CN211322040U - 基于4g模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，涉及灌溉施肥装置领域；其管网装置包括并联的N路稀释肥支路、施肥混肥管路上设置的进水口、施肥、出水口和混肥组件以及主管道；其控制装置包括依次连接的传感器组、控制模块、驱动组件，控制模块连接用于调节混肥比例的组态触摸屏，组态触摸屏分别与控制模块和4G模块连接。本实用新型通过设置多路稀释肥支路、施肥混肥管路、主管道以及管路上的电磁阀和传感器等器件联动，解决了现有施肥、灌溉单独进行操作效率低的问题，实现同时进行不同种类肥料的定量、自动施肥和灌溉，通过4G模块传输施肥数据，利于远程监控施肥和灌溉。

Description

基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置

技术领域

本实用新型涉及灌溉施肥装置领域，尤其是基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置。

背景技术

农业物联网旨在通过大量的物联网节点构成监控网络来监控农作物所处的大气和土壤环境，帮助农民很快发现问题并定位出现问题的位置，从而科学有效地进行农业种植，通过农业物联网进行的农业种植能够带来增产、改善农作物品质、调节生产周期和提高经济效益等优势。随着工业、农业技术的发展，大量的使用化肥，大水漫灌，阶段性的使农作物提高了产量。但是大量的化肥对生态环境带来了负面效应，大水漫灌使我国水资源匮乏的问题越来越严重。传统的农业水肥管理制度以及设备已经不能满足农业向节约型，精细化生产的方向发展。现阶段我国农业水肥管理设备存在以下问题：一、施肥控制和灌水控制是两个独立的系统，无法联动；二、施肥时一次只能施用一种肥料；三、施肥时每个灌区无法精确控制施肥量，施肥过程中无法均匀控制施肥速率；四、设备无法连接互联网，无法实现物联网实时的监控和记录。

因此，本申请提出一种灌溉装置，克服以上问题，实现同时可控地施肥和灌溉，节省资源和人工，精确施肥和灌溉，实时无线传输施肥和灌溉数据，利于精细化管理。

发明内容

本实用新型的目的在于：本实用新型提供了基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，解决了现有施肥、灌溉单独进行操作麻烦、控制精度和效率低的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，包括管网装置和控制装置，所述管网装置包括并联的N路稀释肥支路、施肥混肥管路上设置的进水口组件、施肥组件、出水口组件和混肥组件以及与施肥混肥管路连接的主管道，所述主管道包括主管道输入端和设置M个灌区的主管道输出端，M、N均为大于1的正整数，所述进水口组件一端连接主管道输入端，其另一端分别沿着施肥混肥管路依次连接施肥组件、混肥组件和出水口组件，所述出水口组件连接主管道输出端，其另一端还连接并联连接的N路稀释肥支路后连接至施肥混肥管路的混肥进口；所述控制装置包括电源、用于调节混肥比例的组态触摸屏、4G模块、驱动组件、传感器组和控制模块，所述传感器组、控制模块、驱动组件依次电性连接后连接管网装置中的电磁阀、施肥泵和搅拌泵，所述组态触摸屏通过RS485分别与控制模块和驱动组件电性连接，所述控制模块连接驱动组件，所述组态触摸屏通过RS232与4G模块连接。

优选地，所述进水口组件包括网式过滤器、进水口电磁阀、压力表和排气阀，所述网式过滤器安装在主管道出口处，所述进水口电磁阀安装在施肥混肥管路入口端，所述压力表和排气阀依次安装在施肥混肥管路。

优选地，所述出水口组件包括Y型过滤器和逆止阀，所述Y型过滤器输入端连接施肥混肥管路的施肥出口，其输出端连接逆止阀，逆止阀输出端连接主管道。

优选地，所述施肥组件包括施肥泵、混肥进口电磁阀和施肥出口电磁阀，所述施肥泵输入端连接混肥进口电磁阀，所述施肥泵两端分别设置施肥出口电磁阀。

优选地，所述混肥组件包括混肥桶、混肥进口电磁阀、施肥出口电磁阀和搅拌泵，所述混肥桶中安装有搅拌泵，所述混肥桶两端安装混肥进口电磁阀和施肥出口电磁阀。

优选地，所述每路稀释肥支路包括施肥桶、进水口电磁阀、肥料出口电磁阀和搅拌泵，所述施肥桶内安装搅拌泵，所述施肥桶入口安装进水口电磁阀，所述施肥桶出口安装肥料出口电磁阀。

