具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统

摘要

本发明公开了一种具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其采用嵌入式系统控制技术、数据库技术、信息采集及传输技术、变频与多路分区控制技术等，实现了远程控制水、肥、药的浓度及流量，使其通过灌溉管道系统到达植物根部，用户和专家可随时监控作物的生长状况和土壤需水、需肥、需药的状况及气象环境参数，对种植区内的作物进行网络化监管和控制，远程实现了灌溉水、施肥、施药的及时和有效控制，形成了完整的适合于节水农业智能远程控制灌溉、施肥、施药的技术与方法，从而提高了灌溉系统的自动化、智能化和信息化水平，达到了节水、节肥、省药、增产、增收的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种灌溉系统，具体涉及一种具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，属于农业装备技术领域。

背景技术

新疆大部分地区为降水量小于200mm的干旱区，全疆有94％的耕地为灌溉农业，春季缺水1.5×109m³～2.0×109m³,所以节水灌溉是新疆农业的必由之路，是缓解新疆水资源紧缺，提高水资源利用率，实现水资源高效可持续利用，农业持续发展的关键。

发展节水灌溉，使用微灌、滴灌等灌溉系统需要配套相应的控制首部，灌溉首部主要是实现节水的同时将可溶性肥料、农药加入灌溉系统中，减轻农民的劳动强度，提高肥料、农药的施加均匀性等。

当前水肥药自动化灌溉设备大多为国外技术，价格昂贵，操作、维修等都非常困难，经常让农户和技术员们毫无对策。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其特征在于，包括：蓄水池、氮罐、磷罐、钾罐、药罐、肥路流量计、肥泵、水路流量计、水泵、氮磷钾水肥溶液在线检测装置、驱动继电器、ARM、土壤墒情传感器和EC传感器，其中，

前述蓄水池内的蓄水通过水路流出，前述水路流量计和水泵均设在水路上，并且均通过电缆线与驱动继电器相连通，水路流出的水一部分注入到氮罐、磷罐、钾罐和药罐中，一部分直接流入土壤中；

前述氮罐、磷罐、钾罐和药罐的出液管上分别安装有氮肥阀、磷肥阀、钾肥阀和药液阀，前述氮肥阀、磷肥阀、钾肥阀和药液阀均通过电缆线与驱动继电器相连通，从罐内流出的氮磷钾肥和药液汇集到肥路中，前述肥路流量计和肥泵均设在肥路上,并且均通过电缆线与驱动继电器相连通，肥路中的氮磷钾肥和药液通过肥泵注入到水路中，之后一部分混合液流入氮磷钾水肥溶液在线检测装置中待检测，其余混合液流入土壤中；

前述土壤墒情传感器和EC传感器均通过电缆线与ARM相连通，前述ARM又通过电缆线与驱动继电器相连通，前述土壤墒情传感器和EC传感器用于采集土壤信息并传输到ARM上，前述ARM能够决策、判断哪个阀门或泵开启或停止，并将信息传导给驱动继电器，前述驱动继电器用于控制相应的阀门和泵开启或停止。

前述的具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其特征在于，前述氮罐、磷罐、钾罐和药罐的内部均安装有浮球阀，氮罐、磷罐、钾罐和药罐的进水管上均安装有进水阀，浮球阀和进水阀均通过电缆线与驱动继电器相连通，当罐内的水将浮球阀顶起时，驱动继电器能够自动切断水泵和相应进水阀的电路，停止向相应罐内注水。

前述的具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其特征在于，通过触摸屏显示和实现人机交互，前述触摸屏通过电缆线与驱动继电器相连通。

前述的具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其特征在于，前述氮磷钾水肥溶液在线检测装置的进样端安装有过滤器。

前述的具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其特征在于，前述氮磷钾水肥溶液在线检测装置为基于光电比色法的氮磷钾水肥溶液在线检测装置。

本发明的有益之处在于：本发明的系统，采用嵌入式系统控制技术、数据库技术、信息采集及传输技术、变频与多路分区控制技术等，实现了远程控制水、肥、药的浓度及流量，使其通过灌溉管道系统到达植物根部，用户和专家可随时监控作物的生长状况和土壤需水、需肥、需药的状况及气象环境参数，对种植区内的作物进行网络化监管和控制，远程实现了灌溉水、施肥、施药的及时和有效控制，形成了完整的适合于节水农业智能远程控制灌溉、施肥、施药的技术与方法，从而提高了灌溉系统的自动化、智能化和信息化水平，达到了节水、节肥、省药、增产、增收的目的。

