[發(fā)明專利]一種植物生長(zhǎng)肥料消耗分析裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610185326.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN105842398B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒騰躍;林壽英;馮奇杰;李澍源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建農(nóng)林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別是一種植物生長(zhǎng)肥料消耗分析裝置及方法。

背景技術(shù)

設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種能夠打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的季節(jié)性生產(chǎn)及靠天吃飯的弊病，通過(guò)匯集土地、資金、技術(shù)和勞動(dòng)力等要素，以資金密集、技術(shù)密集、土地高效利用為主要特征的集約型高效農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)的這些基本特征，使其具有高投入、高產(chǎn)出、高效益、節(jié)水節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展、周年生產(chǎn)的鮮明特點(diǎn)。隨著我國(guó)科技進(jìn)步及適齡勞動(dòng)人口數(shù)量的不斷下降，設(shè)施農(nóng)業(yè)將在我國(guó)未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。

水肥一體化調(diào)配灌溉是一項(xiàng)重要的現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)。通過(guò)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)內(nèi)存有的植物每階段生長(zhǎng)所需肥料組分與配比的先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液調(diào)配進(jìn)行精確調(diào)節(jié)后施予植株，既保證了植物營(yíng)養(yǎng)所需，又有效減少了肥料的浪費(fèi)。然而這種精確調(diào)節(jié)需要有準(zhǔn)確的先驗(yàn)知識(shí)作為依據(jù)，而這些肥料相關(guān)的先驗(yàn)知識(shí)的獲取目前尚未有合適的裝置。因此如何設(shè)計(jì)出一套獲取植株不同生長(zhǎng)階段所需肥料的含量與配比的自動(dòng)化裝置就成為一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值且富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

現(xiàn)有針對(duì)植株所需肥料的專利申請(qǐng)，都未能做到對(duì)植物的無(wú)損檢測(cè)，例如申請(qǐng)?zhí)?01410640183.3的發(fā)明采用采摘葉片后烘干后采用硫酸-過(guò)氧化氫消煮，通過(guò)凱氏半微量定氮法測(cè)定葉片全氮含量，通過(guò)釩鉬黃比色法測(cè)定葉片全磷含量，通過(guò)火焰光度計(jì)法測(cè)定葉片全鉀含量，而這些方法需將植株葉片破壞且無(wú)法做到實(shí)時(shí)檢測(cè)。而申請(qǐng)?zhí)?01210041294.3的發(fā)明通過(guò)精確測(cè)量某一地塊的土壤方面數(shù)據(jù)，然后根據(jù)所種植的植物，通過(guò)計(jì)算機(jī)模型來(lái)模仿植物生長(zhǎng)過(guò)程并進(jìn)行虛擬施肥的方法來(lái)確定該肥料的使用量。這一方法是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真而非真實(shí)實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，顯然具有更差的精確性和針對(duì)性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種植物生長(zhǎng)肥料消耗分析裝置及方法，通過(guò)計(jì)算得出培養(yǎng)溶液在進(jìn)出生長(zhǎng)倉(cāng)前后各營(yíng)養(yǎng)組分的差值，除以時(shí)間間隔得到平均值。該過(guò)程不斷進(jìn)行，最后在整個(gè)時(shí)間域上對(duì)得到的各離子消耗平均值進(jìn)行濾波后積分，從而得到各所需營(yíng)養(yǎng)元素組分的劑量和配比。

本發(fā)明的裝置采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種植物生長(zhǎng)肥料消耗分析裝置，包括準(zhǔn)備倉(cāng)、種植倉(cāng)、測(cè)量倉(cāng)、設(shè)置在準(zhǔn)備倉(cāng)內(nèi)的第一離子傳感器陣列、設(shè)置在測(cè)量倉(cāng)內(nèi)的第二離子傳感器陣列、控制模塊、電池閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述電池閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括若干個(gè)電池閥；所述種植倉(cāng)與所述準(zhǔn)備倉(cāng)、測(cè)量倉(cāng)之間均通過(guò)設(shè)置有電磁閥的管道相連；所述控制模塊與所述第一離子傳感器陣列、第二離子傳感器陣列、電池閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)電性相連。

進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)備倉(cāng)、種植倉(cāng)、測(cè)量倉(cāng)的擺放位置為從高到底。

進(jìn)一步地，所述離子傳感器陣列包括氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵在線離子傳感器。

進(jìn)一步地，所述控制模塊包括單片機(jī)，所述單片機(jī)通過(guò)通訊接口連接至所述計(jì)算機(jī)。控制模塊微控制器部分由瑞薩公司 R5F100FCA單片機(jī)構(gòu)成，其核心電路如圖4所示。該單片機(jī)內(nèi)置高精度晶體振蕩器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）、脈沖寬度調(diào)制器（PWA）、定時(shí)器等，完全能夠滿足系統(tǒng)要求。

本發(fā)明的發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種根據(jù)上文所述的植物生長(zhǎng)肥料消耗分析裝置的方法，具體包括以下步驟;

步驟S1:將濃縮營(yíng)養(yǎng)液在準(zhǔn)備倉(cāng)中與水混合配置成標(biāo)準(zhǔn)濃度的營(yíng)養(yǎng)液；

步驟S2：將步驟S1配置的標(biāo)準(zhǔn)濃度的營(yíng)養(yǎng)液注入種植倉(cāng)，經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間的種植，使植物吸收營(yíng)養(yǎng)液中的各種營(yíng)養(yǎng)元素；

步驟S3：在到達(dá)預(yù)定時(shí)間后將種植倉(cāng)使用過(guò)的營(yíng)養(yǎng)液注入測(cè)量倉(cāng)進(jìn)行各元素含量的測(cè)量；

步驟S4：通過(guò)測(cè)量倉(cāng)測(cè)得的數(shù)據(jù)與準(zhǔn)備倉(cāng)標(biāo)準(zhǔn)濃度的營(yíng)養(yǎng)液濃度數(shù)據(jù)間的差值可得這一段時(shí)間內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液各元素的消耗情況；

步驟S5：重復(fù)步驟S1至S4，得到多個(gè)時(shí)段的營(yíng)養(yǎng)液個(gè)元素消耗情況，將所有時(shí)段的結(jié)果統(tǒng)計(jì)、積分得到植物在整個(gè)時(shí)間域上的營(yíng)養(yǎng)元素消耗情況。

進(jìn)一步地，當(dāng)種所述植倉(cāng)的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)入所述測(cè)量倉(cāng)后，立即將所述準(zhǔn)備倉(cāng)中的營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入所述種植倉(cāng)，然后在所述準(zhǔn)備倉(cāng)中配置新的營(yíng)養(yǎng)液，以使得所述種植倉(cāng)中的植物時(shí)刻有溶液浸泡，并使得測(cè)量的數(shù)據(jù)在時(shí)間域上可連續(xù)。