一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统与方法技术方案

本发明专利技术属于农业智能化管理技术领域，特别涉及一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统与方法，控制室、无线传感节点、营养液池、栽培床、检测池、电动机、电磁阀、灌溉喷头及水泵，通过无线传感节点对营养液中各成分数据实时采集并传输，经控制室分析，动态地根据农作物对营养液的吸收情况而有效调整营养液成分配比，提供与农作物生长情况最为匹配、更科学的营养给予，能极大地扭转单一地依靠人工经验决定农作物营养液配比的现状，改善由此带来的对农作物生长的不利影响。

An automatic circulation irrigation system and method for nutrient solution based on Internet of things

The invention belongs to the field of agricultural intellectualization management technology, in particular to a system and method of automatic adjusting circulation irrigation system based on the Internet of things, control room, wireless sensor node, nutrient pool, cultivation bed, detection pool, motor, electromagnetic valve, irrigation sprinkler and water pump, and through wireless sensor nodes to nutrient solution Each component data is collected and transmitted in real time. Through the control room analysis, the composition of the nutrient solution is dynamically adjusted according to the absorption of the nutrient solution to the crops, providing the most matching and more scientific nutrition for the growth of the crops. It can greatly twist the ratio of the crop nutrition to determine the proportion of the crop nutrient solution. To improve the adverse effects on crop growth.

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统与方法
本专利技术属于农业智能化管理
，特别涉及一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统与方法。
技术介绍
在现代设施农业飞速发展的进程中，无土栽培的种植方式得到越来越广泛地应用。目前，美国、日本等国家的设施栽培基本普及营养液无土栽培技术；欧盟也明确规定，进入21世纪，所有欧盟国家的园艺作物要全部实现无土栽培。无论是蔬菜还是花卉的无土栽培，营养液的调整和补充是营养液管理的关键技术，营养液的供给直接影响到作物的生长状况和健康状况，从而影响到产量和产品品质。另外，无土栽培中的水培相对于基质栽培，对营养液管理的要求又要高，因为水培植物是直接生长在营养液中的，少了基质这一“缓冲层”。因此，在水栽培过程中实时地对营养液进行监控和调节尤为重要。目前，有关营养液补充和调整存在两种极端现象：人工和全自动，以荷兰PRIVA公司和以色列ELDAR公司为代表的营养液全自动调控技术和设备，完全实现了营养液的在线检测和实时控制，保证营养液的性质稳定和系统运行可靠，但技术复杂、设备昂贵；而目前我国实际生产中广泛采用的是人工调整和补充营养液的方式：定期或不定期地用EC（电导率）值和PH值来检测营养液，然后人工补充肥料或调节酸碱度，当发现营养液池中的营养液不够时才去补充。这样的结果是：很难保证营养液的性质稳定和系统的可靠运行。因此，实际生产迫切需要一种技术和设备简单、价格低廉、运行稳定可靠的营养液自动调整灌溉系统。