CN117616962B - 一种卷盘喷灌水肥同步控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种卷盘喷灌水肥同步控制系统及方法，属于智能农业水动力机械或智能水肥机设备及方法技术领域。本发明通过合理的设计与计算，巧妙地将卷盘喷灌机行走速度与施肥机吸肥量相互匹配，实现了灌溉完成的同时也恰好施肥完成，有利于精量化作业；同时，基于卷盘喷灌机行走式与水肥同步施加的独有特点，考虑会受作物、土壤、肥料类型等多重因素带来的直接或间接影响，提出了如何确定施肥机中通道数量、每路通道应调节的吸肥量、浮子流量计规格以及施肥桶规格的方法，很大程度上降低了卷盘喷灌的水肥控制系统的造价。

Description

一种卷盘喷灌水肥同步控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能农业水动力机械技术领域，具体而言，涉及智能水肥机中的一种卷盘喷灌水肥同步控制系统及方法。

背景技术

水肥一体化技术在我国得到了大面积推广与应用，智能水肥机（施肥机）是实现水肥一体化的核心设备，而卷盘喷灌系统又是农业节水领域中水肥一体化系统的典型代表，通常卷盘喷灌系统也可以像滴灌系统一样能够与智能水肥机进行配套使用。然而，卷盘喷灌系统与滴灌系统不同，由于喷灌是行走式喷洒，当通过施肥机进行施肥时，必须满足如下条件：

水与肥需始终保证同步进行；

如专利公开号为CN 207491728 U的一种同步施肥卷盘式喷灌机，公开了通过特定结构实现水与肥的快速搅拌混合，实现了基础层的同步施肥，即实现了某种程度上的水与肥同步施控，但并未公开卷盘喷灌机行走速度与施肥机吸肥量如何相互匹配的相关技术问题，即实现从田间一端喷洒到另一端时肥料恰好施加完成，成为当前遇到的技术难点。

基于卷盘喷灌机行走(直线行走）与水肥同步施加的独有特点，借助施肥机施肥时，会受到作物、土壤、肥料类型等多重因素带来的直接或间接影响，如何确定施肥机中通道数量、每路通道应调节的吸肥量以及施肥桶规格，成为当前遇到的另一技术难点。

综上所述，亟需发明一种卷盘喷灌水肥同步控制系统及方法。

发明内容

为改善、甚至解决现有技术中的至少一个问题，本发明提出了一种卷盘喷灌水肥同步控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面：提供了一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，包括以下步骤：

根据作物与土壤类型获取肥料类型、每亩肥料施用量F（Kg/亩）、卷盘喷灌机参数及亩灌水量M（m³)；

根据所述亩灌水量换算单位面积灌水深度H(mm)，计算公式如下：

H=M*1.5，式中，M为亩灌水量；

根据所述卷盘喷灌参数确定行走速度V(m/h)，计算公式如下：

V=G/(D*H)*1000 ，式中，G为灌机流量（m³/h)，D为喷幅宽度（m)；

根据所述行走速度和所述喷幅宽度确定每小时灌溉面积S（亩)，计算公式如下：

S=D*V/667，式中，D为喷幅宽度，V为行走速度；

再根据所述肥料类型在不同水温下的溶解度，确定肥料浓度C(Kg/L)；

根据每亩肥料施用量F、肥料浓度C及每小时灌溉面积S，确定总吸肥量X（L/h) ，计算公式如下：

X=F/C*S；

根据所述总吸肥量X和单通道最大吸肥量Qmax的相对大小，确定吸肥通道数量n和每路通道吸肥量Qx（L/h)；

根据所述每路通道吸肥量Qx和每天工作时长T(h)反算单次施肥体积V（L)，计算公式如下：

公式V=Qx*T；

根据略大原则，确定最佳施肥桶规格。

本发明进一步的设置为：在喷灌完成的同时同步完成肥液的喷施。

本发明进一步的设置为：所述灌机流量范围为 20-100 m³/h，所述喷幅宽度范围为 20-100 m。

本发明的第二方面：还提供了一种卷盘喷灌水肥同步控制系统，所述控制系统包括控制模块和管路模块，其中：

所述控制模块包括控制器和屏幕，所述控制器与所述屏幕电性连接；所述管路模块包括水泵、吸肥通道和施肥桶，所述水泵通过所述吸肥通道通与所述施肥桶连通；

所述控制模块作为所述管路模块的上位模块实现命令下发；

本发明进一步的设置为：所述吸肥通道按照吸肥流动方向依次连接有浮子流量计、流量调节阀及文丘里施肥器；

本发明进一步的设置为：所述文丘里施肥器在出口为-9 m压力工况下所测吸肥量为所述单通道最大吸肥量，所述文丘里施肥器进口与灌溉主管道下游连通，所述文丘里施肥器出口与所述水泵进口连通，所述水泵出口与灌溉主管道上游连通；

