水肥一体化精量管控系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水肥一体化精量管控系统及控制方法，包括首部设备和田间尾部设备，首部设备包括灌溉系统、施肥系统和首部控制系统；灌溉系统包括灌溉泵、灌溉管道、压力传感器、灌溉流量计、过滤系统和灌溉阀；施肥系统包括施肥泵、施肥管道、施肥流量计和施肥阀；田间尾部设备包括尾部灌溉系统和田间控制系统；尾部灌溉系统包括田间管道、电磁阀和滴灌管；田间控制系统包括田间控制箱、田间电源模块、EC传感器和水分传感器；本发明专利技术根据作物根部最佳吸收水肥位置，布置水分传感器和EC传感器，检测实际灌溉施肥时水肥施入量和到达位置，有效地避免了水肥浪费，使作物根部水肥含量不会过高、过低，促进了作物生长。

Water and fertilizer integrated precision control system and control method

The invention discloses a water and fertilizer integrated precision control system and a control method, including the first equipment and the field tail equipment, the first equipment including irrigation system, fertilization system and the first control system, irrigation system including irrigation pump, irrigation pipe, pressure sensor, irrigation flowmeter, filtration system and irrigation valve; Fertilizer system includes fertilizer pump, fertilizer pipe, fertilizer flowmeter and fertilizer valve; field tail equipment includes tail irrigation system and field control system; tail irrigation system includes field pipe, electromagnetic valve and drip irrigation pipe; field control system includes field control box, field power module, EC sensor and water sensor; According to the optimum position of water and fertilizer absorbed by crop roots, a water sensor and an EC sensor are arranged to detect the amount of water and fertilizer applied and the position reached in the actual irrigation and fertilization. The waste of water and fertilizer is effectively avoided, and the water and fertilizer content of crop roots is not too high or too low, thus promoting crop growth.

【技术实现步骤摘要】
水肥一体化精量管控系统及控制方法
本专利技术涉及微水灌溉
，具体涉及一种水肥一体化精量管控系统及控制方法。
技术介绍
近年来，由于微灌具有节水、灌溉均匀度高、省工、节肥、增产等诸多优点，发展迅速，得到了广泛使用，已成为农业生产中的重要技术手段，目前全国微灌应用面积已达到5000多万亩。微灌是通过管道系统与安装在尾部（末级管道上）的特制灌水器（滴头、微喷头、渗灌管和微管等），将水和养分以较小的流量输送到作物根部，使土壤保持在最佳水、肥、气状态的灌水方法。由于微灌直接把水和养分直接输送到作物根部，所以利用微灌系统施肥具有很大的优势，因而水肥一体化得到了普遍使用。但目前水肥一体化使用过程中，由于没有充分了解水、肥在土壤中运移规律，因而存在水肥管理粗放的问题，造成灌水不足或过量灌溉，水肥在土壤中的位置不合适，使得水肥没有得到充分利用，不利于作物生长。水分是决定根系能否吸收到养分的决定性因素。没有水的参与，根系吸收不到养分。肥料溶解后通过灌溉水施到作物的根部，促进养分吸收，大幅度提高肥料利用率。一般使根层深度保持一定的湿度即可（蔬菜浅根、果树深根）。过量灌溉不但浪费水，还会造成渗漏严重。过量灌溉后土壤湿度太大，破坏了根区的水气平衡，水分过多，氧气不足，导致烂根烂种，更严重的是养分淋失到根层以下，浪费肥料，作物减产，污染地下水的后果。灌水不足又会造成水肥达不到作物主根区，作物生长得不到保证。水肥一体化要先了解根系的分布深度，对一个固定的灌溉系统，灌溉时间是由根系深度和土壤性状决定的，灌溉时间决定施肥时间，合理的灌溉时间能保证养分停留在根区。综上所述，现有水肥一体化系统实现了水肥同施，但存在施用粗放、过少或过量等问题，不能保证水分、养分停留在根区，影响了水肥利用效率和作物生长。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种水肥一体化精量管控系统及控制方法，本水肥一体化精量管控系统及控制方法解决了目前水肥一体化系统实现了水肥同施，但存在施用粗放、过少或过量等问题。