CN220211038U - 一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，所述水肥一体化控制系统包括监控系统、物联网控制系统、首部系统和管路系统；所述监控系统包括客户端和云服务器端，所述物联网控制系统包括控制模块、执行模块、ZigBee路由模块、继电器模块和传感器模块，所述ZigBee路由模块包括第一ZigBee路由模块和第二ZigBee路由模块，所述控制模块与客户端进行双向通信；本实用新型使得水肥一体化技术得到大幅度提高，采用物联网架构，设计基于物联网的水肥一体化系统，控制水肥溶液浓度EC值状态良好，节水效果显著，具有良好的应用前景。

Description

一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统

技术领域

本实用新型涉及水肥一体化控制技术领域，具体是指一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统。

背景技术

水肥一体化技术也称为灌溉技术，是将灌溉和施肥融为一体的农业新技术，是精确施肥与精确灌溉相结合的产物。它是借助压力系统或者地形自然落差，根据土壤养分含量和作物种类的需肥规律与特点，将可溶性固体活液体肥料配置成的肥液，与灌溉水一起，通过可控管道系统均匀，准确的输送到作物根本土壤，浸润作物根系发育生长区域，使主根根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量。

随着农业物联网技术的发展，信息化与农业生产的融合，推动了水肥一体化技术的发展，为水肥一体化技术的发展提供了前所未有的机遇。目前，国内的水肥一体化技术有以下几个缺点。一方面是技术含量较低，通常采用的水肥一体化技术，就是手动按钮或者开关直接控制电机，对于水肥的流量时间全凭借人工判断，没有显示部件，人工判断全凭经验。

所以，一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统成为人们亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是一方面是技术含量较低，通常采用的水肥一体化技术，就是手动按钮或者开关直接控制电机，对于水肥的流量时间全凭借人工判断，没有显示部件，人工判断全凭经验。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，所述水肥一体化控制系统包括监控系统、物联网控制系统、首部系统和管路系统；

所述监控系统包括客户端和云服务器端，所述客户端与云服务器端进行双向通信；

所述物联网控制系统包括控制模块、执行模块、ZigBee路由模块、继电器模块和传感器模块，所述ZigBee路由模块包括第一ZigBee路由模块和第二ZigBee路由模块，所述继电器模块通过第一ZigBee路由模块与控制模块进行数据通信，所述传感器模块通过第二ZigBee路由模块与控制模块进行通信，所述控制模块与客户端进行双向通信；

所述传感器模块包括光照传感器、空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤EC/PH传感器；

所述继电器模块的输出端与管路系统的输入端电性连接，所述管路系统通过管路与首部系统连接，所述首部系统通过RS485总线与执行模块连接。

进一步的，所述首部系统包括施肥泵、文丘里施肥器、流量计、肥料液罐、药液罐、酸液罐、碱液罐、水池、过滤器、变频器、水泵、电磁阀、单向阀、水压变送器、混合药池、水位变送器、EC传感器、PH传感器。

进一步的，所述过滤器包括第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第四过滤器、第五过滤器和第六过滤器；

所述变频器包括第一变频器和第二变频器；

所述流量计包括第一流量计和第二流量计；

所述文丘里施肥器包括第一文丘里施肥器、第二文丘里施肥器、第三文丘里施肥器和第四文丘里施肥器；

所述电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀和第九电磁阀；

所述单向阀包括第一单向阀和第二单向阀；

所述水压变送器包括第一水压变送器、第二水压变送器和第三水压变送器。

进一步的，所述水池的输出端与第一过滤器的输入端连接，所述第一过滤器的输出端与第一变频器的输入端连接，所述第一变频器的输出端与水泵的输入端电性连接，所述水泵的输出端一路与第一电磁阀连接，另一端与第二电磁阀连接；

所述第一电磁阀的输出端与第一单向阀的输入端连接，所述第一单向阀的输出端与第一水压变送器的输入端连接，所述第一水压变送器的输出端与混合药池的输入端连接，所述混合药池的输出端与第二过滤器的输入端连接，所述第二过滤器的输出端与第二变频器的输入端连接，所述第二变频器的输出端与施肥泵的输入端连接，所述施肥泵的输出端与第三水压变送器的输入端连接，所述第三水压变送器的输出端与第八电磁阀的输入端连接，所述第八电磁阀的输出端与第二单向阀的输入端连接，所述第二单向阀的输出端与第二流量计的输入端连接，所述第二流量计的输出端与第九电磁阀的输入端连接；

