CN220342859U - 一种玉米生长过程中施肥量调控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，涉及一种可调节的施肥装置。目的是为了克服现有玉米生长监控装置不能进行不同种植区域施肥量的精确调控，导致个别种植区域因施肥量过多或过少问题，包括：网格框架用于将土地划分为多个种植网格；每个种植网格中设有至少一个水肥灌溉管路的出口；每条水肥灌溉管路两个入口分别设有出肥阀和出水阀；土壤传感器的实际肥料含量输出端、存储器的对比肥料含量输出端分别与比较器的输入端连接；比较器的电平信号输出端分别连接多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器的电平信号输入端，每个出肥阀继电器均串联在与其对应出肥阀与电源之间，每个出水阀继电器均串联在与其对应出水阀与电源之间。

Description

一种玉米生长过程中施肥量调控装置

技术领域

本实用新型涉及一种可调节的施肥装置。

背景技术

随着我国农业信息化的发展，传统农业已逐渐向智慧农业的转变，通过监测装置采集传感器信息，能够及时地掌握玉米生长环境的真实状况，但是目前现有的监测装置仍存在功能单一、控制精度不高以及响应速度慢等问题，不能根据玉米生长的土壤环境有效地进行不同种植区域施肥量的精确调控，导致个别种植区域因施肥量过多或过少，容易产生化肥的肥效降低、作物倒伏以及土壤板结等现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有玉米生长监控装置不能进行不同种植区域施肥量的精确调控，导致个别种植区域因施肥量过多或过少问题，提供了一种玉米生长过程中施肥量调控装置。

本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，包括控制单元、网格框架和多个土壤传感器；

网格框架用于将土地划分为多个种植网格；网格框架内部嵌有多条水肥灌溉管路，网格框架的每个种植网格中设有至少一个水肥灌溉管路的出口；

每条水肥灌溉管路均包括两个入口，且两个入口分别设有出肥阀和出水阀；

每个种植网格内均设有至少一个土壤传感器，土壤传感器用于采集所在种植网格内土壤中的实际肥料含量；

控制单元包括存储器、比较器、多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器；且存储器预存储有对比肥料含量；多个出水阀继电器分别与多个出水阀一一对应，多个出肥阀继电器分别与多个出肥阀一一对应；

每个土壤传感器的实际肥料含量输出端均与比较器的实际肥料含量输入端电气连接；比较器的对比肥料含量输入端与存储器的对比肥料含量输出端电气连接；

比较器的电平信号输出端分别连接多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器的电平信号输入端，每个出肥阀继电器均串联在与其对应出肥阀与电源之间的通路上，每个出水阀继电器均串联在与其对应出水阀与电源之间的通路上。

并且水肥灌溉装置可区分不同种植区间的进行施肥灌溉，控制精度高，能够根据玉米生长环境特点有效地进行施肥量的调控。能够提高水肥利用率，提高化肥的肥效，并且不容易发生作物倒伏以及土壤板结等现象。

附图说明

图1为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置的侧视结构示意图；

图3为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置中网格框架、水肥混合管路和水肥混合口的配合结构示意图；

图4为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置中注水罐和文丘里施肥器的配合结构示意图；

图5为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置中施肥箱的结构意图；

图6为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置中太阳能电源的结构示意图；

图7为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置中支撑架和移动台的配合结构示意意图；

图8为本实用新型的一种玉米生长过程中施肥量调控装置中移动台的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

具体实施方式一

本实施方式的一种玉米生长过程中施肥量调控装置包括控制单元、网格框架3和多个土壤传感器5；

网格框架3用于将土地划分为多个种植网格；网格框架3内部嵌有多条水肥灌溉管路4-5，网格框架3的每个种植网格中设有至少一个水肥灌溉管路的出口；

每条水肥灌溉管路4-5均包括两个入口，且两个入口分别设有出肥阀4-9和出水阀4-10；

每个种植网格内均设有至少一个土壤传感器5，土壤传感器5用于采集所在种植网格内土壤中的实际肥料含量；

控制单元包括存储器、比较器、多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器；且存储器预存储有对比肥料含量；多个出水阀继电器分别与多个出水阀4-10一一对应，多个出肥阀继电器分别与多个出肥阀4-9一一对应；

每个土壤传感器5的实际肥料含量输出端均与比较器的实际肥料含量输入端电气连接；比较器的对比肥料含量输入端与存储器的对比肥料含量输出端电气连接；

比较器的电平信号输出端分别连接多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器的电平信号输入端，每个出肥阀继电器均串联在与其对应出肥阀4-9与电源之间的通路上，每个出水阀继电器均串联在与其对应出水阀4-10与电源之间的通路上。

