CN205030116U - 一种温室水培循环灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温室水培循环灌溉系统，通过在供水管路上设置有第二EC传感器，在出水主管路设置第一EC传感器，在回流管路上设置有第三EC传感器来实时上传EC值，使得控制装置能够根据循环回路中这三个装置处的EC值与预先设定的EC值的关系自动控制营养液的浓度，解决了现有技术中因单纯以某一处营养液的EC值作为营养液浓度控制而导致灌溉循环回路中供水装置、混肥装置和灌溉装置中的营养液浓度达到一致时存在很长的时延，保证了温室水培营养液自循环EC控制的合理性和有效性，避免营养液浓度控制不精确的问题。

Description

一种温室水培循环灌溉系统

技术领域

本实用新型涉及一种温室水培循环灌溉系统，属于水培作物营养液控制技术领域。

背景技术

设施农业由于环境相对可控，相同种植面积条件下，具有高效产量等特点，在农业发展中占据着越来越重要的地位，在我国人均耕地少的背景下，设施农业已成为我国现代化农业的发展方向，目前我国设施农业的种植面积世界排名第一，以智能温室、塑料大棚、阳光温室为代表的设施农业快速发展，其中水肥一体化技术在作物供水供肥过程中应用也越来越广泛。

设施农业中无土栽培技术应用从根本上避免了土壤连作造成的一系列问题，并且可有效利用空间，不受土地面积的限制，同时在作物供水、供肥专家系统的指导下，易于实现自动化控制，达到优质、节能、高效、高产、无公害的目标。营养液栽培模式下，由灌溉施肥机对作物进行供水、供肥，水肥以营养液形式在水培槽内自动循环，依据作物不同生长周期对营养元素的需要，灌溉施肥机将肥料以一定的比例在混合罐里与灌溉用水配比成相应浓度的营养液，由泵输送给水培槽，最后流入蓄水池，营养液经管道及各过滤器在混合罐、水培槽、蓄水池之间自动循环。在水培槽中，作物根部部分浸入到营养液中，其所需的全部营养由根部从营养液中吸收，为保证肥料供给可靠，通常情况下以监测营养液的电导率（EC值）作为营养液的浓度的控制参考依据。

经过检索，现有的灌溉施肥机或水肥一体化系统仅是以混合罐出水口或水培槽处作物根部的EC值作为营养液控制参考依据。专利号为200910192912.2的中国实用新型，公开了一种植物生长检测及营养液控制系统及其控制方法，它通过检测植物根系EC值实现对营养液浓度的控制。专利号为201010586460.9的中国实用新型，公开了一种自动灌溉施肥机工作状态监测装置及监测方法，它通过对混肥罐内的EC值进行监测为实现自动灌溉施肥机工作过程状态监测及营养液配比提供参考。专利号为201310374592.9的中国实用新型，公开了一种多灌区自动灌溉施肥机控制设备，它通过在混肥管路上设有EC值传感器作为营养液控制参考依据。上述水培模式下，以EC值作为反应营养液浓度的指标，营养液最初是在混合罐中与水进行混合形成，之后由泵输送到水培槽，最终到达蓄水池，之后开始在混合罐、水培槽、蓄水池之间自动循环，吸肥过程中，混合罐通过管道将来自蓄水池中的水与吸肥器从母液罐中吸来肥进行混合，通常情况下，混合罐中营养液的EC值、水培槽中的营养液EC值、蓄水池中的营养液的EC值呈现出由高到低的变化，作物吸收营养液是在水培槽中进行，仅以混合罐的EC值作为施肥控制依据，会造成营养液浓度控制不精确的问题，且混合罐中营养液的EC值、水培槽中的营养液EC值、蓄水池中的营养液的EC值三者在达到一致的过程中，如果水培槽离混合罐较远，水培槽中的营养液EC值、蓄水池中的营养液的EC值与混合罐的EC值存在长时滞性、不均匀性。因此如果仅以混合罐的EC值作为施肥控制依据，不能达到精确供肥，水肥一体化技术的核心为根据作物生长需要进行精准灌溉和施肥，根据作物需要，实现对营养液浓度精确控制、营养液混合均匀是该领域的重点和难点问题。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有的水培系统仅仅依赖水肥回路（混罐处、水培槽处或蓄水池处）中某一处营养液的EC值作为营养液浓度控制依据而导致整个循环灌溉系统中的EC值不稳定的问题，提出一种温室水培循环灌溉系统，提高营养液EC值控制准确率、混合均匀度。

技术方案：为了达到上述目的，本实用新型提供的温室水培循环灌溉系统包括：所述供水装置与所述混肥装置通过供水管路连通；所述供肥装置与所述混肥装置通过供肥管路连通；所述灌溉装置一端通过出水主管路与所述混肥装置连通，另一端通过回流管路与供水装置连通，形成灌溉循环回路；所述供水装置上设置有第二EC传感器，所述混肥装置上设置有第一EC传感器，所述灌溉装置上设置有第三EC传感器，所述第一EC传感器、第二EC传感器、第三EC传感器分别与控制装置电连接。

