一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统及方法，施肥系统包括混肥装置、输入系统、输出系统、数据采集系统和监控系统，混肥装置包括由过滤结构分隔的第一仓体和第二仓体，输入系统包括压碎进肥机构和进水管路，配合搅拌机构解决固体肥溶解滞后问题，输出系统包括出肥管路，监控系统的水肥浓度动态模型依据目标施肥信息、数据采集系统的采集数据和压碎进肥机构反馈，以进水出肥流量、肥液浓度动态平衡为目标逐步获得最适加肥速度，实现对加肥量与供水施肥流量的精准控制，配合本地工控触摸屏或远程终端可视化操作，实现信息化、自动化、智能化的固态肥灌溉同步混施，能够持续输出均匀肥料溶液，有效提高应用精度和效率。有效提高应用精度和效率。有效提高应用精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统及方法


[0001]本专利技术属于灌溉施肥
，具体涉及一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统及方法。

技术介绍

[0002]灌溉施肥技术是将水溶性固态肥溶解在水中，在进行水灌溉的同时给肥，使作物得到水分补给的同时进行肥料的营养补充，将施肥和灌溉结合在一起，不仅可以实现节水节肥、适量灌溉，使肥料更容易被作物吸收、满足作物对养分的需求，肥料见效快，提高作物产量，而且可以防止由于施肥不均匀或肥料溶解不充分引起土壤土质变差、土壤板结，还可以缩短劳作时间，节约劳动力，但现有灌溉施肥系统及方法还存在以下问题：
[0003](1)多采用液体肥液进行水肥调配或同步混施，而储存、运输更便利的固体肥在进行配比混施时，由于固体肥颗粒较大、溶解存在很大的滞后性，影响同步混施的水肥均匀性和检测控制可靠性。
[0004](2)采用固体肥灌溉施肥时，缺乏相应合理、精准的在线监测和调配控制方法，导致配肥速度控制效果不佳、肥水量控制精度不高，无法实现固体肥的在线动态配肥和自动化连续同步混施，多采用预先将固体肥溶解后再放入施肥设备进行配比施肥，对配肥容器的数量和容量需求较大，且其间歇作业影响灌溉施肥应用的精度和效率。
[0005](3)由于固体肥混施分步进行，灌溉时单一控制且缺乏可视化监测和远程控制，无法依据实时需求实现信息化、自动化、智能化的水肥调配灌溉控制，存在操作不便、水肥浪费、难以故障应变和监控管理等问题。
[0006]因此，需要研发一种灌溉施肥系统及方法，能够实现固体肥的水肥在线监控、自动配比、水肥均匀和快速同步混施。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统及方法，实现信息化、自动化、智能化的固态肥灌溉同步混施，能够持续输出均匀肥料溶液，有效提高应用精度和效率。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统，包括混肥装置、输入系统、输出系统、数据采集系统和监控系统，所述混肥装置包括由过滤结构分隔的第一仓体和第二仓体，所述第一仓体设有搅拌机构，所述输入系统包括连接第一仓体的压碎进肥机构、连接第二仓体的进水管路，所述输出系统包括连接第二仓体的出肥管路；
[0010]所述数据采集系统与监控系统相连，数据采集系统的采集数据包括混肥装置液位、第二仓体的肥液浓度、进水管路的流量、出肥管路的流量和肥液浓度；
[0011]所述监控系统包括水肥浓度动态模型；
[0012]所述水肥浓度动态模型用于输入目标施肥信息，依据目标施肥信息、数据采集系
统的采集数据和压碎进肥机构反馈，以进水管路和出肥管路的流量平衡、第二仓体的肥液浓度达目标施肥信息后、出肥管路的肥液浓度与目标施肥信息动态平衡，监控混肥装置、输入系统和输出系统的运行。
[0013]上述灌溉施肥系统，进一步地，所述第一仓体嵌于第二仓体内部，用于通过过滤分隔促进固体肥溶解、改善固体肥溶解的滞后性影响、提高以第二仓体的肥液浓度监控的可靠性和控制精度，所述进水管路连接在第二仓体下部，所述出肥管路连接在第二仓体上部，用于就近同步施肥、提高出肥管路的肥液浓度监测可靠性和控制精度，所述数据采集系统包括设置在第二仓体内的液位传感器，用于同时获取第一仓体和第二仓体的液面高度作为混肥装置液位、向监控系统传输，保证同步混施的控制运行。
[0014]上述灌溉施肥系统，进一步地，所述压碎进肥机构包括储料仓、设置在储料仓与第一仓体之间的碾压仓，所述碾压仓内设有啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮连接有与监控系统相连的步进电机，通过步进电机带动主动齿轮旋转、传动至从动齿轮，使储料仓内的固定肥经过主动齿轮和从动齿轮的啮合间隙时被压碎细化粒径，配合搅拌机构进一步促进固体肥溶解，提高肥水均匀性，同时压碎进肥机构的加肥速度v＝n*m1*v0，上式中n表示主动齿轮与从动齿轮的齿槽数，m1表示单次落入主动齿轮与从动齿轮齿槽内的固体肥质量，v0表示步进电机转速，通过配置n、m1和v0进一步提高配肥精度。
[0015]上述灌溉施肥系统，进一步地，所述进水管路上设有与监控系统相连的第一阀门和供水泵，监控系统通过控制第一阀门和供水泵实现进水管路的启闭和流量监测调节，所述出肥管路上设有与监控系统相连的第二阀门和出肥泵，监控系统通过控制第二阀门和出肥泵实现进水管路的启闭和流量监测调节。
[0016]进一步地，所述数据采集系统包括设置在进水管路上的第一EC传感器、设置在第二仓体内的第二EC传感器、设置在出肥管路上的第三EC传感器；所述水肥浓度动态模型用于将第二EC传感器或第三EC传感器检测的EC值代入肥液浓度与EC值的线性关系、获取相应肥液浓度，用于在线监测肥液浓度、提高监控灵敏性和控制精度，比较第一EC传感器、第二EC传感器和第三EC传感器检测的EC值、判断肥液置换结果，用于实现自动化、可持续作业。