所述第二电磁阀的输出端与第二水压变送器的输入端连接，所述第二水压变送器的输出端与第一流量计的输入端连接，所述第一流量计的输出端与第九电磁阀的输入端连接；

所述肥料液罐的输出端与第三过滤器的输入端连接，所述第三过滤器的输出端与第三电磁阀的输入端连接，所述第三电磁阀的输出端与第一文丘里施肥器的输入端连接，所述第一文丘里施肥器的输出端一路与混合药池的输入端连接，另一端与第七电磁阀的输入端连接；

所述药液罐的输出端与第四过滤器的输入端连接，所述第四过滤器的输出端与第四电磁阀的输入端连接，所述第四电磁阀的输出端与第二文丘里施肥器的输入端连接，所述第二文丘里施肥器的输出端一路与混合药池的输入端连接，另一端与第七电磁阀的输入端连接；

所述酸液罐的输出端与第五过滤器的输入端连接，所述第五过滤器的输出端与第五电磁阀的输入端连接，所述第五电磁阀的输出端与第三文丘里施肥器的输入端连接，所述第三文丘里施肥器的输出端一路与混合药池的输入端连接，另一端与第七电磁阀的输入端连接；

所述碱液罐的输出端与第六过滤器的输入端连接，所述第六过滤器的输出端与第六电磁阀的输入端连接，所述第六电磁阀的输出端与第四文丘里施肥器的输入端连接，所述第四文丘里施肥器的输出端一路与混合药池的输入端连接，另一端与第七电磁阀的输入端连接；

所述第七电磁阀的输出端与第三水压变送器的输入端连接，所述第九电磁阀的输出端与管路系统的输入端连接。

进一步的，所述管路系统包括五个并列的第十电磁阀。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型采用物联网技术与水肥一体化控制系统的结合，通过监控系统、物联网控制系统、首部系统和管路系统的配合，使得水肥一体化技术得到大幅度提高，采用物联网架构，设计基于物联网的水肥一体化系统，控制水肥溶液浓度EC值状态良好，节水效果显著，具有良好的应用前景；同时将灌溉、施肥和施药相结合，使得本实用新型功能多样；本实用新型操作简便，设计合理，值得大力推广。

附图说明

图1是本实用新型一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统的系统框架图。

图2是本实用新型一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统中首部系统与管路系统的框架图。

如图所示：1、监控系统，2、物联网控制系统，3、首部系统，4、管路系统，5、客户端，6、云服务器端，7、控制模块，8、执行模块，9、ZigBee路由模块，10、继电器模块，11、传感器模块，12、第一ZigBee路由模块，13、第二ZigBee路由模块，14、光照传感器，15、空气温湿度传感器，16、土壤湿度传感器，17、土壤EC/PH传感器，18、施肥泵，19、文丘里施肥器，20、流量计，21、肥料液罐，22、药液罐，23、酸液罐，24、碱液罐，25、水池，26、过滤器，27、变频器，28、水泵，29、电磁阀，30、单向阀，31、水压变送器，32、混合药池，33、水位变送器，34、EC传感器，35、PH传感器，36、第一过滤器，37、第二过滤器，38、第三过滤器，39、第四过滤器，40、第五过滤器，41、第六过滤器，42、第一变频器，43、第二变频器，44、第一流量计，45、第二流量计，46、第一文丘里施肥器，47、第二文丘里施肥器，48、第三文丘里施肥器，49、第四文丘里施肥器，50、第一电磁阀，51、第二电磁阀，52、第三电磁阀，53、第四电磁阀，54、第五电磁阀，55、第六电磁阀，56、第七电磁阀，57、第八电磁阀，58、第九电磁阀，59、第一单向阀，60、第二单向阀，61、第一水压变送器，62、第二水压变送器，63、第三水压变送器，64、第十电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统做进一步的详细说明。

结合附图1-2，对本实用新型进行详细介绍。

一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，所述水肥一体化控制系统包括监控系统1、物联网控制系统2、首部系统3和管路系统4；

