CN116058146A - 智能水肥滴灌方法及装置 - Google Patents

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CN116058146A CN202310179701.5A CN202310179701A CN116058146A CN 116058146 A CN116058146 A CN 116058146A CN 202310179701 A CN202310179701 A CN 202310179701A CN 116058146 A CN116058146 A CN 116058146A
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Abstract

本发明提供了一种智能水肥滴灌方法及装置，属于灌溉技术领域。本发明通过需要的肥料和水的量，生成水肥灌溉曲线图，能够合理地先浇水再浇灌水肥混合液，避免烧苗的现象发生，并能够便于依靠设备智能化地对水肥的灌溉模式进行调节；同时通过在灌溉先通水冲洗，再配合充气吹扫的方式将其中的堵塞物吹出，能够降低管路堵塞导致浇灌不均匀的现象的发生，而在灌溉将要完成时用水将滴灌管路中的肥液尽可能地排出，既能保证补肥的效果，又能降低肥液在滴灌管路中的残留，最后再通过充气吹扫的方式进一步降低滴灌管路中的残液量，避免肥料在滴灌管路中残留结晶，导致管路堵塞，从而将水肥一体灌溉的技术用在滴灌上，取得更好地灌溉和补费效果。

Description

智能水肥滴灌方法及装置
技术领域
本发明属于灌溉技术领域，更具体地说，是涉及一种智能水肥滴灌方法及装置。
背景技术
节水灌溉是以最低限度的用水量获得最大的产量或收益，也就是最大限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施，科学灌溉是专业灌溉企业一直着力推广的灌溉方式，包括滴灌、微喷、渗灌、喷灌等现代化的灌溉方式。
其中滴灌具有巨大的节水优势，但是滴灌设备由于存在细小孔洞，经常容易堵塞，因此对灌溉水的要求比较高，而且以便仅用于作物的补水灌溉。而作物在生长时，并不仅需要水，还需要一定量的肥料。目前已经出现了水肥一体灌溉的技术，即将肥料溶解在水中后，同灌溉用水一起浇灌到田地中，但是这种方式并不适用于滴灌。一方面，灌溉后溶解在水中的肥料会因为水的减少而析出，导致管路堵塞；另一方面，由于灌溉初期土壤中含水量比较低，直接对作物浇灌肥料与水的混合液，容易导致烧苗等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能水肥滴灌方法及装置，以解决现有技术中存在的水肥一体灌溉的技术难以用于滴灌的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种智能水肥滴灌方法，包括以下步骤：
A、估算需要向对应地块施加的肥料和水的量，并生成水肥比例随灌溉时间变化的水肥灌溉曲线图，其中水肥比例是指水中的肥料含量，所述水肥灌溉曲线图中包含前水灌溉阶段、水肥灌溉阶段和后水灌溉阶段，其中，前水灌溉阶段和后水灌溉阶段均采用水灌溉，水肥灌溉阶段采用肥料和水的混合液灌溉；
B、向滴灌管路中通水，对滴灌管路和滴灌头进行湿润冲洗；
C、向滴灌管路泵送脉冲气体；
D、将肥料和水混合生成混合液，根据所述水肥灌溉曲线图，通过滴灌管路泵送至对应地块进行灌溉直至灌溉完成；
E、再次向滴灌管路泵送脉冲气体，将滴灌管路中的残液吹出。
在一种可能的实现方式中，在步骤A中，需要向对应地块施加的肥料和水的量根据经验判断或根据作物的生长规律结合传感器的监测估算获得。
在一种可能的实现方式中，在步骤A中，水肥灌溉阶段的持续时间
Figure BDA0004102099370000021
水肥灌溉阶段的持续时间