优选地，所述传感器组包括浮子流量计、液位传感器和文丘里射流器，所述浮子流量计安装在稀释肥支路上施肥桶出口端，所述液位传感器安装在施肥桶内，所述文丘里射流器安装在稀释肥支路和施肥混肥管路交接处，其上端安装肥料出口电磁阀。

优选地，所述传感器组包括液位传感器、EC传感器和PC传感器，所述液位传感器、EC传感器和PC传感器均安装在混肥桶。

优选地，所述驱动组件包括变频器，所述控制模块连接施肥泵，所述施肥泵电气连接变频器。

优选地，所述驱动组件包括接触器，所述灌区设置有灌区电磁阀，所述控制模块连接接触器，所述接触器分别电气连接管网装置的搅拌泵和电磁阀以及灌区电磁阀。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型将灌溉和施肥集成，施肥混肥通过对应管网装置和控制装置实现施肥和混肥，将施肥混肥输入主管道，控制灌区电磁阀实现同时进行施肥和灌溉，节约人工，提高农业灌溉和施肥效率；

2.本实用新型设置多路施肥管道，各个管道互不干扰，实现同时施不同种类的肥料，节约施肥时间，节省人工；通过组态触摸屏还可实现按比例混肥；

3.本实用新型通过变频器控制施肥泵，避免施肥速率不恒定的缺点，通过液位传感器监测桶内的施肥量和电磁阀，实现自动控制精确施肥；通过浮子流量计，实时检测液体流速；

4.本实用新型通过4G模块传输施肥数据，利于远程监控施肥和灌溉。

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是本实用新型的装置连接示意图；

图2是本实用新型的控制电路的电路连接图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，即所描述的实施例仅仅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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

现阶段我国农业水肥管理设备存在以下问题：一、施肥控制和灌水控制是两个独立的系统，无法联动；二、施肥时一次只能施用一种肥料；三、施肥时每个灌区无法精确控制施肥量，施肥过程中无法均匀控制施肥速率；四、设备无法连接互联网，无法实现物联网实时的监控和记录。本申请提出一种灌溉装置，克服以上问题，实现同时可控地施肥和灌溉，节省资源和人工，精确施肥和灌溉，实时无线传输施肥和灌溉数据，利于精细化管理，具体如下：

基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，包括管网装置和控制装置，所述管网装置包括并联的N路稀释肥支路、施肥混肥管路上设置的进水口组件、施肥组件、出水口组件和混肥组件以及与施肥混肥管路连接的主管道，所述主管道包括主管道输入端和设置M个灌区的主管道输出端，M、N均为大于1的正整数，所述进水口组件一端连接主管道输入端，其另一端分别沿着施肥混肥管路依次连接施肥组件、混肥组件和出水口组件，所述出水口组件连接主管道输出端，其另一端还连接并联连接的N路稀释肥支路后连接至施肥混肥管路的混肥进口；所述控制装置包括电源、用于调节混肥比例的组态触摸屏、4G模块、驱动组件、传感器组和控制模块，所述传感器组、控制模块、驱动组件依次电性连接后连接管网装置中的电磁阀、施肥泵和搅拌泵，所述组态触摸屏通过RS485分别与控制模块和驱动组件电性连接，所述控制模块连接驱动组件，所述组态触摸屏通过RS232与4G模块连接。