具体实施方式二

本实施方式是对实施方式一的进一步说明，本实施方式中，还包括出水管路4-1、出肥管路4-6、注水罐4-2、施肥箱4-4和水泵4-3；

注水罐4-2的出水口依次通过水泵4-3和出水管路4-1与水肥灌溉管路4-5的一个入口连通；

施肥箱4-4的出肥口通过出肥管路4-6与水肥灌溉管路4-5的另一个入口连通。

本实施方式的其他技术特征与实施方式一完全相同。

具体实施方式三

本实施方式是对实施方式二的进一步说明，本实施方式中，注水罐4-2的顶部设有与注水罐4-2内部连通的注水口4-7。

本实施方式的其他技术特征与实施方式二完全相同。

具体实施方式四

本实施方式是对实施方式三的进一步说明，本实施方式中，还包括水位传感器4-8；

水位传感器4-8用于采集注水罐4-2内的水位。

具体实施方式五

本实施方式是对实施方式一或四其中一项的进一步说明，本实施方式中，还包括支撑架6和移动台7；

支撑架6和移动台7的数量均与种植网格的数量相等；

每个种植网络上方均固定有一个支撑架6；

每个支撑架6内均设有一个移动台7，每个移动台7的下方均固定有一个土壤传感器5，移动台7用于带动其对应的土壤传感器5平行于地面移动。

本实施方式的其他技术特征与实施方式一或四其中一项完全相同。

具体实施方式六

本实施方式是对实施方式五的进一步说明，本实施方式中，支撑架6包括底框6-1、一对侧框6-2、移动台齿轮6-3、支撑架转轴6-4和支撑架电机；

底框6-1的开口面积与种植网格的面积相同；

一对侧框6-2固定在底框6-1相对的两条侧边上，且每个侧框6-2均设有一条滑道；两条滑道相对于底框6-1等高且平行设置；

支撑架转轴6-4的两端分别架设在两个侧框6-2上，并且支撑架转轴6-4垂直于滑道，支撑架转轴6-4所在平面高于两条滑道所在平面；

移动台齿轮6-3套固在支撑架转轴6-4外圆周上；

支撑架电机的动力输出轴与支撑架转轴6-4同轴连接，进而通过支撑架转轴6-4带动移动台齿轮6-3转动；

移动台7包括移动框架7-1、齿条7-2、底托板7-3、支架7-4和滑动轮7-5；

移动框架7-1的两边通过滑动轮7-5分别嵌入两条滑道内，

齿条7-2固定在移动框架7-1的上方，且该齿条7-2与移动台齿轮6-3啮合；

底托板7-3通过支架7-4固定在移动框架7-1的下方；

土壤传感器5固定在底托板7-3的下方。

本实施方式的其他技术特征与实施方式五完全相同。

具体实施方式七

本实施方式是对实施方式六的进一步说明，本实施方式中，还包括外壳2；外壳2上设有透光窗口11；

网格框架3、土壤传感器5、支撑架6和移动台7均设于外壳2内部。

本实施方式的其他技术特征与实施方式六完全相同。

具体实施方式八

本实施方式是对实施方式七的进一步说明，本实施方式中，外壳2内设有温湿度传感器9和温度调节装置10；

温湿度传感器9的温湿度信息输出端与控制单元的温湿度信息输入端电气连接；

温度调节装置10的温度调节信号输入端与控制单元的温度调节信号输出端电气连接。

本实施方式的其他技术特征与实施方式七完全相同。

具体实施方式九

本实施方式是对实施方式八的进一步说明，本实施方式中，电源为太阳能电源8；

该太阳能电源8用于为控制单元、水泵4-3、出肥阀4-9、出水阀4-10、出水阀继电器、出肥阀继电器、水位传感器4-8、土壤传感器5以及支撑架电机供电。

本实施方式的其他技术特征与实施方式八完全相同。

具体实施方式十

本实施方式是对实施方式九的进一步说明，本实施方式中，太阳能电源8包括底座8-1、太阳能板8-4和扭转机构；

太阳能板8-4通过扭转机构设置在底座8-1上；

并且扭转机构能够调节太阳能板的姿态。

具体实施例

本实施例的一种玉米生长过程中施肥量调控装置包括保温装置、水肥灌溉装置4以及监测机构。

其中，保温装置起调节玉米生长环境的作用，保温装置由外壳2、网格框架3、太阳能电源8、温湿度传感器9以及温度调节装置10(风扇)组成，其中太阳能电源8安装在外壳2的顶部，总计两个，一个为正常运行供电使用，另一个作为备用运行供电使用。