本发明进一步的设置为：所述浮子流量计的流量规格应根据所述单通道最大吸肥量选定，尺寸应选定公称直径20 mm规格；

本发明进一步的设置为：所述施肥桶规格应根据实际需要，选定10L或100L的整数倍。

有益效果

本发明通过对作物、土壤、肥料类型及水肥灌施量等多要素与卷盘喷灌系统中的卷盘喷灌参数进行耦合匹配计算，巧妙地将卷盘喷灌机行走速度、喷幅等与施肥机吸肥量相互匹配，实现了灌溉完成的同时也恰好施肥完成，开创了专门适用于直线行走且水肥同步的卷盘喷灌系统，有利于卷盘喷灌水肥系统的精量化作业。

本发明基于卷盘喷灌水肥同步控制系统，通过肥料的溶解度、施肥量及卷盘水肥同步系统确定的每小时灌溉面积的推导计算，并巧妙结合文丘里出口-9m时达到最大吸肥量的特点，解决了卷盘喷灌机行走与水肥同步施加时，施肥机关键部件多重盲盒问题，即多个关键部件的选型或调节，包括但不限于施肥机中通道数量的确定、浮子流量计规格及施肥桶规格的选型以及每路通道应如何调节吸肥量，更重要的是实现了卷盘喷灌水肥同步控制系统下，关键部件选配与调节功能的有机匹配，本发明可通过施肥机关键部件合理选型极大程度上降低卷盘喷灌水肥控制系统的造价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了卷盘喷灌水肥同步控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

实施例1

如图1所示，本申请实施例以壤土中的玉米为例：

获取使用肥料类型为尿素、每亩肥料施用量F为5 Kg/亩及亩灌水量M为20 m³，每亩灌水量与施肥量均为单次使用量；

根据亩灌水量M=20m³换算单位面积灌水深度H(mm)，计算公式如下：

H=M*1.5=20*1.5=30 mm；

假设卷盘喷灌参数具体为：灌机流量G=32m³/h，喷幅宽度D=30 m，由此确定行走速度V(m/h)，计算公式如下：

V=G/(D*H)*1000= 32/(30*30)*1000=35.5 m/h

其中，G为灌机流量（m³/h), D为喷幅宽度（m)；

根据行走速度V和所述喷幅宽度D确定每小时灌溉面积S（亩)，计算公式如下：

S=D*V/667=30*35.3/667=1.59亩；

再根据尿素在不同水温下的溶解度，当施肥桶内水温度为20℃，此时尿素的溶解度为105g/100g水，确定肥料浓度C为1.05 Kg/L；

根据每亩肥料施用量F=5 Kg/亩、肥料浓度C=1.05 Kg/L及每小时灌溉面积S=1.59亩，确定总吸肥量X（L/h) ，计算公式如下：

X=F/C*S=5/1.05*1.59=7.57 L/h；

根据总吸肥量X和单通道最大吸肥量Qmax的相对大小确定吸肥通道数量n和每路通道吸肥量Qx（L/h)，

具体地，单通道最大吸肥量应根据文丘里施肥器在出口为-9 m压力工况下所测吸肥量确定，本实施例1中文丘里施肥器选用中博数字农业(淄博)有限责任公司生产的型号为ZB-WQL-50的文丘里施肥器，该文丘里施肥器在出口-9m压力时所测吸肥量为50 L/h, 即单通道最大吸肥量Qmax= 50 L/h;