其中，所述供水装置包括：蓄水池以及设置在进水口的补水电磁阀；所述供水装置与所述混肥装置之间的供水管路上依次设置有自吸泵和液位控制阀，所述自吸泵与所述控制装置电连接。

其中，所述供肥装置包括母液罐，在所述供肥装置与所述混肥装置之间的供肥管路上依次设置有过滤器、配肥电磁阀和吸肥器；所述配肥电磁阀与所述控制装置电连接。

其中，所述混肥装置包括混合罐，所述混合罐内设置有浮球开关，所述浮球开关用于控制混合罐中的水位；在所述混合罐上还设置有增压泵，所述增压泵与所述出水主管路连接，所述增压泵与所述控制装置电连接；所述出水主管路共分三条支路，第一支路与所述灌溉装置连接；第二支路上设置有压力调节电磁阀，所述压力调节电磁阀与所述控制装置电连接；第三支路与所述吸肥器连接。

有益效果：本实用新型的水培循环灌溉系统，可有效提高营养液EC混合均匀度、控制精度，降低肥料的浪费，达到精确施肥，由于该方法及系统是以混合罐处监测的EC值、蓄水池处的EC值、蓄水池处的EC值三个指标作为参考依据同时与设定的EC值进行比较，可确保营养液EC监测可靠，为营养液EC精确控制提供可靠依据，从而避免灌溉施肥机工作过程中营养液浓度不均匀、控制不精确的问题，实现节约用肥。

附图说明

图1为本实用新型的水培循环灌溉系统的结构示意图；

图中：1第一EC传感器、2第二EC传感器、3第三EC传感器、4控制装置、5吸肥器、6配肥电磁阀、7过滤器、8母液罐、9自吸泵、10蓄水池、11补水电磁阀、12液位控制阀、13浮球开关、14混合罐、15增压泵、16压力调节电磁阀、17水培槽、18支路电磁阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1中的水培循环灌溉系统包括：供水装置、供肥装置、混肥装置、灌溉装置和控制装置4以及相应的管路和线路；供水装置与混肥装置通过供水管路连通；供肥装置与混肥装置通过供肥管路连通；灌溉装置一端通过出水主管路与混肥装置连通，另一端通过回流管路与供水装置连通，形成灌溉循环回路；控制装置4分别与供水装置、供肥装置、混肥装置、灌溉装置电连接，接收检测信息和发送控制指令，控制装置4可采用可编程控制器或单片机。

供水装置包括蓄水池10以及设置在蓄水池10进水口的补水电磁阀11；在供水装置与混肥装置之间的连通管路上依次设置有自吸泵9和液位控制阀12，液位控制阀12和混合罐14内设置的浮球开关13相连接，自吸泵9与控制装置4电连接；在供水装置与混肥装置的供水管路上还设置有第二EC传感器2，第二EC传感器2与控制装置4电连接。

供肥装置包括母液罐8，在供肥装置与混肥装置之间的连通管路上依次设置有过滤器7、配肥电磁阀6和吸肥器5，吸肥器5采用常用的文丘里吸肥器；配肥电磁阀6与控制装置4电连接。

混肥装置包括混合罐14，在混合罐14内设置有浮球开关13，浮球开关13用于控制液位控制阀12的开启和关闭；在混合罐14上还设置有增压泵15，增压泵15与出水主管路连接，出水主管路共分三条支路，第一支路为灌溉施肥回路，与灌溉装置连接，用于向生产区供应营养液；第二支路是稳压回路，该支路上安装有压力调节电磁阀16，压力调节电磁阀16与控制装置4电连接，用来调节系统的压力，以防因主管路中流量的变化引起系统压力的过大波动；第三支路是配肥支路，与吸肥器5连接，使得吸肥器5能够正常工作将母液罐8的肥料输送至混合罐14中；增压泵15和压力调节电磁阀16分别与控制装置电连接；在混肥装置与灌溉装置之间的出水主管路上还设置有第一EC传感器1，第一EC传感器1与控制装置4电连接。

灌溉装置包括水培槽17和灌溉支路，灌溉支路上设置有支路电磁阀18，在灌溉装置与供水装置之间的回流管路上还设置有第三EC传感器3，第三EC传感器3、支路电磁阀18分别与控制装置4电连接。该灌溉装置将生产区分为多个灌区，每个灌区的灌溉施肥支路上都安装有支路电磁阀18，使得每个支路都可单独控制，当作物需要灌溉施肥时，打开该支路上的控制支路电磁阀18即可，减小系统能耗并提高系统利用率，从而达到高效灌溉施肥的目的。

利用该温室水培营养液EC值自控制循环灌溉系统进行灌溉时，通过以下方式对供水装置、供肥装置、混肥装置、灌溉装置进行控制，进行循环灌溉：

（1）对预先EC值的设置：将控制装置4与电脑相连接，通过程序预先设置EC值为2500μs，该EC值为理论值，即：供补水装置、混肥装置、灌溉装置处的EC值的上限，当三者之处的EC值越接近该上限值，灌溉循环回路中的营养液浓度控制得越好，因此同时预先设定三者之处的EC值与上述EC理论值的误差下限为-5%，以达到较好的控制效果。

