CN210868735U - 水肥一体化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农业生产领域，提供一种水肥一体化系统。其包括水源、肥料罐、混液罐、监测装置及控制装置，水源经水泵与水管相连，水泵的出水口与混液罐的进水口管道连接，肥料罐经注肥器与混液罐的进料口管道连接，混液罐经施肥泵与水管管道连接，监测装置包括电导率传感器、酸碱度传感器、土壤含水量传感器及微气候传感器，电导率传感器与酸碱度传感器均安装在施肥泵与注肥器之间的连接支路上，微气候传感器用于监测作物所处的气候环境，土壤含水量传感器用于监测作物生长区的土壤含水量，控制装置分别与电导率传感器、酸碱度传感器、土壤含水量传感器及微气候传感器信号连接，从而实现了精量、高效、智能注肥，提高了自动化水平。

Description

水肥一体化系统

技术领域

本实用新型涉及农业生产技术领域，尤其涉及一种水肥一体化系统。

背景技术

施肥灌溉是农作物生产中非常重要的环节，需要时刻注意作物生长情况并及时补充水分和营养，以满足植物生长需要，整个种植过程花费大量时间和精力。水肥一体化是当今世界公认的一项高效节水节肥的农业新技术。水肥一体化主要根据土壤特性以及作物生长规律，利用灌溉设备同时把水分和肥料均匀、准确、定时定量地供应给作物。与传统水肥管理方式相比：利用水肥一体化技术增产20％～30％、节水50％、节肥40％～50％，具有很大的技术优势。

目前，为减小施肥灌溉的劳动强度提高劳动效率，我国水肥一体化发展非常迅速，在为作物及时、准确、均匀地提供水分和营养的同时还提高了作物产量和品质，增强了市场竞争力，为扩大生产规模创造条件。现在多数水肥一体化系统普遍采用混肥罐进行水、肥混合，借助注肥泵进行固定比例注肥，但这类水肥一体化系统存在注肥效率低、控制精度不高且功能单一等问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种水肥一体化系统，用以解决现有的水肥一体化系统注肥精度不高、功能单一及智能化程度低的问题。

(二)实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种水肥一体化系统，包括水源、肥料罐、混液罐、监测装置及控制装置，所述水源经水泵与排布在作物生长区的水管相连，所述水泵的出水口与所述混液罐的进水口管道连接，所述肥料罐经注肥器与所述混液罐的进料口管道连接，所述混液罐经施肥泵与所述水管管道连接，所述监测装置包括电导率传感器、酸碱度传感器、土壤含水量传感器及微气候传感器，所述电导率传感器与所述酸碱度传感器均安装在所述施肥泵与所述注肥器之间的连接支路上，所述微气候传感器用于监测作物所处的气候环境，所述土壤含水量传感器用于监测作物生长区的土壤含水量，所述控制装置分别与所述电导率传感器、所述酸碱度传感器、所述土壤含水量传感器及所述微气候传感器信号连接。

其中，所述肥料罐包括多个，多个所述肥料罐内盛放多种肥料，每一个所述肥料罐与所述注肥器之间的连接管路上安装有第一过滤器。

其中，所述注肥器为文丘里注肥器。

其中，所述混液罐上安装有液位传感器，所述水泵的出水端安装有水表，所述水表和所述液位传感器均与所述控制装置信号连接。

其中，所述水泵的出水口连接第二过滤器，所述水管与所述混液罐均与所述第二过滤器的出口相连。

其中，所述水管上安装有第三过滤器，所述混液罐的出料口与所述第三过滤器的进口相连。

其中，所述肥料罐与所述注肥器之间的连接管路上安装电磁阀，所述控制装置与所述电磁阀信号连接。

其中，还包括移动终端，所述移动终端与所述控制装置信号连接。

其中，所述控制装置内置有作物生长模型。

(三)有益效果

本实用新型提供的水肥一体化系统，水源经水泵与水管相连，以便为作物提供生长所需的水；肥料罐内的肥料在混液罐内被稀释后经施肥泵流入水管，以便为作物生长提供所需的肥料，混液罐与水源相连以便提供稀释用水；借助电导率传感器、酸碱度传感器、土壤含水量传感器及微气候传感器监测的数据，控制装置根据作物生长的气候环境信息及土壤含水量控制供水和供肥时间，防止灌溉过量或不足；控制装置根据灌溉液的电导率及酸碱度防止灌溉液浓度不适宜影响灌溉效果；整个水肥一体化系统将注肥、灌溉功能集于一体，实现了精量、高效、智能注肥，提高了自动化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例水肥一体化系统的结构示意图；

图中：1、水源；2、肥料罐；3、混液罐；4、水管；5、水泵；6、注肥器；7、施肥泵；8、电导率传感器；9、酸碱度传感器；10、第一过滤器；11、液位传感器；12、水表；13、第二过滤器；14、第三过滤器。