[0017]进一步地，所述第一EC传感器、第二EC传感器和第三EC传感器选择具有温度补偿的EC传感器，用于提高EC值可靠性和配肥精度；若第一EC传感器、第二EC传感器和第三EC传感器检测的EC值趋近一致则表明水将肥液置换完全。
[0018]上述灌溉施肥系统，进一步地，所述监控系统包括PLC控制器、工控触摸屏、数据传输模块和远程终端，所述PLC控制器采用matlab的Simulink仿真器建模构建水肥浓度动态模型，运用simulink的PLC CODE功能将模型转换成PLC指令，载入所述PLC控制器的中央处理单元中，对各驱动模块进行控制进而控制系统整体运行，能够解决PLC控制器设计控制算法的局限性问题。
[0019]进一步地，所述工控触摸屏与PLC控制器通信交互，用于实现本地监控和可视化操作。
[0020]进一步地，所述数据传输模块包括远程传输服务器，所述远程终端包括云端服务器、开发者服务器终端和智能终端设备，所述远程终端通过数据传输模块与PLC控制器通信交互；远程传输服务器通过串口连接PLC控制器，远程传输服务器通过WiFi、经过云平台连接云端服务器，云端服务器通过API接口连接至开发者服务器终端、用于对系统数据的处理
与存储，所述智能终端设备上设有监控平台，智能终端设备通过监控平台，访问云端服务器进而通过所述远程传输服务器控制整体系统运行、观测整体系统运行状态，用于实现远程监控和可视化操作。
[0021]一种混施同步的固体肥灌溉施肥方法，基于上述任意一项所述混施同步的固体肥灌溉施肥系统，其方法包括：
[0022]输入目标施肥信息：目标水位高度h1，最大加肥速度v
max
，目标肥液浓度q1，目标施肥量m
总
；
[0023]获取混肥装置液位h2，若h2＝(95％
‑
105％)h1，则控制压碎进肥机构以v
max
启动；
[0024]获取进水管路的流量Q1、出肥管路的流量Q2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统，其特征在于，包括混肥装置(1)、输入系统(2)、输出系统(3)、数据采集系统(4)和监控系统(5)，所述混肥装置(1)包括由过滤结构(102)分隔的第一仓体(103)和第二仓体(104)，所述第一仓体(103)设有搅拌机构，所述输入系统(2)包括连接第一仓体(103)的压碎进肥机构(201)、连接第二仓体(104)的进水管路(202)，所述输出系统(3)包括连接第二仓体(104)的出肥管路(301)；所述数据采集系统(4)与监控系统(5)相连，数据采集系统(4)的采集数据包括混肥装置(1)液位、第二仓体(104)的肥液浓度、进水管路(202)的流量、出肥管路(301)的流量和肥液浓度；所述监控系统(5)包括水肥浓度动态模型；所述水肥浓度动态模型用于输入目标施肥信息，依据目标施肥信息、数据采集系统(4)的采集数据和压碎进肥机构(201)反馈，以进水管路(202)和出肥管路(301)的流量平衡、第二仓体(104)的肥液浓度达目标施肥信息后、出肥管路(301)的肥液浓度与目标施肥信息动态平衡，监控混肥装置(1)、输入系统(2)和输出系统(3)的运行。2.根据权利要求1所述的一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述第一仓体(103)嵌于第二仓体(104)内部，所述进水管路(202)连接在第一仓体(103)下部，所述出肥管路(301)连接在第一仓体(103)上部，所述数据采集系统(4)包括设置在第二仓体(104)内的液位传感器(401)。3.根据权利要求1所述的一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述压碎进肥机构(201)包括储料仓(2011)、设置在储料仓(2011)与第一仓体(103)之间的碾压仓(2012)，所述碾压仓(2012)内设有啮合的主动齿轮(2013)和从动齿轮(2014)，所述主动齿轮(2013)连接有与监控系统(5)相连的步进电机(2015)。4.根据权利要求1所述的一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述进水管路(202)上设有与监控系统(5)相连的第一阀门(2021)和供水泵(2022)，所述出肥管路(301)上设有与监控系统(5)相连的第二阀门(3011)和出肥泵(3012)，所述数据采集系统(4)包括设置在进水管路(202)上的第一EC传感器(402)、设置在第二仓体(104)内的第二EC传感器(403)、设置在出肥管路(301)上的第三EC传感器(404)；所述水肥浓度动态模型用于将第二EC传感器(403)或第三EC传感器(404)检测的EC值代入肥液浓度与EC值的线性关系、获取相应肥液浓度，比较第一EC传感器(402)、第二EC传感器(403)和第三EC传感器(404)检测的EC值、判断肥液置换结果。5.根据权利要求1所述的一种混施同步的固体肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述监控系统(5)包括PLC控制器(501)、工控触摸屏(502)、数据传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红，宋秀华，陈超，张志洋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：