太阳能电源8包括底座8-1、扭转机构(托架8-3、多个主动齿轮8-5、多个从动齿轮8-6和多个太阳能板角度调节电机8-2)和太阳能板8-4；

托架8-3包括多个一字形支杆和多个L形支杆；

主动齿轮8-5、从动齿轮8-6、太阳能板角度调节电机8-2、一字形支杆和L形支杆的数量相等；

多个从动齿轮8-6通过转轴8-7同轴设置在底座8-1上，且多个从动齿轮8-6能够分别相对于底座8-1以转轴8-7的轴为轴转动；

多个一字形支杆的一端分别铰接于太阳能板8-4侧壁的不同位置；多个一字形支杆的另一端分别与多个L形支杆的一端铰接；

多个L形支杆的另一端分别通过转轴8-7与多个从动齿轮8-6同轴固定，使得多个L形支架能够分别与对应的从动齿轮8-6同步以转轴8-7的轴为轴转动；

多个太阳能板角度调节电机8-2分布并固定在太阳能板8-4周围的不同方位；

多个太阳能板角度调节电机8-2的电机驱动信号输入端分别与控制单元对应的电机驱动信号输出端电气连接；

多个主动齿轮8-5分别与对应的太阳能板角度调节电机8-2动力输出轴同轴固定，且多个主动齿轮8-5一一对应地与多个从动齿轮8-6啮合。

从动齿轮8-6有上、中、下三层，工作时分别与左侧主动齿轮、后侧主动齿轮以及右侧主动齿轮依次啮合，太阳能板角度调节电机8-2通过协同转动，或单独转动，多角度调节接收太阳光线的角度，提高设备的发电量。

托架8-3安装在从动齿轮8-6的上方，起固定支撑的作用，太阳能板8-4安装在托架8-3的上方，起维持整个装置供电运行的作用。

外壳2为保温装置的外部，起保暖保温的作用。设有防护门，外壳2上部贴玻璃为覆盖材料作为透光窗口11，防护门13的安装位置在外壳2的侧面。

网格框架3其为网状结构，总计9个种植网格，种植网格内部种植玉米，通过PLC的485通讯协议对土壤传感器5进行信息交互，进而根据玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期以及完熟期的玉米生长状况监控肥料含量。出肥阀4-9和出水阀4-10位于每个种植网格内，通过施肥浇水促进玉米生长，温湿度传感器9，安装在钢架1的侧壁，起监测室内温度、湿度的作用，温度调节装置10安装在钢架1的后壁，可实现加热、散热两种模式，起调节室内温度的作用。

其中，工作原理为每个土壤传感器5采集对应种植网格内的实际肥料含量发送到比较器中，比较器根据预设的对比肥料含量(多个种植网格可以一致或分别设置)和实际肥料含量进行对比，并在实际肥料含量大于对比肥料含量时生成出水触发信号，该出水触发信号是与土壤传感器5所采集的种植网格对应的，即只能够控制上述种植网格内的出水阀继电器，进而令出水阀4-10开启，对种植网格内的土壤进行浇水。同理，当实际肥料含量小于对比肥料含量时生成出肥触发信号，该出肥触发信号与土壤传感器5所采集的种植网格对应的，即只能够控制上述种植网格内的出肥阀继电器，进而令出肥阀4-9开启，对种植网格内的土壤进行施肥。为了保证肥料的流动性，可以采用水肥。

并且，为了减少阀门的数量和控制的复杂度，还可以采用包括文丘里施肥器的第二管路连接方案，其中文丘里施肥器安装在外壳2内部地面上，设有水肥混合管路吸肥管路以及灌溉管路，文丘里施肥器的旁路一侧放置，水流流经的灌溉管路，另一侧放置肥料流入的吸肥管路，最终两侧旁路汇流至水肥混合管路。

即水肥灌溉装置包括文丘里施肥器、注水罐、水泵4-3和施肥箱；

文丘里施肥器包括灌溉管路、吸肥管路和水肥灌溉管路；水肥灌溉管路包括干路和支路，其中水肥灌溉管路的支路嵌入在网格框架3内部且相互连通，此时水肥灌溉管路的支路在每个种植网格内均设置一个开关阀和至少一个出口。