所述监控系统1包括客户端5和云服务器端6，所述客户端5与云服务器端6进行双向通信；

所述物联网控制系统2包括控制模块7、执行模块8、ZigBee路由模块9、继电器模块10和传感器模块11，所述ZigBee路由模块9包括第一ZigBee路由模块12和第二ZigBee路由模块13，所述继电器模块10通过第一ZigBee路由模块12与控制模块7进行数据通信，所述传感器模块11通过第二ZigBee路由模块13与控制模块7进行通信，所述控制模块7与客户端5进行双向通信；

所述传感器模块11包括光照传感器14、空气温湿度传感器15、土壤湿度传感器16、土壤EC/PH传感器17；

所述继电器模块10的输出端与管路系统4的输入端电性连接，所述管路系统4通过管路与首部系统3连接，所述首部系统3通过RS485总线与执行模块8连接。

所述首部系统3包括施肥泵18、文丘里施肥器19、流量计20、肥料液罐21、药液罐22、酸液罐23、碱液罐24、水池25、过滤器26、变频器27、水泵28、电磁阀29、单向阀30、水压变送器31、混合药池32、水位变送器33、EC传感器34、PH传感器35。

所述过滤器26包括第一过滤器36、第二过滤器37、第三过滤器38、第四过滤器39、第五过滤器40和第六过滤器41；

所述变频器27包括第一变频器42和第二变频器43；

所述流量计20包括第一流量计44和第二流量计45；

所述文丘里施肥器19包括第一文丘里施肥器46、第二文丘里施肥器47、第三文丘里施肥器48和第四文丘里施肥器49；

所述电磁阀29包括第一电磁阀50、第二电磁阀51、第三电磁阀52、第四电磁阀53、第五电磁阀54、第六电磁阀55、第七电磁阀56、第八电磁阀57和第九电磁阀58；

所述单向阀30包括第一单向阀59和第二单向阀60；

所述水压变送器31包括第一水压变送器61、第二水压变送器62和第三水压变送器63。

所述水池25的输出端与第一过滤器36的输入端连接，所述第一过滤器36的输出端与第一变频器42的输入端连接，所述第一变频器42的输出端与水泵28的输入端电性连接，所述水泵28的输出端一路与第一电磁阀50连接，另一端与第二电磁阀51连接；

所述第一电磁阀50的输出端与第一单向阀59的输入端连接，所述第一单向阀59的输出端与第一水压变送器61的输入端连接，所述第一水压变送器61的输出端与混合药池32的输入端连接，所述混合药池32的输出端与第二过滤器37的输入端连接，所述第二过滤器37的输出端与第二变频器43的输入端连接，所述第二变频器43的输出端与施肥泵18的输入端连接，所述施肥泵18的输出端与第三水压变送器63的输入端连接，所述第三水压变送器63的输出端与第八电磁阀57的输入端连接，所述第八电磁阀57的输出端与第二单向阀60的输入端连接，所述第二单向阀60的输出端与第二流量计45的输入端连接，所述第二流量计45的输出端与第九电磁阀58的输入端连接；

所述第二电磁阀51的输出端与第二水压变送器62的输入端连接，所述第二水压变送器62的输出端与第一流量计44的输入端连接，所述第一流量计44的输出端与第九电磁阀58的输入端连接；

所述肥料液罐21的输出端与第三过滤器38的输入端连接，所述第三过滤器38的输出端与第三电磁阀52的输入端连接，所述第三电磁阀52的输出端与第一文丘里施肥器46的输入端连接，所述第一文丘里施肥器46的输出端一路与混合药池32的输入端连接，另一端与第七电磁阀56的输入端连接；

所述药液罐22的输出端与第四过滤器39的输入端连接，所述第四过滤器39的输出端与第四电磁阀53的输入端连接，所述第四电磁阀53的输出端与第二文丘里施肥器47的输入端连接，所述第二文丘里施肥器47的输出端一路与混合药池32的输入端连接，另一端与第七电磁阀56的输入端连接；

所述酸液罐23的输出端与第五过滤器40的输入端连接，所述第五过滤器40的输出端与第五电磁阀54的输入端连接，所述第五电磁阀54的输出端与第三文丘里施肥器48的输入端连接，所述第三文丘里施肥器48的输出端一路与混合药池32的输入端连接，另一端与第七电磁阀56的输入端连接；