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，显然，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种水肥一体化系统，包括灌溉管路，该灌溉管路包括水源1、肥料罐2、混液罐3、监测装置及控制装置。其中，在田间或温室等作物生长区排布有水管4，水管4的管路上安装有电磁阀，水源1经水泵5与水管4连通。水泵5的出水口还与混液罐3的进水口通过管道连接。具体地，可以在水泵5的出水口安装T型管，T型管的两个出水口分别与混液罐3和水管4连通，从而实现水泵5向水管4或混液罐3的供水。肥料罐2经注肥器6与混液罐3的进料口管道连接，混液罐3的出料口经施肥泵7与水管4管道连接。其中，注肥器6为文丘里注肥器。由此，肥料罐2内的肥料记住注肥器6进入混液罐3进行稀释，然后经施肥泵7排入水管4内对作物进行施肥。

监测装置包括电导率传感器8、酸碱度传感器9、土壤含水量传感器及微气候传感器，电导率传感器8和酸碱度传感器9均安装在施肥泵7与注肥器6之间的连接支路上，用以监测肥料的PH值和土壤电导率值；微气候传感器用于获取作物生长区的气候环境信息；土壤含水量传感器用于测量作物生长区土壤含水量。控制装置分别与电导率传感器8、酸碱度传感器9、土壤含水量传感器和微气候传感器信号连接。

使用时，若仅需要向作物灌溉水分，则控制装置控制水泵5及水管开启，将水分提供给农作物。若需要供给肥料，控制装置控制注肥器6工作，将肥料罐2内高浓度的肥料液输送至混液罐3内进行混合，从而避免高浓度的肥料对作物产生负面影响，施肥泵7将混液罐3内稀释后的肥料液输送至水管4内进行浇灌。

当土壤含水量传感器测量的土壤含水量低于预设值时，需要向作物灌溉水分。需要说明的是，灌溉过程中土壤水分监测存在一定的滞后性，控制装置自动根据当前土壤含水量以及目标值，计算实际需水量，然后以较低频率提前灌溉，以使土壤水分在设定时间达到设定值，防止因为土壤水分扩散滞后导致的灌溉不足、灌溉过量或灌溉不及时。除此之外，该系统也可以根据种植的作物种类进行定时灌溉。具体地，每个控制装置根据内部程序分析有灌溉需求的多个单元之间的优先级及灌溉模式，进行水量调配、分批供给，优先满足经济价值较高或无土栽培的作物，以便能充分满足作物水量需求，降低对水源1的要求，适当减少管道管径，降低水泵5的功率，极大地降低了成本。

通常，作物在不同的生长阶段需要的水量和肥料量是不同的，每个生长阶段的需水量和需肥量根据种植经验可以获知。控制装置根据作物生长区的气候环境信息及作物生长阶段准确计算当前作物的需水量和需肥量。其中，控制装置可以内置作物生长模型，此时在作物生长区安装与控制装置信号连接的摄像头，摄像头拍摄的作物图像传递至控制装置以便对比确定作物生长阶段，然后调取该生长阶段的需水量和需肥量数据，以便进行精确控制。控制装置根据作物生长区的气候环境信息及土壤含水量控制供水和供肥时间，防止灌溉过量或不足。需要说明的是，作物生长阶段也可以借助人工输入或直接在控制装置内设置当前作物生长阶段的需水量与需肥量，对此，本实用新型实施例不做具体限定。另外，控制装置还可以识别作物种类，借助摄像头采集的作物图片确定作物种类，从而实现智能控制。

本实用新型实施例中的肥料罐2包括多个，多个肥料罐2内盛放有多种肥料，每个肥料罐2与注肥器6之间的连接管路上安装有第一过滤器10。该第一过滤器10采用叠片过滤器。如图1所示，肥料罐2有五个，每个肥料罐2内盛放一种肥料，由此可以向农作物同时提供五种肥料的混合液；当然也可以设置十多个肥料罐2，具体可以根据作物生长需求进行设定。肥料罐2与注肥器6之间的每个连接管路上安装有一个电磁阀，该电磁阀与控制装置信号连接，可以借助控制装置进行自动控制也可以人工手动开启，工作电压为AC24V，采用聚氯乙烯制成。另外，在肥料罐2与水源1之间亦设有连接管道，该连接管道上同样安装有电磁阀，电磁阀与控制装置信号连接。控制装置根据电导率传感器8、酸碱度传感器9控制作物不同生长其的肥料浓度和比例，确保肥料浓度在合适的范围内，实现施肥控制。

在混液罐3上安装有液位传感器11，水泵5的出水端安装有水表12，控制装置与水表12信号连接。当向作物供给水分时，控制装置根据水表12控制供水量。液位传感器11与控制装置信号连接，当混液罐3内的液位低于预设值时，控制装置控制水泵5向混液罐3内补水。另外，混液罐3的顶部边缘处设有通风口，用于排出二氧化碳。为了方便系统维护，在各支路设有排水点。

