一種水肥一體滴灌智能控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可智能控制水肥一體灌溉的系統，屬于農業節水機械領域。
【背景技術】
[0002]我國作為農業大國，提高農業生產效率一直以來是我國農業技術的發展方向。國務院在關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見(國發
[2015]40號)文件中提出“在基礎較好的領域和地區，普及基于環境感知、實時監測、自動控制的網絡化農業環境監測系統。在大宗農產品規模生產區域，構建天地一體的農業物聯網測控體系，實施智能節水灌溉、測土配方施肥、農機定位耕種等精準化作業。”可見“節水灌溉”和“測土配方施肥”是發展農業技術的重要手段之一。
[0003]水肥一體技術是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術，是將可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量和作物種類的需肥規律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時、定量，浸潤作物根系發育生長區域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時根據不同的作物的需肥特點，土壤環境和養分含量狀況，不同生長期需水，需肥規律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物。
[0004]專利一種移動式水肥一體滴灌栗站(專利號:CN 103168546 A)和專利水肥一體定量追肥器(專利號:CN 104303680 A)均設計了新型裝置實現高效的水肥一體滴管。然而，施肥是一個長期過程，要不斷的對土壤進行檢測，才可以實現精準的“測土配方施肥”。因此需要一種可測量土壤狀況，并根據土壤情況反饋調節滴定方式和水肥比例的水肥一體滴灌智能控制系統，目前的農機設備中并無此類設備。
[0005]本發明結合傳感器技術、電子計算機、機械和軟件等多方面技術，實現了一種水肥一體滴灌智能控制系統，通過在滴管帶滴頭處安裝相關傳感器，實時采集土壤情況，并將信息傳回至主機，輔助決策者對水肥的比例和滴管量等參數做出最佳判斷，從而實現精準的水肥一體滴灌，為國家“節水灌溉”和“測土配方施肥”的發展提供農業機械設備保證。
【發明內容】
[0006]本發明公布一種水肥一體滴灌智能控制系統。本智能控制系統可實現實時測量滴管帶滴頭附近土壤屬性狀況，自動調節水肥比例和流速，達到節水灌溉和精準灌溉等目標。
[0007]本發明技術方案是這樣的，本發明公布的水肥一體滴灌智能控制系統如圖1所示，由滴灌帶帶體1、滴頭節點2、每個滴頭附近的土壤屬性傳感器模塊節點3、滴灌帶內水肥壓力傳感器4、滴灌水輸入管道5、滴灌水輸入管道電磁閥6、滴灌肥輸入管道8、滴灌肥輸入管道電磁閥7、嵌入式模塊9和遠端決策主機10組成。
[0008]智能控制流程如圖2所示，流程主要分為11、12、13和14四個步驟，循環進行。
[0009]本發明的工作原理是，嵌入式模塊9控制滴灌帶滴頭附近的傳感器模塊3獲得土壤屬性信息，如土壤濕度、溫度、肥料濃度、氧氣濃度和二氧化碳濃度等。通過電纜、光纜或無線信息通道，將數據發送至決策主機10中。數據經整理分析后，呈現給決策者，下達水肥滴灌溉決策指令。決策指令傳輸到嵌入式模塊9中，通過控制水路電磁閥6和肥路電磁閥7，以及讀取水壓傳感器4中的數據，實現對滴灌帶中水肥混合比例、流速、流量等參數的控制，并保持滴灌帶內此些參數準確、穩定。
[0010]滴灌帶滴頭附近的傳感器模塊3通常由多種傳感器組成，如測量土壤濕度、溫度、肥料濃度、氧氣濃度和二氧化碳濃度的傳感器等。傳感器采集到的數據信息通過電纜、光纖或無線方式傳輸匯總到嵌入式模塊9中。根據農田條件，嵌入式9中的數據結果可通過有線電纜、光纖或無線傳輸通道將數據傳輸至遠端主機。主機往往具有強大的運算能力和足夠的存儲空間。通過對實時數據的分析和與歷史數據的對比，并可以與其他系統傳回來的土壤屬性進行對比，利用大數據分析方法，可以深入挖掘測量數據的內部含義，指導水肥一體滴灌策略。
[0011]本發明的優點和積極效果是:
[0012]本發明所述的水肥一體滴灌智能控制系統，有別與其他水肥滴灌控制系統。本發明是通過實時測量滴管帶滴頭處的土壤屬性，指導選取水肥一體滴灌的水肥配比、水肥流速和水肥流量等重要參數。實現了真正的閉環控制，使得水肥灌溉更加精準，提高了水肥灌溉的效率和精準度，可提高農業生產效率，提升農業發展技術。