所述碱液罐24的输出端与第六过滤器41的输入端连接，所述第六过滤器41的输出端与第六电磁阀55的输入端连接，所述第六电磁阀55的输出端与第四文丘里施肥器49的输入端连接，所述第四文丘里施肥器49的输出端一路与混合药池32的输入端连接，另一端与第七电磁阀56的输入端连接；

所述第七电磁阀56的输出端与第三水压变送器63的输入端连接，所述第九电磁阀58的输出端与管路系统4的输入端连接。

所述管路系统4包括五个并列的第十电磁阀64。

本实用新型一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统的具体实施过程如下：首先结合说明书附图进行搭建系统框架，首部系统受执行模块8控制，负责将已混合好的液体从混合箱输送到管路系统4中，管路系统有主管、喷雾支路和喷灌支路，每条支路前端均有一个受继电器模块10控制的电磁阀控制对应支路的开启与关闭；喷灌支路布置在地面，给土壤提供药水肥，喷雾支路设置于高出从植物主枝干穿过，并在附近引出一条4个喷头的支管，为植物主枝干提供药水肥；

传感器模块11采集土壤湿度、空气温湿度、光照强度、土壤EC值和PH值等田间信息后，通过ZigBee路由模块9传送给控制模块7后输送给用户端，实时显示果园中环境参数；

工作模式分为两种，手动和自动，采用手动模式，可以选择需要开启的喷灌支路及工作参数，发送给控制模块处理这些信息；同时发送相应的指令给特定的继电器模块以开启或关闭相应支路；采用自动模式时，需要预先设置植物的适宜生长环境参数范围，如土壤湿度、土壤EC值、PH值，传感器模块每隔一段时间将所采集到的数据发送给控制模块进行分析，判断环境数据是否预先设定的区间范围内，若否，则开启电磁阀进行灌溉，直到环境参数达到适宜范围后停止。

本实用新型采用物联网技术与水肥一体化控制系统的结合，通过监控系统1、物联网控制系统2、首部系统3和管路系统4的配合，使得水肥一体化技术得到大幅度提高，采用物联网架构，设计基于物联网的水肥一体化系统，控制水肥溶液浓度EC值状态良好，节水效果显著，具有良好的应用前景；同时将灌溉、施肥和施药相结合，使得本实用新型功能多样；本实用新型操作简便，设计合理，值得大力推广。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，其特征在于：所述水肥一体化控制系统包括监控系统(1)、物联网控制系统(2)、首部系统(3)和管路系统(4)；

所述监控系统(1)包括客户端(5)和云服务器端(6)，所述客户端(5)与云服务器端(6)进行双向通信；

所述物联网控制系统(2)包括控制模块(7)、执行模块(8)、ZigBee路由模块(9)、继电器模块(10)和传感器模块(11)，所述ZigBee路由模块(9)包括第一ZigBee路由模块(12)和第二ZigBee路由模块(13)，所述继电器模块(10)通过第一ZigBee路由模块(12)与控制模块(7)进行数据通信，所述传感器模块(11)通过第二ZigBee路由模块(13)与控制模块(7)进行通信，所述控制模块(7)与客户端(5)进行双向通信；

所述传感器模块(11)包括光照传感器(14)、空气温湿度传感器(15)、土壤湿度传感器(16)、土壤EC/PH传感器(17)；

所述继电器模块(10)的输出端与管路系统(4)的输入端电性连接，所述管路系统(4)通过管路与首部系统(3)连接，所述首部系统(3)通过RS485总线与执行模块(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，其特征在于：所述首部系统(3)包括施肥泵(18)、文丘里施肥器(19)、流量计(20)、肥料液罐(21)、药液罐(22)、酸液罐(23)、碱液罐(24)、水池(25)、过滤器(26)、变频器(27)、水泵(28)、电磁阀(29)、单向阀(30)、水压变送器(31)、混合药池(32)、水位变送器(33)、EC传感器(34)、PH传感器(35)。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，其特征在于：所述过滤器(26)包括第一过滤器(36)、第二过滤器(37)、第三过滤器(38)、第四过滤器(39)、第五过滤器(40)和第六过滤器(41)；