（2）对供补水装置的监控：浮球开关13输出水位信号至控制装置4；水位低于下限时控制装置4输出控制信号至供水装置的自吸泵9对混肥装置供水；达到上限时则自吸泵9停止供水；第二EC传感器2对蓄水池10中的的EC值进行实时监测并上报给控制装置4。

（3）对混肥装置的监控：第一EC传感器1对混合罐14的EC值进行实时监测，并上报给控制装置4。

（4）灌溉装置的监控：混合罐14中的营养液由增压泵15泵入出水主管路，控制装置4输出控制信号至某个灌装区的支路电磁阀18从而控制相应灌装区的灌装；第三EC传感器3对水培槽17内的EC值进行实时监测，并上报给控制装置4。

（5）对供肥装置的监控：第一EC传感器1、第二EC传感器2、第三EC传感器3分别将监测的EC值上传给控制装置4，控制装置4将各个传感器所检测的EC值与预先设定的EC值进行比较，若第一EC传感器1检测的第一EC值、第二EC传感器2检测的第二EC值、第三EC传感器3检测的第三EC值与在控制装置4中预先设定的EC值相对误差在-5%以内，控制装置4关闭配肥电磁阀6结束吸肥；否则控制装置4打开配肥电磁阀6，吸肥器5从母液罐8吸肥。

具体地，该水培循环灌溉系统利用三个EC传感器监测到的EC值进行控制配肥电磁阀6可开启和关闭，根据作物施肥控制策略，在控制装置4预先设定的EC值为2500μs，循环水由蓄水池10经过滤器被自吸泵9吸入肥水混合罐14，混合罐14中的营养液由增压泵15泵入出水主管路，在蓄水池10、混合罐14、水培槽17所形成的循环回路中，营养液的EC值需保持相对稳定，水培槽17中作物的对肥料的吸取，水培槽17营养液EC值会降低，混合罐14处第一EC传感器1监测的EC值为2350μs，水培槽17处第三EC传感器3监测的EC值为2300μs，蓄水池10处第二EC传感器2监测的EC值为2280μs，控制装置4将EC传感器上传的数据分别与控制装置4中预先设定的EC值比较，可以得出第一EC传感器1与预先设定的EC值的相对误差为：（2350-2500）/2500=-6%，同样地，第二EC传感器2、第三EC传感器3与控制装置4中预先设定的EC值的相对误差分别为-8%、-8.8%，相对误差均低于误差下限-5%，控制装置4控制配肥电磁阀6开启，吸肥器5从母液罐8中吸肥。运行一段时间，混合罐14处第一EC传感器1监测的EC值为2490μs，水培槽17处第三EC传感器3监测的EC值为2450μs，蓄水池10处第二EC传感器2监测的EC值为2400μs，控制装置4将EC传感器上传的数据分别与控制装置4中预先设定的EC值比较，可以得出第一EC传感器1与预先设定的EC值的相对误差为：（2490-2500）/2500=-0.4%，同样地，第二EC传感器2、第三EC传感器3与控制装置4中预先设定的EC值的相对误差分别为-4%、-2%，均高于-5%，此时控制装置4控制的配肥电磁阀6关闭，吸肥器5不从母液罐8中吸肥。

Claims (5)

1.一种温室水培循环灌溉系统，包括：供水装置、供肥装置、混肥装置、灌溉装置和控制装置；所述供水装置与所述混肥装置通过供水管路连通；所述供肥装置与所述混肥装置通过供肥管路连通；所述灌溉装置一端通过出水主管路与所述混肥装置连通，另一端通过回流管路与供水装置连通，形成灌溉循环回路；其特征在于，所述供水管路上设置有第二EC传感器，所述出水主管路上设置有第一EC传感器，所述回流管路上设置有第三EC传感器，所述第一EC传感器、第二EC传感器、第三EC传感器分别与控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的温室水培循环灌溉系统，其特征在于，所述供水装置包括：蓄水池以及设置在进水口的补水电磁阀；所述供水装置与所述混肥装置之间的供水管路上依次设置有自吸泵和液位控制阀，所述自吸泵与所述控制装置电连接。

3.根据权利要求1所述的温室水培循环灌溉系统，其特征在于，所述供肥装置包括母液罐，在所述供肥装置与所述混肥装置之间的供肥管路上依次设置有过滤器、配肥电磁阀和吸肥器；所述配肥电磁阀与所述控制装置电连接。

4.根据权利要求3所述的温室水培循环灌溉系统，其特征在于，所述混肥装置包括混合罐，所述混合罐内设置有浮球开关，所述浮球开关用于控制混合罐中的水位；在所述混合罐上还设置有增压泵，所述增压泵与所述出水主管路连接，所述增压泵与所述控制装置电连接；所述出水主管路共分三条支路，第一支路与所述灌溉装置连接；第二支路上设置有压力调节电磁阀，所述压力调节电磁阀与所述控制装置电连接；第三支路与所述吸肥器连接。

5.根据权利要求1所述的温室水培循环灌溉系统，其特征在于，所述控制装置为可编程控制器或单片机。