进水口组件包括网式过滤器、进水口电磁阀、压力表和排气阀，所述网式过滤器安装在主管道出口处，所述进水口电磁阀安装在施肥混肥管路入口端，所述压力表和排气阀依次安装在施肥混肥管路。出水口组件包括Y型过滤器和逆止阀，所述Y型过滤器输入端连接施肥混肥管路的施肥出口，其输出端连接逆止阀，逆止阀输出端连接主管道。施肥组件包括施肥泵、混肥进口电磁阀和施肥出口电磁阀，所述施肥泵输入端连接混肥进口电磁阀，所述施肥泵两端分别设置施肥出口电磁阀。混肥组件包括混肥桶、混肥进口电磁阀、施肥出口电磁阀和搅拌泵，所述混肥桶中安装有搅拌泵，所述混肥桶两端安装混肥进口电磁阀和施肥出口电磁阀。每路稀释肥支路包括施肥桶、进水口电磁阀、肥料出口电磁阀和搅拌泵，所述施肥桶内安装搅拌泵，所述施肥桶入口安装进水口电磁阀，所述施肥桶出口安装肥料出口电磁阀。传感器组包括浮子流量计、液位传感器和文丘里射流器，所述浮子流量计安装在稀释肥支路上施肥桶出口端，所述液位传感器安装在施肥桶内，所述文丘里射流器安装在稀释肥支路和施肥混肥管路交接处，其上端安装肥料出口电磁阀。传感器组包括液位传感器、EC传感器和PC传感器，所述液位传感器、EC传感器和PC传感器均安装在混肥桶。驱动组件包括变频器，所述控制模块连接施肥泵，所述施肥泵电气连接变频器。驱动组件包括接触器，所述灌区设置有灌区电磁阀，所述控制模块连接接触器，所述接触器分别电气连接管网装置的搅拌泵和电磁阀以及灌区电磁阀。

如图1、2所示，施肥灌溉过程：

稀释肥，先将肥料加入施肥桶A、B、C中，然后进水口电磁阀A、B、C打开控制水进入施肥桶A、B、C，同时启动搅拌泵A、B、C，液位传感器A、B、C实时监测施肥桶A、B、C内肥水的高度。通过在组态触摸屏上设置每路液位上限的高度，通过传感器检测的数据，检测数据对应的液位达到上限后自动关闭对应电磁阀。三路施肥桶注水互不干扰。通过设置多路稀释肥支路实现同时施加多种肥料，加快施肥效率，液位传感器和电磁阀实现联动，实现自动稀释肥料和自动施肥、灌溉。

混肥，启动施肥泵，搅拌泵D，打开出肥口电磁阀A、出肥口电磁阀B、出肥口电磁阀C，打开混肥进口2电磁阀。施肥泵将管道内的水抽到混肥桶内，水经过文丘里射流器A、B、C，由文丘里效应，可以将施肥桶内稀释过的肥料吸入管道内，进入混肥桶。施肥泵由变频器驱动，通过在组态触摸屏上调节输出频率，可以调文丘里射流器吸肥的速率；通过组态触摸屏还能实现混肥比例的调节。三路文丘里施肥器互不干扰。通过设置组态触摸屏上设置混肥桶液位上限高度，液位达到后自动关闭各路电磁阀和施肥泵。吸肥过程中，通过浮子流量计可以实时的观察吸肥速率。通过组态触摸屏实现调节变频器控制吸肥速率、调节比例混肥和自动混肥。

施肥，打开施肥出口1电磁阀，施肥出口2电磁阀，启动施肥泵，关闭其它电磁阀。混肥桶内的肥料经过施肥出口1，施肥泵，施肥出口2，逆止阀进入主管道内。通过调节变频器输出频率来调节肥料向主管注入的速率。施肥，将肥料混合均匀后，主管网中有水，且灌区电磁阀打开的情况下，将肥料混入主管网的水中，在灌溉的同时将肥料施入灌区，实现同时进行施肥和灌溉。

控制模块采用的型号为GKM6C，组态触摸屏的型号TPC106Ti，4G模块的型号为HF2411，EC、PH传感器型号为EL-TDS210、SIN-PH-5011，信号转换模块BSQ-2018将EC、PH传感器探头信号转换为4-20mA的输出信号(因为GKM6C识别的传感器信号为4～20MA)，若采用其他控制模块，可直接利用本身控制模块A/D进行采集的则不需要信号转换模块，电源包括漏电保护器、AC380转AC220V的变压器、AC220V转DC12V的开关电源，电磁阀型号为NHT250-25，网式过滤器型号为SLGL002，压力表型号为YXC100，排气阀型号为PN10，逆止阀型号为LDZHF，搅拌泵型号为A-15，浮子流量计型号为LZS-20、液位传感器型号为MIK-P300。