附图说明

图1是本发明的系统的一个具体实施例的组成示意图。

图中附图标记的含义：1-蓄水池、2-水路、3-氮罐进水阀、4-氮罐、5-氮罐进水口、6-氮罐浮球阀、7-氮罐盖、8-氮肥出口、9-磷罐进水口、10-磷罐浮球阀、11-磷罐盖、12-磷肥出口、13-磷罐、14-钾罐进水口、15-钾罐浮球阀、16-钾罐盖、17-钾肥出口、18-钾罐、19-药罐进水口、20-药罐浮球阀、21-药罐盖、22-药液出口、23-药罐、24-药液阀、25-肥路流量计、26-肥泵、27-过滤器、28-基于光电比色法的氮磷钾水肥溶液在线检测装置、29-水泵、30-水路流量计、31-药罐进水阀、32-钾肥阀、33-钾罐进水阀、34-磷肥阀、35-肥路、36-磷罐进水阀、37-氮肥阀、38-电线缆、39-触摸屏、40-驱动继电器、41-ARM、42-土壤墒情传感器、43-EC传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1，本发明的具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其包括：蓄水池1、氮罐4、磷罐13、钾罐18、药罐23、肥路流量计25、肥泵26、水路流量计30、水泵29、氮磷钾水肥溶液在线检测装置28、驱动继电器40、ARM41、土壤墒情传感器42和EC传感器43。

整个系统可以划分为三大部分：水路部分、肥路部分、检测及控制部分。

下面分别对这三个部分进行介绍。

一、水路部分

水路部分包括：蓄水池1、水路2、水路流量计30和水泵29。

蓄水池1用来蓄水，其内的蓄水通过水路2流出。

水路流量计30和水泵29均设在水路2上，并且均通过电缆线38与驱动继电器40相连通。

从水路2流出的水，一部分注入到氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23中，一部分直接流入土壤中。

二、肥路部分

肥路部分包括：氮罐4、磷罐13、钾罐18、药罐23、肥路35、肥路流量计25和肥泵26。

氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23的内部均安装有浮球阀，分别记为氮罐浮球阀6、磷罐浮球阀10、钾罐浮球阀15和药罐浮球阀20，这些浮球阀均通过电缆线38与驱动继电器40相连通；氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23的进水管上均安装有进水阀，分别记为氮罐进水阀3、磷罐进水阀36、钾罐进水阀33和药罐进水阀31，这些进水阀也均通过电缆线38与驱动继电器40相连通；氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23的出液管上分别安装有氮肥阀37、磷肥阀34、钾肥阀32和药液阀24，这些阀门也均通过电缆线38与驱动继电器40相连通。

当氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23内的水将浮球阀顶起时，驱动继电器40能够自动切断水泵29和相应进水阀的电路，停止向相应罐内注水。

从氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23内流出的氮磷钾肥和药液汇集到肥路35中，肥路流量计25和肥泵26均设在肥路35上，肥路35中的氮磷钾肥和药液通过肥泵26注入到水路2中。肥路流量计25和肥泵26均通过电缆线38与驱动继电器40相连通。

水路2上设有水路流量计30，肥路35上设有肥路流量计25，这样的设计容易实现比例施肥，使肥液的浓度更容易控制，使施肥浓度更精准。

肥路35中的氮磷钾肥和药液通过肥泵26注入到水路2中之后，一部分混合液流入氮磷钾水肥溶液在线检测装置28中待检测，其余混合液流入土壤中。

本发明的系统同时配备了氮罐4、磷罐13、钾罐18和药罐23，特别适合设施农业日光温室灌溉、施肥、施药作业。

三、检测及控制部分

检测及控制部分包括：过滤器27、氮磷钾水肥溶液在线检测装置28、驱动继电器40、ARM41、土壤墒情传感器42和EC传感器43。

氮磷钾水肥溶液在线检测装置28为基于光电比色法的氮磷钾水肥溶液在线检测装置，过滤器27安装在氮磷钾水肥溶液在线检测装置28的进样端，待测液先经过过滤器27过滤，再进入到氮磷钾水肥溶液在线检测装置28中进行检测。