【附圖說明】
[0013]圖1是水肥一體滴灌智能控制系統設計示意圖。
[0014]圖2是水肥一體滴灌智能控制系統運行示意圖。
【具體實施方式】
[0015]實施方式一:
[0016]在滴灌帶滴頭處的傳感器模塊中放置濕度傳感器、二氧化碳傳感器和元素氮濃度傳感器。將此滴灌帶按照要求埋入地下，滴灌帶滴頭處于農作物根部附近。根據農作物生長情況和種類，設置預期達到的土壤水肥目標值。光纖通信具有抗腐蝕、穩定、成本低等優點，本實施方式采用光纖通訊作為各個傳感器節點間的通訊方式。首先，嵌入式單元通過光纖與各個滴頭處的傳感器模塊通信，從傳感器中獲得滴頭附近的土壤信息，判斷是否達到預設目標值，若未達到，則開啟輸入水路或輸入肥路的電磁閥，調整水肥比例。開啟一段時間后，會再次通過傳感器獲得滴頭附近處的土壤濕度、二氧化碳濃度和肥料濃度信息，不斷調整水肥的混合比例和滴管流量等，使其最終達到水肥滴管預設值并輸出穩定。嵌入式主機通過無線的方式，將其所控制的滴灌帶附近的土壤信息發回至主機數據庫中。主機上有數據統計軟件，將此片農田的歷史數據和現在數據等信息展現給經驗豐富的操作人員，由操作人員決策下一步水肥一體滴灌策略。主機將策略下傳給農田現場的嵌入式主機中，嵌入式主機根據獲得的滴灌方案，定時開啟、停止和調整滴灌過程。并保持定時的發送數據至遠端主機。
[0017]遠端主機中的分析軟件，具有報警和輔助決策功能。如當系統判斷到土壤中水肥比例或水肥含量需進一步調整，但通過控制電子閥等部件無明顯效果時，系統會主動發出報警信息，通知主機前的最高決策者，系統會懷疑可能出現了滴管帶滴頭堵塞等狀況。結合使用初始化時輸入的農作物信息，其預計生長曲線及預期的水肥灌溉曲線，本系統會將實時檢測到的土壤信息與此類預置信息比較，做出智能判斷，提示用戶目前作物的生長環境與預期的偏差，建議調整水肥比例和水肥濃度。
【主權項】
1.一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于:系統由滴灌帶帶體、滴頭節點、每個滴頭附近的土壤屬性傳感器模塊節點、滴灌帶內水肥壓力傳感器、滴灌水輸入管道、滴灌水輸入管道電磁閥、滴灌肥輸入管道、滴灌肥輸入管道電磁閥、嵌入式模塊和遠端決策主機組成。2.根據權利要求1所述的一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于系統控制水肥一體滴灌的過程是首先傳感器模塊節點獲取土壤屬性信息，反饋給嵌入式模塊，并傳輸至遠端決策主機，由遠端決策主機下發灌溉策略至嵌入式模塊中，嵌入式模塊控制相關器件實施。此運行過程是個循環、閉環過程。3.根據權利要求1所述的一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于各個傳感器模塊節點中可以放置的傳感器有土壤濕度、溫度、肥料濃度、氧氣濃度和二氧化碳濃度傳感器等與土壤、環境相關的傳感器。4.根據權利要求1所述的一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于各個傳感器模塊節點與嵌入式主機的通訊方式可以是有線電纜連接、光纖通訊和無線傳輸方式。5.根據權利要求1所述的一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于嵌入式主機與遠程決策主機間的信息通訊可以是有線電纜連接、光纖通訊和無線傳輸方式。6.根據權利要求1所述的一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于遠端決策主機做出最終決策的主體可以是富有經驗的操作者，也可以是具有自學習功能的電腦程序。
【專利摘要】本發明公開了一種水肥一體滴灌智能控制系統，其特征在于系統由滴灌帶帶體、滴頭節點、每個滴頭附近的土壤屬性傳感器模塊節點、滴灌帶內水肥壓力傳感器、滴灌水輸入管道、滴灌水輸入管道電磁閥、滴灌肥輸入管道、滴灌肥輸入管道電磁閥、嵌入式模塊和遠端決策主機組成。本智能控制系統通過在滴管帶滴頭處安裝相關傳感器，實時采集土壤情況，并將信息傳回至主機，輔助決策者對水肥的比例和滴管量等參數做出最佳判斷，從而實現自動調節水肥比例和流速，達到節水灌溉和精準水肥一體灌溉等目標。
【IPC分類】A01G25/16, A01C23/04
【公開號】CN105052336
【申請號】CN201510418593
【發明人】王慧泉, 余輝, 孫敬來, 國海丁, 王金海
【申請人】天津工業大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月14日