注水罐4-2的出水口与水泵4-3的入口连通，水泵4-3的出口通过灌溉管路连通于水肥混合管路干路的入口；

施肥箱4-4的出肥口与吸肥管路的一端连通，吸肥管路的另一端通过灌溉管路连通于水肥混合管路干路的入口；水肥混合管路干路的出口同时与水肥灌溉管路支路的入口连通。

此时出水阀设置在灌溉管路上，出肥阀设置在吸肥管路上，分别作为出水的总开关和出肥的总开关。

此结构的工作原理为每个土壤传感器5采集对应种植网格内的实际肥料含量发送到比较器中，比较器根据预设的对比肥料含量(多个种植网格可以一致或分别设置)和实际肥料含量进行对比，并在实际肥料含量大于对比肥料含量时生成出水触发信号，该出水触发信号发送至出水阀继电器以及对应种植网格内的开关阀，令出水阀和对应种植网格内的开关阀开启，对对应种植网格内的土壤进行浇水。同理，当实际肥料含量小于对比肥料含量时生成出肥触发信号，该出肥触发信号发送至出肥阀继电器和对应种植网格内的开关阀，令出肥阀和对应种植网格内的开关阀开启，对对应种植网格内的土壤进行施肥。

在施肥时，为了保证肥料的流动性，可以采用水肥。也可以同时开启出水阀，只是浓度需要根据比例进行调高，即将固体肥料通过文丘里原理吸入流动的水中，调配成水肥。

连接块21一侧连接文丘里施肥器，另一侧连接注水器，注水器设有注水罐4-2、水位传感器4-8、注水口4-7以及水泵4-3组成。水泵4-3起抽水作用，对出水口进行抽水，出水口安装在灌溉管路的外侧，通过电磁阀控制出水口，注水灌4的顶部放置水位传感器4-8、注水口4-7。注水口4-7安装在水位传感器4-8的一侧，工作时，向注水口4-7进水，通过水位传感器4-8监测注水罐4-2中的水位，水位过低及时补水，水位过高停止进水。通过PLC控制设置在灌溉管路、吸肥管路的电磁阀通、断状态，利用PLC内部的定时器控制运行时间，进而控制文丘里施肥器的灌水量和施肥量，最终流入相应的种植网格，实现分区/定时两种模式施肥。

监测机构由支撑架6和移动台7两部分组成，起实时监测土壤的温度、湿度、PH值、CO₂浓度以及氮磷钾素含量的作用，其中支撑架6设有底框6-1、侧框6-2、移动台齿轮6-3以及支撑架转轴6-4。支撑架转轴6-4放置在侧框6-2的上方，与移动台齿轮6-3配合，起移动台7的作用，移动台7放置在支撑架6的下部连接，设有移动框7-1、底托板7-3、支架7-4和滑轮7-5，移动框7-1的侧壁安装滑轮7-5，总计为4个，支架7-4起固定作用，一侧连接移动框7-1，另一侧连接底托板7-3，土壤传感器5放置在底托板7-3的下方，起监测土壤状况的作用。当支撑架转轴6-4控制上方的移动台齿轮6-3，进行顺时针转动，移动台7前进，反之，移动台7后退，通过控制移动台7的位置状态，带动土壤传感器5进行多处采样点监测，便于获取土壤吸收肥料养分信息。

采用主动齿轮组与从动齿轮啮合的方式，通过保温装置的顶部太阳能电源8，多角度调节接收太阳光线，提高设备的发电量，该设备可在用电量不足时，运行备用设备供电。利用PLC内部的定时器控制运行时间，进而控制文丘里施肥器的灌水量和施肥量，最终流入种植网格，实现分区/定时两种模式施肥。水肥灌溉装置4起集约化栽培水肥管理的作用，可缓解个别种植区域因施肥量过多存在化肥的肥效降低、作物倒伏以及土壤板结等现象。

监测机构由支撑架6和移动台7两部分组成，支撑架6的转轴控制上方的移动台齿轮6-3，控制移动台7的前进/后退的位置状态，从而带动土壤传感器进行多处采样点监测，便于及时获取土壤的温度、湿度、PH值、CO2浓度以及氮磷钾素含量的养分信息。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他实施例中。

Claims (10)

1.一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，包括控制单元、网格框架(3)和多个土壤传感器(5)；

所述网格框架(3)用于将土地划分为多个种植网格；所述网格框架(3)内部嵌有多条水肥灌溉管路(4-5)，所述网格框架(3)的每个种植网格中设有至少一个水肥灌溉管路的出口；

每条水肥灌溉管路(4-5)均包括两个入口，且两个入口分别设有出肥阀(4-9)和出水阀(4-10)；

所述每个种植网格内均设有至少一个土壤传感器(5)，所述土壤传感器(5)用于采集所在种植网格内土壤中的实际肥料含量；

所述控制单元包括存储器、比较器、多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器；且所述存储器预存储有对比肥料含量；多个出水阀继电器分别与多个出水阀(4-10)一一对应，多个出肥阀继电器分别与多个出肥阀(4-9)一一对应；