Figure BDA0004102099370000022
后水灌溉阶段的持续时间
Figure BDA0004102099370000023
其中，k为分配系数，取值为0.4～0.8，V为需要向对应地块施加的水的量，v为灌溉时滴灌管路的流速，G为需要向对应地块施加的肥料的量，ω为肥料和水的混合液的浓度。
在一种可能的实现方式中，在步骤B中，向滴灌管路泵送脉冲气体时，脉冲气体的最高压力不超过灌溉时向滴灌管路中通水压力的30％。
在一种可能的实现方式中，在步骤C中，向滴灌管路中通水，对滴灌管路和滴灌头进行湿润冲洗时，冲洗压力高于灌溉时向滴灌管路中通水的压力，但不超过灌溉时向滴灌管路中通水的压力的10％。
为实现上述目的，本发明又采用的技术方案是：提供一种智能水肥滴灌装置，应用上述的智能水肥滴灌方法，包括溶肥机构、水肥混合机构、泵送机构、滴灌管路和充气机构，溶肥机构用于将肥料溶于水形成水溶肥液；水肥混合机构分别与溶肥机构和水源连接，以将肥液与水混合；泵送机构与水肥混合机构连接；滴灌管路与泵送机构连接，以向对应地块灌溉；充气机构与滴灌管路，以向滴灌管路中泵送空气。
在一种可能的实现方式中，智能水肥滴灌装置还包括大田传感器和主控制器，大田传感器设在对应地块内，以监测大田的墒情；主控制器分别与大田传感器、水肥混合机构、泵送机构和充气机构电连接。
在一种可能的实现方式中，泵送机构之后、充气机构之后、溶肥机构和水肥混合机构之间均设有单向阀。
在一种可能的实现方式中，水肥混合机构包括供水管、分隔片、肥液供给管和调压弹片，供水管端部与泵送机构连接，肥液供给管分别与溶肥机构和供水管连接，分隔片倾斜设置在供水管内连接肥液供给管的位置，使供水管内形成文丘里管结构，分隔片上设有通孔，调压弹片包括密封连接部、感压凸起部和挡水部，密封连接部位于感压凸起部外周，感压凸起部通过密封连接部与通孔密封连接，挡水部设在感压凸起部的一侧，感压凸起部向一侧外凸时，挡水部向另一侧延伸。
在一种可能的实现方式中，感压凸起部为双层薄膜构成的气囊结构，挡水部为V字形的刚性板片结构，且两侧呈钝角，挡水部一侧设在其中一层薄膜上，且另一侧延伸至另一层薄膜之外。
本发明提供的智能水肥滴灌方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过需要的肥料和水的量，生成水肥比例随灌溉时间变化的水肥灌溉曲线图，能够合理地先浇水再浇灌水肥混合液，避免烧苗的现象发生，并能够便于依靠设备智能化地对水肥的灌溉模式进行调节；同时通过在灌溉先通水冲洗，将滴灌管路中的积存物软化溶解，再配合充气吹扫的方式将其中的堵塞物吹出，降低管路堵塞的可能性，能够降低管路堵塞导致浇灌不均匀的现象的发生，而在灌溉将要完成时的后水灌溉阶段，可以用水将滴灌管路中的肥液尽可能地排出，既能保证补肥的效果，又能降低肥液在滴灌管路中的残留，最后再通过充气吹扫的方式进一步降低滴灌管路中的残液量，避免肥料在滴灌管路中残留结晶，导致管路堵塞，从而将水肥一体灌溉的技术用在滴灌上，取得更好地灌溉和补费效果。
本发明提供的智能水肥滴灌装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过溶肥机构、水肥混合机构、泵送机构、滴灌管路和充气机构的配合，能够采用上述智能水肥滴灌方法进行灌溉，并实现智能化地对水肥的灌溉模式进行调节，避免烧苗的现象发生，同时能避免或降低滴灌管路堵塞的可能，从而将水肥一体灌溉的技术用在滴灌上，取得更好地灌溉和补费效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的智能水肥滴灌方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的智能水肥滴灌装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的智能水肥滴灌装置的水肥混合机构部位的剖视结构示意图。