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷及存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统与方法，通过无线传感节点对营养液中各成分数据实时采集并传输，经控制室分析，动态地根据农作物对营养液的吸收情况而有效调整营养液成分配比，提供与农作物生长情况最为匹配、更科学的营养给予，能极大地扭转单一地依靠人工经验决定农作物营养液配比的现状，改善由此带来的对农作物生长的不利影响。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，包括：营养液成分自动调节系统和自动灌溉系统，在农业种植中，以营养液成分的自动调节为基础进行自动灌溉；所述营养液成分自动调节系统包括控制室、无线传感节点、营养液池、栽培床、检测池及水泵，所述营养液池连接水泵，所述水泵连接三通阀，所述三通阀通过供液管道与栽培床连接提供营养液，所述栽培床通过回流管道将未被农作物吸收的营养液回流至营养液池；所述三通阀还通过采样管道与检测池连接，所述检测池通过回流管道将营养液回流至营养液池；所述营养液池包括储存和供应栽培床营养液的母液罐、酸罐、碱罐和清水罐，所述母液罐、酸罐、碱罐和清水罐通过阀门组与营养液池连接；所述营养液成分自动调节系统在营养液池、无土栽培农作物的栽培床（基质）与检测池（汇集未被农作物吸收的营养液）中布置无线传感节点，用以实时采集这3处营养液的成分数据，通过无线网络传送至控制室，经由控制室分析，动态地根据农作物对营养液的吸收情况而有效调整营养液成分配比；所述自动灌溉系统为自动喷灌系统，包括单片机、电动机、水泵、温度传感器、电磁阀及灌溉喷头，所述单片机与电动机、温度传感器、电磁阀电连接，所述电磁阀连接灌溉喷头，所述电动机连接水泵，所述水泵一端连接水源，另一端连接电磁阀，根据不同的农作物对环境温度的不同需求，以及对含水量的需求，先在单片机设定一个当前温度值，由于环境温度的变化，温度传感器实时进行监测，将模拟信号传送给单片机，当环境温度上升或者下降到比设定温度高或者低时，单片机就会驱动电动机和电磁阀的开启，营养液从水源被水泵抽起，通过电磁阀最后从灌溉喷头流出，以达到灌溉的目的，通过这样的操作，提供与农作物生长情况更科学、最为匹配的营养给予，能极大地扭转单一地依靠人工经验决定农作物营养液配比的现状，改善由此带来的对农作物生长的不利影响。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其中，所述营养液池中设有搅拌器，所述搅拌器连接电机，通过电机驱动搅拌。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其中，所述营养液池中设有加热棒，当温度过低时对营养液池中的营养液进行加热。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其中，所述无线传感节点包括检测的离子选择电极、电导率传感器、PH传感器及温度传感器，所述离子选择电极包括钾离子选择电极、钙离子选择电极、硝酸根离子选择电极。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其中，所述控制室包括控制核心MCU，所述控制核心MCU选用TI公司的超低功耗单片机MP430F149，具有五中低功耗模式，2.2伏工作电压1MHz工作频率时电流为225uA，可实现超长续航，且具有丰富的外设接口，可满足与多种传感器的对接，节点的供电采用太阳能电池，通过电压转换模块给各个模块及传感器供电，每个节点使用ZigBee模块进行组网，采用网状拓扑结构,将数据快速上传到无线汇聚节点，再到无线网关节点，将ZigBee协议转换为TCP/IP协议，通过无线网络将数据上传到云服务器，由云服务器完成大数据的存储和分析。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其中，所述母液罐至少包括一个盛硝酸钙的母液罐和一个盛其他营养元素的母液罐。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其中，所述自动灌溉系统根据农作物的不同，可以选择自动滴灌系统、自动迷雾系统、自动喷灌系统。本专利技术另一方面公开了一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉方法，包括以下步骤：步骤1、在营养液池、无土栽培农作物的栽培床（基质）与检测池（汇集未被农作物吸收的营养液）中布置无线传感节点，对营养液中各离子浓度、电导率、PH值及温度进行检测；步骤2、将无线传感节点采集的数据实时传输，通过控制室对数据进行分析从而进行营养液成分配比的调节；步骤3、当传感器检测出相应模块的数据，经过分析由无线传感节点传回控制室得到的结果，来控制电磁阀门的开关状态以及开关的时间，从而调整营养液的成分、PH值及温度；步骤4、根据不同的农作物对环境温度的不同需求，以及对含水量的需求，先在单片机设定一个当前温度值，由于环境温度的变化，温度传感器实时进行监测，将模拟信号传送给单片机，当环境温度上升或者下降到比设定温度高或者低时，单片机就会驱动电动机和电磁阀的开启，营养液从水源被水泵抽起，通过电磁阀最后从灌溉喷头流出，以达到灌溉的目的。