所述变频器(27)包括第一变频器(42)和第二变频器(43)；

所述流量计(20)包括第一流量计(44)和第二流量计(45)；

所述文丘里施肥器(19)包括第一文丘里施肥器(46)、第二文丘里施肥器(47)、第三文丘里施肥器(48)和第四文丘里施肥器(49)；

所述电磁阀(29)包括第一电磁阀(50)、第二电磁阀(51)、第三电磁阀(52)、第四电磁阀(53)、第五电磁阀(54)、第六电磁阀(55)、第七电磁阀(56)、第八电磁阀(57)和第九电磁阀(58)；

所述单向阀(30)包括第一单向阀(59)和第二单向阀(60)；

所述水压变送器(31)包括第一水压变送器(61)、第二水压变送器(62)和第三水压变送器(63)。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，其特征在于：所述水池(25)的输出端与第一过滤器(36)的输入端连接，所述第一过滤器(36)的输出端与第一变频器(42)的输入端连接，所述第一变频器(42)的输出端与水泵(28)的输入端电性连接，所述水泵(28)的输出端一路与第一电磁阀(50)连接，另一端与第二电磁阀(51)连接；

所述第一电磁阀(50)的输出端与第一单向阀(59)的输入端连接，所述第一单向阀(59)的输出端与第一水压变送器(61)的输入端连接，所述第一水压变送器(61)的输出端与混合药池(32)的输入端连接，所述混合药池(32)的输出端与第二过滤器(37)的输入端连接，所述第二过滤器(37)的输出端与第二变频器(43)的输入端连接，所述第二变频器(43)的输出端与施肥泵(18)的输入端连接，所述施肥泵(18)的输出端与第三水压变送器(63)的输入端连接，所述第三水压变送器(63)的输出端与第八电磁阀(57)的输入端连接，所述第八电磁阀(57)的输出端与第二单向阀(60)的输入端连接，所述第二单向阀(60)的输出端与第二流量计(45)的输入端连接，所述第二流量计(45)的输出端与第九电磁阀(58)的输入端连接；

所述第二电磁阀(51)的输出端与第二水压变送器(62)的输入端连接，所述第二水压变送器(62)的输出端与第一流量计(44)的输入端连接，所述第一流量计(44)的输出端与第九电磁阀(58)的输入端连接；

所述肥料液罐(21)的输出端与第三过滤器(38)的输入端连接，所述第三过滤器(38)的输出端与第三电磁阀(52)的输入端连接，所述第三电磁阀(52)的输出端与第一文丘里施肥器(46)的输入端连接，所述第一文丘里施肥器(46)的输出端一路与混合药池(32)的输入端连接，另一端与第七电磁阀(56)的输入端连接；

所述药液罐(22)的输出端与第四过滤器(39)的输入端连接，所述第四过滤器(39)的输出端与第四电磁阀(53)的输入端连接，所述第四电磁阀(53)的输出端与第二文丘里施肥器(47)的输入端连接，所述第二文丘里施肥器(47)的输出端一路与混合药池(32)的输入端连接，另一端与第七电磁阀(56)的输入端连接；

所述酸液罐(23)的输出端与第五过滤器(40)的输入端连接，所述第五过滤器(40)的输出端与第五电磁阀(54)的输入端连接，所述第五电磁阀(54)的输出端与第三文丘里施肥器(48)的输入端连接，所述第三文丘里施肥器(48)的输出端一路与混合药池(32)的输入端连接，另一端与第七电磁阀(56)的输入端连接；

所述碱液罐(24)的输出端与第六过滤器(41)的输入端连接，所述第六过滤器(41)的输出端与第六电磁阀(55)的输入端连接，所述第六电磁阀(55)的输出端与第四文丘里施肥器(49)的输入端连接，所述第四文丘里施肥器(49)的输出端一路与混合药池(32)的输入端连接，另一端与第七电磁阀(56)的输入端连接；

所述第七电磁阀(56)的输出端与第三水压变送器(63)的输入端连接，所述第九电磁阀(58)的输出端与管路系统(4)的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的水肥一体化控制系统，其特征在于：所述管路系统(4)包括五个并列的第十电磁阀(64)。