其中，图中各附图标记如下：
10、溶肥机构；
20、水肥混合机构；21、供水管；22、分隔片；23、肥液供给管；
24、密封连接部；25、感压凸起部；26、挡水部；
30、泵送机构；40、滴灌管路；50、充气机构；
60、大田传感器；70、主控制器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要进一步说明的是，本发明的附图和实施方式主要对本发明的构思进行描述说明，在该构思的基础上，一些连接关系、位置关系、动力机构、供电系统、液压系统及控制系统等的具体形式和设置可能并未没有描述完全，但是在本领域技术人员理解本发明的构思的前提下，本领域技术人员可以采用熟知的方式对上述的具体形式和设置予以实现。
当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本发明提供的智能水肥滴灌方法及装置进行说明。
请参阅图1，本发明第一实施方式提供的智能水肥滴灌方法，包括以下步骤：
A、估算需要向对应地块施加的肥料和水的量，并生成水肥比例随灌溉时间变化的水肥灌溉曲线图，其中水肥比例是指水中的肥料含量，水肥灌溉曲线图中包含前水灌溉阶段、水肥灌溉阶段和后水灌溉阶段，其中，前水灌溉阶段和后水灌溉阶段均采用水灌溉，水肥灌溉阶段采用肥料和水的混合液灌溉，这样能使得在灌溉初期肥料含量比较低，使得土壤及作物迅速补水，并降低烧苗的可能，而在灌溉结束后避免滴灌管路留存过多肥料，造成肥料施加量不精确和管路堵塞；
B、向滴灌管路中通水，对滴灌管路和滴灌头进行湿润冲洗，这样能够将滴灌管路和滴灌头中的积存物软化，并使可溶的结晶溶解，降低堵塞的可能，同时向作物根茎处先注入一定的水，能够降低后续水肥烧苗的可能性；
C、向滴灌管路泵送脉冲气体，通入脉冲气体可以将滴灌管路，尤其是滴灌头中的泥土和水垢等积存物松动、吹出，防止这些积存物吸水膨胀堵塞滴灌管路和滴灌头；
D、将肥料和水混合生成混合液，根据水肥灌溉曲线图，通过滴灌管路泵送至对应地块进行灌溉直至灌溉完成；
E、再次向滴灌管路泵送脉冲气体，将滴灌管路中的残液吹出。
本实施例提供的智能水肥滴灌方法，与现有技术相比，通过需要的肥料和水的量，生成水肥比例随灌溉时间变化的水肥灌溉曲线图，能够合理地先浇水再浇灌水肥混合液，避免烧苗的现象发生，并能够便于依靠设备智能化地对水肥的灌溉模式进行调节；同时通过在灌溉先通水冲洗，将滴灌管路中的积存物软化溶解，再配合充气吹扫的方式将其中的堵塞物吹出，降低管路堵塞的可能性，能够降低管路堵塞导致浇灌不均匀的现象的发生，而在灌溉将要完成时的后水灌溉阶段，可以用水将滴灌管路中的肥液尽可能地排出，既能保证补肥的效果，又能降低肥液在滴灌管路中的残留，最后再通过充气吹扫的方式进一步降低滴灌管路中的残液量，避免肥料在滴灌管路中残留结晶，导致管路堵塞，从而将水肥一体灌溉的技术用在滴灌上，取得更好地灌溉和补费效果。
本发明在第一实施方式基础上又提供的一种具体实施方式如下：
在步骤A中，需要向对应地块施加的肥料和水的量根据经验判断或根据作物的生长规律结合传感器的监测估算获得。
在步骤A中，水肥灌溉阶段的持续时间
Figure BDA0004102099370000071
水肥灌溉阶段的持续时间
Figure BDA0004102099370000072
后水灌溉阶段的持续时间
Figure BDA0004102099370000073
其中，k为分配系数，取值为0.4～0.8，V为需要向对应地块施加的水的量，v为灌溉时滴灌管路的流速，G为需要向对应地块施加的肥料的量，ω为肥料和水的混合液的浓度。
在步骤B中，向滴灌管路泵送脉冲气体时，脉冲气体的最高压力不超过灌溉时向滴灌管路中通水压力的30％，以避免气体将滴灌管路胀破。