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉方法，其中，步骤3中PH值的控制需要操作两个罐，包括碱罐和酸罐，当PH值低于设定值时开启碱罐,PH值高与设定值时开启酸罐，电磁阀门的开启时间同样由分析结果来确定。本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉方法，其中，步骤3中每次加入溶液时，由搅拌器搅拌均匀。本专利技术的有益效果是：对比现有技术，本专利技术的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统与方法，具有以下优点：（1）智能分析，科学决策，推动农业智能化，目前的营养液配比均为人工操作，依据经验，缺少科学理论支撑，无法对农作物的生长情况做出及时反应，应用营养液成分自动调节系统，以无线传感节点为基础，获取农作物对营养液的实时吸收数据，智能分析，对成分配比方案进行自动优化；（2）农业专家本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其特征在于：包括：营养液成分自动调节系统和自动灌溉系统；所述营养液成分自动调节系统包括控制室、无线传感节点、营养液池、栽培床、检测池及水泵，所述营养液池连接水泵，所述水泵连接三通阀，所述三通阀通过供液管道与栽培床连接提供营养液，所述栽培床通过回流管道将未被农作物吸收的营养液回流至营养液池；所述三通阀还通过采样管道与检测池连接，所述检测池通过回流管道将营养液回流至营养液池；所述营养液池包括储存和供应栽培床营养液的母液罐、酸罐、碱罐和清水罐，所述母液罐、酸罐、碱罐和清水罐通过阀门组与营养液池连接；所述营养液成分自动调节系统在营养液池、无土栽培农作物的栽培床与检测池中布置无线传感节点，用以实时采集这3处营养液的成分数据，通过无线网络传送至控制室，经由控制室分析，动态地根据农作物对营养液的吸收情况而有效调整营养液成分配比；所述自动灌溉系统为自动喷灌系统，包括单片机、电动机、水泵、温度传感器、电磁阀及灌溉喷头，所述单片机与电动机、温度传感器、电磁阀电连接，所述电磁阀连接灌溉喷头，所述电动机连接水泵，所述水泵一端连接水源，另一端连接电磁阀。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其特征在于：包括：营养液成分自动调节系统和自动灌溉系统；所述营养液成分自动调节系统包括控制室、无线传感节点、营养液池、栽培床、检测池及水泵，所述营养液池连接水泵，所述水泵连接三通阀，所述三通阀通过供液管道与栽培床连接提供营养液，所述栽培床通过回流管道将未被农作物吸收的营养液回流至营养液池；所述三通阀还通过采样管道与检测池连接，所述检测池通过回流管道将营养液回流至营养液池；所述营养液池包括储存和供应栽培床营养液的母液罐、酸罐、碱罐和清水罐，所述母液罐、酸罐、碱罐和清水罐通过阀门组与营养液池连接；所述营养液成分自动调节系统在营养液池、无土栽培农作物的栽培床与检测池中布置无线传感节点，用以实时采集这3处营养液的成分数据，通过无线网络传送至控制室，经由控制室分析，动态地根据农作物对营养液的吸收情况而有效调整营养液成分配比；所述自动灌溉系统为自动喷灌系统，包括单片机、电动机、水泵、温度传感器、电磁阀及灌溉喷头，所述单片机与电动机、温度传感器、电磁阀电连接，所述电磁阀连接灌溉喷头，所述电动机连接水泵，所述水泵一端连接水源，另一端连接电磁阀。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其特征在于：所述营养液池中设有搅拌器，所述搅拌器连接电机，通过电机驱动搅拌。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其特征在于：所述营养液池中设有加热棒，当温度过低时对营养液池中的营养液进行加热。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其特征在于：所述无线传感节点包括检测的离子选择电极、电导率传感器、PH传感器及温度传感器，所述离子选择电极包括钾离子选择电极、钙离子选择电极、硝酸根离子选择电极。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的营养液自动调整循环灌溉系统，其特征在于：所述控制室包括控制核心MCU，所述控制核心MCU选用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家栋，董青，张丹，
申请(专利权)人：浙江清华长三角研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33