土壤墒情传感器42和EC传感器43均通过电缆线38与ARM41相连通，土壤墒情传感器42和EC传感器43用于采集土壤信息，并将采集到的信息传输到ARM41上。

ARM41通过电缆线38与驱动继电器40相连通，ARM41能够根据土壤墒情传感器42和EC传感器43上传的信息(与氮磷钾水肥溶液在线检测装置28的检测结果进行对比)决策、判断哪个阀门或泵开启或停止，并将决策、判断的结果信息传导给驱动继电器40，从而及时调整灌溉氮磷钾浓度，可以实现按需灌溉。

驱动继电器40通过电缆线38与触摸屏39相连通，驱动继电器40用于控制相应的阀门和泵开启或停止，触摸屏39用于显示和实现人机交互。

本发明的具有氮磷钾在线检测功能的水肥药一体化自动灌溉系统，其使用方法如下：

(1)配制氮肥：打开氮罐盖7，将可溶于水的一定质量氮肥加入氮罐4中，然后打开水泵29和氮罐进水阀3，通过氮罐进水口5向氮罐4内加水，直到水将氮罐浮球阀6顶起，此时，驱动继电器40自动切断水泵29和氮罐进水阀3的电路，停止向氮罐4内注水，之后手动搅拌使氮肥完全溶解于水中形成氮肥液，最后盖上氮罐盖7；

(2)配制磷肥：打开磷罐盖11，将可溶于水的一定质量磷肥加入磷罐13中，然后打开水泵29和磷罐进水阀36，通过磷罐进水口9向磷罐13内加水，直到水将磷罐浮球阀10顶起，此时，驱动继电器40自动切断水泵29和磷罐进水阀36的电路，停止向磷罐13内注水，之后手动搅拌使磷肥完全溶解于水中形成磷肥液，最后盖上磷罐盖11；

(3)配制钾肥：打开钾罐盖16，将可溶于水的一定质量钾肥加入钾罐18中，然后打开水泵29和钾罐进水阀33，通过钾罐进水口14向钾罐18内加水，直到水将钾罐浮球阀15顶起，此时，驱动继电器40自动切断水泵29和钾罐进水阀33的电路，停止向钾罐18内注水，之后手动搅拌使钾肥完全溶解于水中形成钾肥液，最后盖上钾罐盖16；

(4)配制药液：打开药罐盖21，将可溶于水的一定质量药加入药罐23中，然后打开水泵29和药罐进水阀31，通过药罐进水口19向药罐23内加水，直到水将药罐浮球阀20顶起，此时，驱动继电器40自动切断水泵29和药罐进水阀31的电路，停止向药罐23内注水，之后手动搅拌使药完全溶解于水中形成药液，最后盖上药罐盖21；

(5)输出氮磷钾肥及药液：配好以上的氮磷钾肥及药液后，打开水泵29，蓄水池1中的水通过水路2流出，打开肥泵26，同时打开氮肥阀37、磷肥阀34、钾肥阀32和药液阀24中的1个或多个阀门，相应的氮磷钾肥和药液流出，并注入水路2中，混合液先通过过滤器27过滤，之后一部分混合液流入氮磷钾水肥溶液在线检测装置28待检测，其余混合液流入土壤中，实现灌溉、施肥、施药一体作业；

(6)自动调整氮磷钾肥及药液：土壤墒情传感器42和EC传感器43采集土壤信息，并将采集到的信息传输到ARM41上，ARM41根据接收到的信息决策并判断哪个阀门或泵开启或停止，并将信息传导给驱动继电器40，驱动继电器40控制相应的阀和泵，最终在触摸屏39上显示并实现人机交互。

综上所述，本发明的系统采用嵌入式系统控制技术、数据库技术、信息采集及传输技术、变频与多路分区控制技术等，可以实现远程控制水、肥、药的浓度及流量，使其通过灌溉管道系统到达植物根部，用户和专家可随时监控作物的生长状况和土壤需水、需肥、需药的状况及气象环境参数，对种植区内的作物进行网络化监管和控制，远程实现灌溉水、施肥、施药的及时和有效控制，形成完整的适合于节水农业智能远程控制灌溉、施肥、施药的技术与方法，从而可以提高灌溉系统的自动化、智能化和信息化水平，进而达到节水、节肥、省药、增产、增收的目的。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。