管网装置中的电磁阀、搅拌泵、施肥泵在组态触摸屏上对应一个开关按钮，可以通过组态触摸屏控制整个系统的开关。液位传感器和进水口电磁阀的联动可以通过设置上限参数实现自动稀释肥料，混肥桶出肥口电磁阀、液位传感器、灌区电磁阀的联动实现对灌区定量自动施肥灌溉。组态触摸屏控制对应器件的开关、调节对应器件的电流从而调节速率、调节阀门的开度实现不同比例的混肥等涉及的算法为现有算法，在此不进行赘述，组态触摸屏通过RS232连接4G模块，连接物联网云平台，通过电脑客户端，手机客户端远程监测、控制装置的数据和状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：包括管网装置和控制装置，所述管网装置包括并联的N路稀释肥支路、施肥混肥管路上设置的进水口组件、施肥组件、出水口组件和混肥组件以及与施肥混肥管路连接的主管道，所述主管道包括主管道输入端和设置M个灌区的主管道输出端，M、N均为大于1的正整数，所述进水口组件一端连接主管道输入端，其另一端分别沿着施肥混肥管路依次连接施肥组件、混肥组件和出水口组件，所述出水口组件连接主管道输出端，其另一端还连接并联连接的N路稀释肥支路后连接至施肥混肥管路的混肥进口；所述控制装置包括电源、用于调节混肥比例的组态触摸屏、4G模块、驱动组件、传感器组和控制模块，所述传感器组、控制模块、驱动组件依次电性连接后连接管网装置中的电磁阀、施肥泵和搅拌泵，所述组态触摸屏通过RS485分别与控制模块和驱动组件电性连接，所述控制模块连接驱动组件，所述组态触摸屏通过RS232与4G模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述进水口组件包括网式过滤器、进水口电磁阀、压力表和排气阀，所述网式过滤器安装在主管道出口处，所述进水口电磁阀安装在施肥混肥管路入口端，所述压力表和排气阀依次安装在施肥混肥管路。

3.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述出水口组件包括Y型过滤器和逆止阀，所述Y型过滤器输入端连接施肥混肥管路的施肥出口，其输出端连接逆止阀，逆止阀输出端连接主管道。

4.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述施肥组件包括施肥泵、混肥进口电磁阀和施肥出口电磁阀，所述施肥泵输入端连接混肥进口电磁阀，所述施肥泵两端分别设置施肥出口电磁阀。

5.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述混肥组件包括混肥桶、混肥进口电磁阀、施肥出口电磁阀和搅拌泵，所述混肥桶中安装有搅拌泵，所述混肥桶两端安装混肥进口电磁阀和施肥出口电磁阀。

6.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述每路稀释肥支路包括施肥桶、进水口电磁阀、肥料出口电磁阀和搅拌泵，所述施肥桶内安装搅拌泵，所述施肥桶入口安装进水口电磁阀，所述施肥桶出口安装肥料出口电磁阀。

7.根据权利要求6所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述传感器组包括浮子流量计、液位传感器和文丘里射流器，所述浮子流量计安装在稀释肥支路上施肥桶出口端，所述液位传感器安装在施肥桶内，所述文丘里射流器安装在稀释肥支路和施肥混肥管路交接处，其上端安装肥料出口电磁阀。

8.根据权利要求5所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述传感器组包括液位传感器、EC传感器和PC传感器，所述液位传感器、EC传感器和PC传感器均安装在混肥桶。

9.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述驱动组件包括变频器，所述控制模块连接施肥泵，所述施肥泵电气连接变频器。

10.根据权利要求1所述的基于4G模块的注入式比例调节施肥及自动灌溉的装置，其特征在于：所述驱动组件包括接触器，所述灌区设置有灌区电磁阀，所述控制模块连接接触器，所述接触器分别电气连接管网装置的搅拌泵和电磁阀以及灌区电磁阀。

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