连接板；1233、第一槽体；1234、第二槽体；1235、波纹槽；

140、种植盘；141、侧壁；142、凹槽；143、排水孔；144、通风孔；145、加强筋；

151、高压喷雾组件；1511、供液管；1512、喷雾头；1513、感应开关；1514、第一电磁阀；152、一体化水肥机；153、排水仪表；154、识别视觉传感器；155、带智能网关的PLC；156、管路三通电磁阀；157、环境传感器。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例进行了详细描述。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例进行说明。

如图1至图9所示，本文公开的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统包括：塔本体110，围绕所述塔本体110形成为限定路径的多层螺旋结构的轨道120；高压喷雾组件151，其置于每层螺旋结构360°范围内轨道120的任何位置，使得每个种植盘140得到至少一次喷雾灌溉；由环境传感器157、排水仪表153和安装于轨道120内侧的识别视觉传感器154构成的监测组件；由管路三通电磁阀156和一体化水肥机152构成的供料组件；以及与控制器一体的带智能网关的PLC155，所述监测组件获得数据反馈至所述带智能网关的PLC155，所述带智能网关的PLC155控制供料组件动作并由高压喷雾组件151工作。

带智能网关的PLC155通过环境传感器157采集作物的含水量，并将信息发送给中控电脑(旋转塔控制单元)，由中控电脑对比既定灌溉策略及含EC及pH监测的排水仪表153的反馈数据，决策开启管路三通电磁阀156联通高压喷雾组件151进行施肥灌溉及所需灌溉量。同时，PLC将识别视觉传感器154采集到的图片信息发送给中控电脑，中控电脑通过视觉AI算法，开启电磁阀联通高压喷雾组件151施用低浓度臭氧水进行杀菌消毒处理。

发明人惊奇的发现，在牧草生长阶段，该灌溉施肥打药系统间隔使用臭氧水进行喷雾灌溉，牧草出芽整齐，出草率上升近10～15％，同时霉菌和根部腐烂现象消除。因此，臭氧浓度控制在一定数值，过高会对种子及苗造成过氧伤害，过低使用效果不明显。

此外，该灌溉施肥打药系统还可以喷灌营养液，所述营养液包括每100L连续水培牧草栽培的营养液，其由以下组分组成：四水合硝酸钙52.8-53.8g；七水硫酸镁20.0-21.0g；磷酸二氢钾0.8-1.5g；七水合硫酸亚铁0.6-0.9g；七水硫酸锌0.12-0.23g；四水硫酸锰0.15-0.25g；五水硫酸铜0.050-0.015g；硼酸0.015-0.025g；氯化钠0.02-0.04g；硫酸钾16.08-18.08g；硝酸铵3.33-3.53g。

具体的方法为：将营养液存储于营养液存储罐中，当载有牧草种子的种植盘进入旋转塔区域时，经系统的液泵，将营养液由供液管输送至旋转塔的各层螺旋结构中；在营养液进入各层螺旋结构后，经由种植盘上方的喷雾头，以喷雾灌溉的形式，将营养液均匀的以小液滴的形式，喷洒在牧草表面，每2小时1次；每次喷洒半分钟，每个喷洒口所负责区域喷洒1升营养液，将牧草充分浸润。充分考虑到牧草的生长状态，不仅可以有效提升营养液的利用效率，可以有效提升旋转塔的整体资源利用效率，可支持全年持续的高品质水培牧草生产，同时加强整体水培效率。

由图8和图9可以看出，给出了一种所述高压喷雾组件151的结构，该组件包括供液管1511、喷雾头1512、感应开关1513及第一电磁阀1514，所述喷雾头1512优选的采用花洒喷雾头1512，喷洒较为均匀，感应开关1513和第一电磁阀1514均与控制器电气连接，所述供液管1511一端连接水源，另一端连接第一电磁阀1514及喷雾头1512；所述感应开关1513设置于所述链条式传送带580或链条导轨136一侧，且其头部能够正对所述种植盘140并感应到种植盘140。此外，所述感应开关1513应该置于喷雾头1512的前端以种植盘140行进方向为准，这样可以保证整个种植盘140上的牧草均可以得到喷雾灌溉。

为了使得每个种植盘140得到两次喷雾灌溉，保证牧草快速生长的需要，优选的，以每层螺旋结构的进口为第一象限界点，以每层螺旋结构的出口为第三象限界点，所述多层多点位高压喷雾部件150置于每层螺旋结构的第二象限界点和第四象限界点处。在每层螺旋结构的第二象限界点和第四象限界点处均设置有一处喷雾头1512，由该喷雾头1512喷出营养液供牧草吸收生长。

在实际运行过程中，有可能会出现营养液喷灌完的情况，一般会进行及时补充，但是运输部件130不会受到影响仍然会工作，在补充营养液的时间差范围内的牧草得不到营养液的喷灌，因此，通过设计两次喷灌，两次喷灌之间存在一定的时间差，这段时间可以及时补充营养液，从而保证了牧草的有效生产需求。

如图6所示，在所述轨道120旋转外侧或内侧设置有回水槽123，所述回水槽123与塔本体110固定；进一步的，所述回水槽123包括槽体1231及连接板1232，通过连接板1232连接至所述轨道120上，回水槽123与轨道120同步螺旋上升；在所述槽体1231内侧涂刷有防水涂料。需要说明的是，回水槽123采用金属材质的，例如彩钢薄板等等，防水涂料为市售的产品，例如立邦防水涂料等等。