在步骤C中，向滴灌管路中通水，对滴灌管路和滴灌头进行湿润冲洗时，冲洗压力高于灌溉时向滴灌管路中通水的压力，但不超过灌溉时向滴灌管路中通水的压力的10％。
请参阅图2，本发明第二实施方式提供的智能水肥滴灌装置，包括溶肥机构10、水肥混合机构20、泵送机构30、滴灌管路40和充气机构50，溶肥机构10用于将肥料溶于水形成水溶肥液；水肥混合机构20分别与溶肥机构10和水源连接，以将肥液与水混合；泵送机构30与水肥混合机构20连接；滴灌管路40与泵送机构30连接，以向对应地块灌溉；充气机构50与滴灌管路40，以向滴灌管路40中泵送空气。
本实施例提供的智能水肥滴灌装置，与现有技术相比，通过溶肥机构10、水肥混合机构20、泵送机构30、滴灌管路40和充气机构50的配合，能够采用上述智能水肥滴灌方法进行灌溉，并实现智能化地对水肥的灌溉模式进行调节，避免烧苗的现象发生，同时能避免或降低滴灌管路堵塞的可能，从而将水肥一体灌溉的技术用在滴灌上，取得更好地灌溉和补费效果。
请一并参阅图2和图3，本发明在第二实施方式基础上又提供的一种具体实施方式如下：
智能水肥滴灌装置还包括大田传感器60和主控制器70，大田传感器60设在对应地块内，以监测大田的墒情；主控制器70分别与大田传感器60、水肥混合机构20、泵送机构30和充气机构50电连接。
在使用时，主控制器70接收大田传感器60传递的信号，并分析估算出需要向对应地块施加的肥料和水的量，再按上述智能水肥滴灌方法控制充气机构50对滴灌管路40吹扫，再控制泵送机构30向滴灌管路中通水，之后控制水肥混合机构20向水中掺入肥液，完成灌溉。主控制器70通过控制设在水肥混合机构20、泵送机构30和充气机构50上的电控阀门或电控开关对其进行控制。
泵送机构30之后、充气机构50之后、溶肥机构10和水肥混合机构20之间均设有单向阀，以避免水或气体逆流造成设备损伤。
水肥混合机构20包括供水管21、分隔片22、肥液供给管23和调压弹片，供水管21端部与泵送机构30连接，肥液供给管23分别与溶肥机构10和供水管21连接，分隔片22倾斜设置在供水管21内连接肥液供给管23的位置，使供水管21内形成文丘里管结构，分隔片22上设有通孔，调压弹片包括密封连接部24、感压凸起部25和挡水部26，密封连接部24位于感压凸起部25外周，感压凸起部25通过密封连接部24与通孔密封连接，挡水部26设在感压凸起部25的一侧，感压凸起部25向一侧外凸时，挡水部26向另一侧延伸。
供水管21、分隔片22和肥液供给管23之间形成的文丘里管结构，能够利用泵送机构30的动力抽取水和肥液，但是由于水源和溶肥机构10的供水不稳定会导致水和肥液混合后的水肥比例不稳定，因此设置调压弹片以根据分隔片22两侧的压力差来略微调节肥液供给管23的流量，使得水和肥液混合后的水肥比例保持在一定的范围内。如，当溶肥机构10水位下降等原因导致流水侧压力大于肥液侧压力时，感压凸起部25向肥液侧变形，导致挡水部26向流水侧延伸，降低流水侧的流量，在泵送机构30的动力作用下，肥液侧流量增大，从而使得水和肥液混合后的水肥比例保持在一定的范围内。
感压凸起部25为双层薄膜构成的气囊结构，挡水部26为V字形的刚性板片结构，且两侧呈钝角，挡水部26一侧设在其中一层薄膜上，且另一侧延伸至另一层薄膜之外。
这样的结构能够比较好地实现上述功能，且结构比较简单，在此基础上还可以设置与气囊结构连通的通气管，通气管外端延伸至供水管21之外，且通气管上设有单向阀，以便于调节气囊结构内部的气体量。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能水肥滴灌方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、估算需要向对应地块施加的肥料和水的量，并生成水肥比例随灌溉时间变化的水肥灌溉曲线图，其中水肥比例是指水中的肥料含量，所述水肥灌溉曲线图中包含前水灌溉阶段、水肥灌溉阶段和后水灌溉阶段，其中，前水灌溉阶段和后水灌溉阶段均采用水灌溉，水肥灌溉阶段采用肥料和水的混合液灌溉；