水泵5的出水口连接有第二过滤器13，混液罐3和水管4均与第二过滤器13的出口相连。由此，借助第二过滤器13对水源水质进行处理，经过处理后水通入水管4内进行浇灌或者通入混液罐3内稀释肥料液。水管4安装有第三过滤器14，第三过滤器14的进口与混液罐3的出料口相连，即流向农作物的水或肥液均经过第三过滤器14处理后再进行灌溉。由此水分或肥料通过多级过滤和消毒装置，确保输送至各个作物生长区的肥料无杂质污染。

为了方便远程控制，本实用新型实施例中的水肥一体化系统还包括移动终端，该移动终端与控制装置信号连接。具体地，移动终端可以采用PC端、GPRS/3G/4G移动客户端或者APP、公众号等网络设备。借助该移动终端进入系统平台，操作人员可以查看每个设备的状态、操作状况及是否正常运行等，也可以获取产量效益信息报表与资源使用量信息，有助于实现系统的远程控制功能。另外，该控制装置可以设置操作屏，控制装置安装在作物生长区附近，借助操作屏方便操作者进行人工操作。由此，该水肥一体化系统可以根据作物实际生长情况和需求可以人工操作，独立进行灌溉和施肥；另一方面，借助控制装置及与控制装置信号连接的移动终端，可以实现自动控制，并且将水肥一体化系统中采集的各种数据汇总在一起，以便对影响水肥使用量的数据进行统一的数据研究分析，并进行决策。

本实用新型实施例提供的水肥一体化系统，适用于大田土壤栽培、土壤栽培、营养液栽培、基质栽培、岩棉栽培等多种栽培模式。在使用时，借助控制装置的操作屏选择手动或自动模式，在控制装置中预设土壤含水量下限和土壤含水量上限，同时预设灌溉液浓度上限和灌溉液浓度下限。借助电导率传感器8、酸碱度传感器9对灌溉液浓度进行实时监测，当灌溉液浓度高于预设灌溉液浓度上限时，打开水泵5关闭肥料罐2与注肥器6之间的管路，向混液罐3内通入水分进行稀释；当灌溉液浓度低于预设灌溉液浓度下限时，开启肥料罐2与注肥器6之间的管路，向混液罐3内通入高浓度肥液，以调整灌溉液的浓度。当土壤含水量传感器检测到的土壤含水量接近土壤含水量上限时，停止本次灌溉。整个监测装置和控制装置循环监测，当监测到土壤含水量低于或接近预设土壤含水量下限时，开始启动自动浇灌；或者在达到预设时间并且土壤含水量低于预设土壤含水量下限时启动自动浇灌程序。

具体地，本实用新型实施例中的控制装置采用SIMATIC S7-1200，方便逻辑编程。另外，该控制装置还采用1214C AC/DC/RLY型号的CPU进行数据分析和处理。控制装置与各传感器之间的通信采用CM1241RS422/485通信模组。移动终端采用威纶通MT8102IE的触摸屏作为远程控制平台的操作台。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种水肥一体化系统，其特征在于，包括水源、肥料罐、混液罐、监测装置及控制装置，所述水源经水泵与排布在作物生长区的水管相连，所述水泵的出水口与所述混液罐的进水口管道连接，所述肥料罐经注肥器与所述混液罐的进料口管道连接，所述混液罐经施肥泵与所述水管管道连接，所述监测装置包括电导率传感器、酸碱度传感器、土壤含水量传感器及微气候传感器，所述电导率传感器与所述酸碱度传感器均安装在所述施肥泵与所述注肥器之间的连接支路上，所述微气候传感器用于监测作物所处的气候环境，所述土壤含水量传感器用于监测作物生长区的土壤含水量，所述控制装置分别与所述电导率传感器、所述酸碱度传感器、所述土壤含水量传感器及所述微气候传感器信号连接。

2.根据权利要求1所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述肥料罐包括多个，多个所述肥料罐内盛放多种肥料，每一个所述肥料罐与所述注肥器之间的连接管路上安装有第一过滤器。

3.根据权利要求1所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述注肥器为文丘里注肥器。

4.根据权利要求1或2所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述混液罐上安装有液位传感器，所述水泵的出水端安装有水表，所述水表和所述液位传感器均与所述控制装置信号连接。

5.根据权利要求1所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述水泵的出水口连接第二过滤器，所述水管与所述混液罐均与所述第二过滤器的出口相连。

6.根据权利要求1或5所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述水管上安装有第三过滤器，所述混液罐的出料口与所述第三过滤器的进口相连。

7.根据权利要求1所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述肥料罐与所述注肥器之间的连接管路上安装电磁阀，所述控制装置与所述电磁阀信号连接。

8.根据权利要求1或7所述的水肥一体化系统，其特征在于，还包括移动终端，所述移动终端与所述控制装置信号连接。

9.根据权利要求8所述的水肥一体化系统，其特征在于，所述控制装置内置有作物生长模型。

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