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种水肥一体化精量管控系统，包括首部设备和田间尾部设备，所述首部设备包括灌溉系统、施肥系统和首部控制系统；所述灌溉系统包括灌溉泵、灌溉管道、压力传感器、灌溉流量计、过滤系统和灌溉阀，所述灌溉泵的入口连接有水源且出口通过灌溉管道与过滤系统连接，所述灌溉管道上安装有压力传感器、灌溉流量计和灌溉阀；所述施肥系统包括施肥泵、施肥管道、施肥流量计和施肥阀，所述施肥泵的入口连接有肥液且出口通过施肥管道与过滤系统连接，所述施肥管道上安装有施肥流量计和施肥阀；所述灌溉泵、压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥泵、施肥流量计和施肥阀均与首部控制系统电连接；所述田间尾部设备包括尾部灌溉系统和田间控制系统；所述尾部灌溉系统包括田间管道、电磁阀和滴灌管，所述田间管道与所述过滤系统连接，所述田间管道上安装有电磁阀，所述田间管道与若干个滴灌管连接，滴灌管安装在田间作物根部土壤上；所述田间控制系统包括田间控制箱、田间电源模块、EC传感器和水分传感器，所述EC传感器、水分传感器和电磁阀均与田间控制箱连接，所述田间控制箱、EC传感器和水分传感器均与田间电源模块连接，所述EC传感器和水分传感器均用于安装在田间作物根部土壤内；所述田间控制箱与所述首部控制系统无线通信连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述施肥泵采用自吸离心泵。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述首部控制系统包括首部控制柜、灌溉变频器、施肥变频器、触摸屏、首部无线通信模块和首部电源模块，所述灌溉变频器、施肥变频器、触摸屏和首部无线通信模块均安装在所述首部控制柜上，所述灌溉变频器与所述灌溉泵连接，所述施肥变频器与所述施肥泵连接，所述灌溉变频器、施肥变频器和触摸屏均与所述首部控制柜连接，所述首部控制柜与压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥流量计和施肥阀连接，所述首部控制柜通过首部无线通信模块与所述田间控制箱无线通信连接，所述首部控制柜、灌溉变频器、施肥变频器、触摸屏、首部无线通信模块、灌溉泵、压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥泵、施肥流量计和施肥阀均与首部电源模块连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述田间电源模块包括太阳能电池板、立杆、蓄电池和充电电路，所述田间控制箱、太阳能电池板、蓄电池和充电电路均安装在立杆上，所述太阳能电池板通过充电电路与蓄电池连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述田间控制箱的上方安装有田间无线通信模块，所述田间控制箱通过田间无线通信模块与首部无线通信模块无线通信连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述水分传感器包括高位水分传感器和低位水分传感器，所述高位水分传感器和低位水分传感器均与田间控制箱连接，所述水分传感器用于检测田间作物根部土壤不同深度的水分含量。为实现上述技术目的，本专利技术采取的另一个技术方案为：一种水肥一体化精量管控系统的控制方法，包括灌溉控制方法和施肥控制方法；所述灌溉控制方法包括以下步骤：步骤1：通过在首部控制柜内的触摸屏预先设置灌溉设定值，所述灌溉设定值包括工作压力值、高位水分传感器的上限值和下限值和低位水分传感器的上限值；步骤2：高位水分传感器和低位水分传感器实时检测田间作物根部土壤不同深度的水分含量，高位水分传感器和低位水分传感器通过田间控制箱远程发送信号到首部控制柜；步骤3：首部控制柜对接收到的信号进行判断，当高位水分传感器实时检测的值小于高位水分传感器的下限值时，首部控制柜控制灌溉变频器和灌溉阀，田间控制箱控制电磁阀，灌溉变频器根据首部控制柜内预先设置的工作压力值控制灌溉泵启动，灌溉阀和电磁阀打开；步骤4：压力传感器实时检测灌溉管道的管道压力值并发送信号到首部控制柜，首部控制柜通过灌溉变频器调整灌溉泵的转速，直到压力传感器实时检测的管道压力值等于预先设置的工作压力值，保持灌溉泵的转速；步骤5：首部控制柜将高位水分传感器和低位水分传感器实时检测的值分别与灌溉设定值比较，若高位水分传感器实时检测的值大于等于高位水分传感器的上限值时，灌溉泵停止工作，灌溉阀和电磁阀关闭，流程结束；若高位水分传感器实时检测的值小于高位水分传感器的上限值时且低位水分传感器实时检测的值大于等于低位水分传感器的上限值，灌溉泵停止工作，灌溉阀和电磁阀关闭，在设定的时间后，执行步骤6；步骤6：当低位水分传感器实时检测的值小于低位水分传感器的上限值时，灌溉变频器控制灌溉泵的启动，灌溉阀和电磁阀打开，返回执行步骤4；所述施肥控制方法包括以下步骤：步骤a:通过在首部控制柜内的触摸屏预先设置施肥设定值，所述施肥设定值包括工作压力值、EC传感器的上限值、施肥比例和施肥时间；步骤b:首部控制柜控制灌溉变频器、施肥变频器、灌溉阀和施肥阀，灌溉变频器控制灌溉泵启动，施肥变频器控制施肥泵启动，灌溉阀和施肥阀打开，田间控制箱控制电磁阀，电磁阀打开；灌溉变频器调整灌溉泵的转速，直到压力传感器实时检测的管道压力值等于预先设置的工作压力值，保持灌溉泵的转速，施肥变频器根据施肥比例调整施肥泵的转速；步骤c：EC传感器实时采集土壤EC值，并通过田间控制箱远程发送信号到首部控制柜；步骤d:若施肥时间达到，则灌溉变频器控制灌溉泵关闭，施肥变频器控制施肥泵关闭，灌溉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水肥一体化精量管控系统，包括首部设备和田间尾部设备，其特征在于：所述首部设备包括灌溉系统、施肥系统和首部控制系统；所述灌溉系统包括灌溉泵、灌溉管道、压力传感器、灌溉流量计、过滤系统和灌溉阀，所述灌溉泵的入口连接有水源且出口通过灌溉管道与过滤系统连接，所述灌溉管道上安装有压力传感器、灌溉流量计和灌溉阀；所述施肥系统包括施肥泵、施肥管道、施肥流量计和施肥阀，所述施肥泵的入口连接有肥液且出口通过施肥管道与过滤系统连接，所述施肥管道上安装有施肥流量计和施肥阀；所述灌溉泵、压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥泵、施肥流量计和施肥阀均与首部控制系统电连接；所述田间尾部设备包括尾部灌溉系统和田间控制系统；所述尾部灌溉系统包括田间管道、电磁阀和滴灌管，所述田间管道与所述过滤系统连接，所述田间管道上安装有电磁阀，所述田间管道与若干个滴灌管连接，滴灌管安装在田间作物根部土壤上；所述田间控制系统包括田间控制箱、田间电源模块、EC传感器和水分传感器，所述EC传感器、水分传感器和电磁阀均与田间控制箱连接，所述田间控制箱、EC传感器和水分传感器均与田间电源模块连接，所述EC传感器和水分传感器均用于安装在田间作物根部土壤内；所述田间控制箱与所述首部控制系统无线通信连接。...