B、向滴灌管路中通水，对滴灌管路和滴灌头进行湿润冲洗；
C、向滴灌管路泵送脉冲气体；
D、将肥料和水混合生成混合液，根据所述水肥灌溉曲线图，通过滴灌管路泵送至对应地块进行灌溉直至灌溉完成；
E、再次向滴灌管路泵送脉冲气体，将滴灌管路中的残液吹出。
2.如权利要求1所述的智能水肥滴灌方法，其特征在于：在步骤A中，需要向对应地块施加的肥料和水的量根据经验判断或根据作物的生长规律结合传感器的监测估算获得。
3.如权利要求1所述的智能水肥滴灌方法，其特征在于：在步骤A中，水肥灌溉阶段的持续时间
Figure FDA0004102099350000011
水肥灌溉阶段的持续时间
Figure FDA0004102099350000012
后水灌溉阶段的持续时间
Figure FDA0004102099350000013
其中，k为分配系数，取值为0.4～0.8，V为需要向对应地块施加的水的量，v为灌溉时滴灌管路的流速，G为需要向对应地块施加的肥料的量，ω为肥料和水的混合液的浓度。
4.如权利要求1所述的智能水肥滴灌方法，其特征在于：在步骤B中，向滴灌管路泵送脉冲气体时，脉冲气体的最高压力不超过灌溉时向滴灌管路中通水压力的30％。
5.如权利要求1所述的智能水肥滴灌方法，其特征在于：在步骤C中，向滴灌管路中通水，对滴灌管路和滴灌头进行湿润冲洗时，冲洗压力高于灌溉时向滴灌管路中通水的压力，但不超过灌溉时向滴灌管路中通水的压力的10％。
6.一种智能水肥滴灌装置，其特征在于，应用如权利要求1-5任一项所述的智能水肥滴灌方法，包括：
溶肥机构(10)，用于将肥料溶于水形成水溶肥液；
水肥混合机构(20)，分别与所述溶肥机构(10)和水源连接，以将肥液与水混合；
泵送机构(30)，与所述水肥混合机构(20)连接；
滴灌管路(40)，与所述泵送机构(30)连接，以向对应地块灌溉；
充气机构(50)，与所述滴灌管路(40)，以向滴灌管路(40)中泵送空气。
7.如权利要求6所述的智能水肥滴灌装置，其特征在于，所述智能水肥滴灌装置还包括：
大田传感器(60)，设在对应地块内，以监测大田的墒情；
主控制器(70)，分别与所述大田传感器(60)、所述水肥混合机构(20)、泵送机构(30)和充气机构(50)电连接。
8.如权利要求6所述的智能水肥滴灌装置，其特征在于：所述泵送机构(30)之后、所述充气机构(50)之后、溶肥机构(10)和水肥混合机构(20)之间均设有单向阀。
9.如权利要求6所述的智能水肥滴灌装置，其特征在于：所述水肥混合机构(20)包括供水管(21)、分隔片(22)、肥液供给管(23)和调压弹片，所述供水管(21)端部与所述泵送机构(30)连接，所述肥液供给管(23)分别与所述溶肥机构(10)和所述供水管(21)连接，所述分隔片(22)倾斜设置在所述供水管(21)内连接所述肥液供给管(23)的位置，使供水管(21)内形成文丘里管结构，所述分隔片(22)上设有通孔，所述调压弹片包括密封连接部(24)、感压凸起部(25)和挡水部(26)，所述密封连接部(24)位于所述感压凸起部(25)外周，所述感压凸起部(25)通过所述密封连接部(24)与所述通孔密封连接，所述挡水部(26)设在所述感压凸起部(25)的一侧，所述感压凸起部(25)向一侧外凸时，所述挡水部(26)向另一侧延伸。
10.如权利要求9所述的智能水肥滴灌装置，其特征在于：所述感压凸起部(25)为双层薄膜构成的气囊结构，所述挡水部(26)为V字形的刚性板片结构，且两侧呈钝角，所述挡水部(26)一侧设在其中一层薄膜上，且另一侧延伸至另一层薄膜之外。
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