然而对于生产牧草时，尤其是牧草在生长中期，需要相对较大的空间来吸收二氧化碳排放氧气，结合旋转塔的结构，一般生长中期位于上升部的顶端、连接部及下降部的上端，一些实施例中给出了，如图3至图4所示，所述塔本体110设计为活动式的，塔本体110包括固定塔架111和活动塔架112，所述活动塔架112包括圆筒支架1121、液压杆1122及安装座1123，所述圆筒支架1121设置在所述固定塔架111上并增加有支撑固定结构，所述液压杆1122置于圆筒支架1121内，在液压杆1122的头部设置安装座1123。塔本体110还可以采用其他可替换的活动结构，从而使得旋转塔的上升部的顶端、连接部及下降部的上端有一定的空间释放，尽可能的增大牧草的生长空间。

与上述活动塔本体110对应的，如图5所示，所述轨道120包括第一导轨121及与第一导轨121套接的第二导轨122，所述第一导轨121与固定塔架111连接，所述第二导轨122与安装座1123连接；所述回水槽123包括第一槽体1233和第二槽体1234，所述第一槽体1233与第二槽体1234通过波纹槽1235连接。

对于本发明的种植盘140，目前市售的塑料材质或金属材质的均可，优选为塑料材质的。在本发明的一些实施例中，种植盘140的边缘处具有侧壁141，其底部内侧具有至少一个用于卡住种子的凹槽142且种子下端与凹槽142的底部具有间隙；种植盘140靠近旋转外侧或内侧开设有排水孔143与回水槽123对应。

如图7所示，种植盘140的侧壁141上开设有至少一个通风孔144；侧壁141的上端具有翻边结构；种植盘140的外侧面上具有加强筋145。优选的，所述凹槽142为圆弧凹槽142，圆弧凹槽142的截面半径为0.5-1mm，在喷雾灌溉过程中，圆弧凹槽142中可以储存一些水分或营养液，牧草的根系围绕圆弧凹槽142生长，从而使得大部分的牧草根系缠绕在一起，在收获时利于整盘取出，避免了部分牧草散落等情况的发生，解决了种植盘140内牧草根系因缺水造成卷取上翘，不利于团聚的问题；所述排水孔143具有多个，分别分布在种植盘140底部的中部和边部，对于一些水分或营养液需求较大的牧草类型，需要控制种植盘140中的水分或营养液的量，因此采用堵孔装置对排水孔143和通风孔144进行封堵，优选的，堵孔装置为硅胶塞或橡胶塞，堵孔装置的横截面为圆形或扇形。

以上所述仅为本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干赶紧和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，包括：

塔本体(110)，围绕所述塔本体(110)形成为限定路径的多层螺旋结构的轨道(120)；

其特征在于，还包括：

高压喷雾组件(151)，其置于每层螺旋结构360°范围内轨道(120)的任何位置，使得每个种植盘(140)得到至少一次喷雾灌溉；

由环境传感器(157)、排水仪表(153)和安装于轨道(120)内侧的识别视觉传感器(154)构成的监测组件；

由管路三通电磁阀(156)和一体化水肥机(152)构成的供料组件；

以及与控制器一体的带智能网关的PLC(155)，所述监测组件获得数据反馈至所述带智能网关的PLC(155)，所述带智能网关的PLC(155)控制供料组件动作并由高压喷雾组件(151)工作。

2.根据权利要求1所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述高压喷雾组件(151)包括供液管(1511)、喷雾头(1512)、感应开关(1513)及第一电磁阀(1514)，感应开关(1513)和第一电磁阀(1514)均与控制器电气连接，所述供液管(1511)一端连接水源，另一端连接第一电磁阀(1514)及喷雾头(1512)；所述感应开关(1513)设置于所述轨道(120)一侧，且其头部能够正对所述种植盘(140)并感应到种植盘(140)。

3.根据权利要求2所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，在所述轨道(120)旋转外侧或内侧设置有回水槽(123)，所述回水槽(123)与塔本体(110)固定。

4.根据权利要求3所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述回水槽(123)包括槽体(1231)及连接板(1232)，通过连接板(1232)连接至所述轨道(120)上，回水槽(123)与轨道(120)同步螺旋上升；在所述槽体(1231)内侧涂刷有防水涂料。

5.根据权利要求1至4任一项所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述塔本体(110)设计为活动式的，塔本体(110)包括固定塔架(111)和活动塔架(112)，所述活动塔架(112)包括圆筒支架(1121)、液压杆(1122)及安装座(1123)，所述圆筒支架(1121)设置在所述固定塔架(111)上并增加有支撑固定结构，所述液压杆(1122)置于圆筒支架(1121)内，在液压杆(1122)的头部设置安装座(1123)。

6.根据权利要求5所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述轨道(120)包括第一导轨(121)及与第一导轨(121)套接的第二导轨(122)，所述第一导轨(121)与固定塔架(111)连接，所述第二导轨(122)与安装座(1123)连接；所述回水槽(123)包括第一槽体(1233)和第二槽体(1234)，所述第一槽体(1233)与第二槽体(1234)通过波纹槽(1235)连接。

7.根据权利要求6所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述种植盘(140)的边缘处具有侧壁(141)，其底部内侧具有至少一个用于卡住种子的凹槽(142)且种子下端与凹槽(142)的底部具有间隙；种植盘(140)靠近旋转外侧或内侧开设有排水孔(143)与回水槽(123)对应。

8.根据权利要求7所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述种植盘(140)的侧壁(141)上开设有至少一个通风孔(144)；侧壁(141)的上端具有翻边结构。

9.根据权利要求8所述的牧草旋转塔的灌溉施肥打药系统，其特征在于，所述种植盘(140)的外侧面上具有加强筋(145)。

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