【技术特征摘要】
1.一种水肥一体化精量管控系统，包括首部设备和田间尾部设备，其特征在于：所述首部设备包括灌溉系统、施肥系统和首部控制系统；所述灌溉系统包括灌溉泵、灌溉管道、压力传感器、灌溉流量计、过滤系统和灌溉阀，所述灌溉泵的入口连接有水源且出口通过灌溉管道与过滤系统连接，所述灌溉管道上安装有压力传感器、灌溉流量计和灌溉阀；所述施肥系统包括施肥泵、施肥管道、施肥流量计和施肥阀，所述施肥泵的入口连接有肥液且出口通过施肥管道与过滤系统连接，所述施肥管道上安装有施肥流量计和施肥阀；所述灌溉泵、压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥泵、施肥流量计和施肥阀均与首部控制系统电连接；所述田间尾部设备包括尾部灌溉系统和田间控制系统；所述尾部灌溉系统包括田间管道、电磁阀和滴灌管，所述田间管道与所述过滤系统连接，所述田间管道上安装有电磁阀，所述田间管道与若干个滴灌管连接，滴灌管安装在田间作物根部土壤上；所述田间控制系统包括田间控制箱、田间电源模块、EC传感器和水分传感器，所述EC传感器、水分传感器和电磁阀均与田间控制箱连接，所述田间控制箱、EC传感器和水分传感器均与田间电源模块连接，所述EC传感器和水分传感器均用于安装在田间作物根部土壤内；所述田间控制箱与所述首部控制系统无线通信连接。2.根据权利要求1所述的水肥一体化精量管控系统，其特征在于：所述施肥泵采用自吸离心泵。3.根据权利要求1所述的水肥一体化精量管控系统，其特征在于：所述首部控制系统包括首部控制柜、灌溉变频器、施肥变频器、触摸屏、首部无线通信模块和首部电源模块，所述灌溉变频器、施肥变频器、触摸屏和首部无线通信模块均安装在所述首部控制柜上，所述灌溉变频器与所述灌溉泵连接，所述施肥变频器与所述施肥泵连接，所述灌溉变频器、施肥变频器和触摸屏均与所述首部控制柜连接，所述首部控制柜与压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥流量计和施肥阀连接，所述首部控制柜通过首部无线通信模块与所述田间控制箱无线通信连接，所述首部控制柜、灌溉变频器、施肥变频器、触摸屏、首部无线通信模块、灌溉泵、压力传感器、灌溉流量计、灌溉阀、施肥泵、施肥流量计和施肥阀均与首部电源模块连接。4.根据权利要求1所述的水肥一体化精量管控系统，其特征在于：所述田间电源模块包括太阳能电池板、立杆、蓄电池和充电电路，所述田间控制箱、太阳能电池板、蓄电池和充电电路均安装在立杆上，所述太阳能电池板通过充电电路与蓄电池连接。5.根据权利要求4所述的水肥一体化精量管控系统，其特征在于：所述田间控制箱的上方安装有田间无线通信模块，所述田间控制箱通过田间无线通信模块与首部无线通信模块无线通信连接。6.根据权利要求3所述的水肥一体化精量管控系统，其特征在于：所述水分传感器包括高位水分传感器和低位水分传感器，所述高位水分传感器和低位水分传感器均与田间控制箱连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：金永奎，薛新宇，张玲，周立新，丁素明，张宋超，秦维彩，周良富，孔伟，孙竹，顾伟，蔡晨，崔龙飞，王宝坤，陈晨，杨风波，周晴晴，张学进，乐飞翔，孙涛，徐阳，
申请(专利权)人：农业部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32