浮子流量计的流量规格应根据单通道最大吸肥量50 L/h选定，尺寸应选定公称直径20 mm规格，即浮子流量计流量规格选为50 L/h；

实施例2

为保证喷灌完成的同时恰好肥液喷施完成，实现水肥同步；

根据实施例1中总吸肥量X=7.57 L/h<50 L/h, 可知吸肥通道数量n=1时即可满足要求，即设计成单通道施肥机即可。

与此同时，通过调节吸肥通道中流量调节阀的阀度，并观察浮子流量计的示数，调整为7.57 L/h，完成通道吸肥量Qx的调节。

同步地，根据通道吸肥量Qx=7.57 L/h和卷盘喷灌机每天工作时长T(h)，卷盘喷灌机当每日工作16h时，即可反算出单次施肥体积V（L)，计算公式如下：

公式V=Qx*T=7.57*16=121.12 L；

根据略大原则，且施肥桶规格应根据实际需要，选定100L的整数倍，最终确定最佳施肥桶规格为200 L。

实施例3

为保证喷灌完成的同时恰好肥液喷施完成，实现水肥同步；

假设实施例1中总吸肥量X=60 L/h>50 L/h, 可知吸肥通道数量n=1时不能满足要求，

在不考虑更换文丘里施肥器吸肥量规格的前提下，

此时n=X/Qmax=60/50=1.2, n应为整数，取值为2，即设计成双通道施肥机即可。

相应地，计算出每路通道吸肥量：

Qx=X/n=60/2=30 L/h

通过调节吸肥通道中流量调节阀的阀度，并观察浮子流量计的示数，调整为30 L/h，完成通道吸肥量Qx的调节。

同步地，根据通道吸肥量Qx=30 L/h和卷盘喷灌机每天工作时长T(h)，卷盘喷灌机当每日工作16h时，即可反算出单次施肥体积V（L)，计算公式如下：

公式V=Qx*T=30*16=480 L；

根据略大原则，且施肥桶规格应根据实际需要，选定100L的整数倍，最终确定最佳施肥桶规格为500 L，每路吸肥通道配备1个施肥桶，即总数量为2个。

实施例4

本申请实施例的另一目的在于一种卷盘喷灌水肥同步控制系统，控制系统包括控制模块和管路模块，其中：

控制模块包括控制器和屏幕，控制器与屏幕电性连接；管路模块包括水泵、吸肥通道和施肥桶，水泵通过吸肥通道通与施肥桶连通；

控制模块作为管路模块的上位模块实现命令下发。

其中，吸肥通道按照吸肥流动方向依次连接有浮子流量计、流量调节阀及文丘里施肥器。

文丘里施肥器在出口为-9 m压力工况下所测吸肥量为所述单通道最大吸肥量，所述文丘里施肥器进口与灌溉主管道下游连通，所述文丘里施肥器出口与所述水泵进口连通，所述水泵出口与灌溉主管道上游连通。

浮子流量计的流量规格应根据所述单通道最大吸肥量选定，尺寸应选定公称直径20 mm规格；

实施例5

本申请实施例的另一目的在于提供一种卷盘喷灌水肥同步控制系统，该控制系统的执行设备载体为施肥机。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据作物与土壤类型获取肥料类型、每亩肥料施用量F（Kg/亩）、卷盘喷灌机参数及亩灌水量M（m³)；

根据所述亩灌水量换算单位面积灌水深度H(mm)，计算公式如下：

H=M*1.5，式中，M为亩灌水量；

根据所述卷盘喷灌机参数确定行走速度V(m/h)，计算公式如下：

V=G/(D*H)*1000 ，式中，G为灌机流量（m³/h)，D为喷幅宽度（m)；

根据所述行走速度和所述喷幅宽度确定每小时灌溉面积S（亩)，计算公式如下：

S=D*V/667，式中，D为喷幅宽度，V为行走速度；

再根据所述肥料类型在不同水温下的溶解度，确定肥料浓度C(Kg/L)；

根据每亩肥料施用量F、肥料浓度C及每小时灌溉面积S，确定总吸肥量X（L/h) ，计算公式如下：

X=F/C*S；

根据所述总吸肥量X和单通道最大吸肥量Qmax的相对大小，确定吸肥通道数量n和每路通道吸肥量Qx（L/h)；

根据所述每路通道吸肥量Qx和每天工作时长T(h)反算单次施肥体积V（L)，计算公式如下：

公式V=Qx*T；

根据略大原则，确定最佳施肥桶规格。

2.根据权利要求1所述的一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，其特征在于，在喷灌完成的同时同步完成肥液的喷施。

3.根据权利要求1所述的一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，其特征在于，所述灌机流量范围为 20-100 m³/h，所述喷幅宽度范围为 20-100 m。

4.根据权利要求1所述的一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，其特征在于，所述卷盘喷灌水肥同步控制方法的实现载体为嵌入所述卷盘喷灌水肥同步控制方法的施肥机控制系统，所述施肥机控制系统包括控制模块和管路模块，其中：

所述控制模块包括控制器和屏幕，所述控制器与所述屏幕电性连接；所述管路模块包括水泵、吸肥通道和施肥桶，所述水泵通过所述吸肥通道与所述施肥桶连通；

所述控制模块作为所述管路模块的上位模块实现命令下发；

所述吸肥通道按照吸肥流动方向依次连接有浮子流量计、流量调节阀及文丘里施肥器；

所述文丘里施肥器在出口为-9 m压力工况下所测吸肥量为所述单通道最大吸肥量，所述文丘里施肥器进口与灌溉主管道下游连通，所述文丘里施肥器出口与所述水泵进口连通，所述水泵出口与灌溉主管道上游连通。

5. 根据权利要求4所述的一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，其特征在于，所述浮子流量计的流量规格应根据所述单通道最大吸肥量选定，尺寸应选定公称直径20 mm规格。

6.根据权利要求4所述的一种卷盘喷灌水肥同步控制方法，其特征在于，所述施肥桶规格应根据实际需要，选定10L或100L的整数倍。