每个土壤传感器(5)的实际肥料含量输出端均与比较器的实际肥料含量输入端电气连接；比较器的对比肥料含量输入端与存储器的对比肥料含量输出端电气连接；

所述比较器的电平信号输出端分别连接多个出水阀继电器和多个出肥阀继电器的电平信号输入端，每个出肥阀继电器均串联在与其对应出肥阀(4-9)与电源之间的通路上，每个出水阀继电器均串联在与其对应出水阀(4-10)与电源之间的通路上。

2.根据权利要求1所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，还包括出水管路(4-1)、出肥管路(4-6)、注水罐(4-2)、施肥箱(4-4)和水泵(4-3)；

所述注水罐(4-2)的出水口依次通过所述水泵(4-3)和出水管路(4-1)与水肥灌溉管路(4-5)的一个入口连通；

所述施肥箱(4-4)的出肥口通过出肥管路(4-6)与水肥灌溉管路(4-5)的另一个入口连通。

3.根据权利要求2所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，注水罐(4-2)的顶部设有与所述注水罐(4-2)内部连通的注水口(4-7)。

4.根据权利要求3所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，还包括水位传感器(4-8)；

所述水位传感器(4-8)用于采集注水罐(4-2)内的水位。

5.根据权利要求1～4其中一项所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，还包括支撑架(6)和移动台(7)；

所述支撑架(6)和移动台(7)的数量均与种植网格的数量相等；

每个种植网络上方均固定有一个所述支撑架(6)；

每个支撑架(6)内均设有一个移动台(7)，每个移动台(7)的下方均固定有一个土壤传感器(5)，所述移动台(7)用于带动其对应的土壤传感器(5)平行于地面移动。

6.根据权利要求5所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，

所述支撑架(6)包括底框(6-1)、一对侧框(6-2)、移动台齿轮(6-3)、支撑架转轴(6-4)和支撑架电机；

所述底框(6-1)的开口面积与种植网格的面积相同；

所述一对侧框(6-2)固定在所述底框(6-1)相对的两条侧边上，且每个侧框(6-2)均设有一条滑道；两条滑道相对于所述底框(6-1)等高且平行设置；

所述支撑架转轴(6-4)的两端分别架设在两个侧框(6-2)上，并且所述支撑架转轴(6-4)垂直于所述滑道，所述支撑架转轴(6-4)所在平面高于两条滑道所在平面；

所述移动台齿轮(6-3)套固在所述支撑架转轴(6-4)外圆周上；

所述支撑架电机的动力输出轴与所述支撑架转轴(6-4)同轴连接，进而通过支撑架转轴(6-4)带动移动台齿轮(6-3)转动；

所述移动台(7)包括移动框架(7-1)、齿条(7-2)、底托板(7-3)、支架(7-4)和滑动轮(7-5)；

所述移动框架(7-1)的两边通过滑动轮(7-5)分别嵌入两条滑道内，

所述齿条(7-2)固定在所述移动框架(7-1)的上方，且该齿条(7-2)与所述移动台齿轮(6-3)啮合；

所述底托板(7-3)通过支架(7-4)固定在所述移动框架(7-1)的下方；

土壤传感器(5)固定在底托板(7-3)的下方。

7.根据权利要求6所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，还包括外壳(2)；所述外壳(2)上设有透光窗口(11)；

所述网格框架(3)、土壤传感器(5)、支撑架(6)和移动台(7)均设于所述外壳(2)内部。

8.根据权利要求7所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，所述外壳(2)内设有温湿度传感器(9)和温度调节装置(10)；

所述温湿度传感器(9)的温湿度信息输出端与控制单元的温湿度信息输入端电气连接；

所述温度调节装置(10)的温度调节信号输入端与控制单元的温度调节信号输出端电气连接。

9.根据权利要求8所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，电源为太阳能电源(8)；

该太阳能电源(8)用于为控制单元、水泵(4-3)、出肥阀(4-9)、出水阀(4-10)、出水阀继电器、出肥阀继电器、水位传感器(4-8)、土壤传感器(5)以及支撑架电机供电。

10.根据权利要求9所述的一种玉米生长过程中施肥量调控装置，其特征在于，太阳能电源(8)包括底座(8-1)、太阳能板(8-4)和扭转机构；

太阳能板(8-4)通过扭转机构设置在所述底座(8-1)上；

并且扭转机构能够调节太阳能板的姿态。