[發明專利]一種水肥一體化灌溉系統及灌溉方法

在審

• 申請號: 201710536635.7
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107306765A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 王猛;李國強;臧賀藏;趙晴;胡峰
• 申請（專利權）人: 河南省農業科學院農業經濟與信息研究所
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;A01C23/04
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種水肥一體化灌溉系統，其特征在于：包括沿水流方向依次設置于水流管道上的變頻水泵、總電磁閥及比例積分調節閥，所述比例積分調節閥的第一分水口經比例施肥泵連接施肥管道，比例積分調節閥的第二分水口連接流量傳感器，所述流量傳感器的輸出端連接有PH/EC傳感器，所述PH/EC傳感器分別連接各個灌溉區域的分電磁閥，所述分電磁閥設置于各個灌溉區域的灌溉管道上，各個灌溉區域還分別設置有土壤濕度傳感器，土壤濕度傳感器、PH/EC傳感器及流量傳感器分別與控制器的輸入端相連，控制器的輸出端分別與變頻水泵、總電磁閥、比例積分調節閥及比例施肥泵相連。

2.如權利要求1所述的一種水肥一體化灌溉系統，其特征在于：所述流量傳感器采用渦輪流量傳感器。

3.如權利要求1所述的一種水肥一體化灌溉系統，其特征在于：所述變頻水泵與電磁閥之間設置有碟片式過濾器。

4.如權利要求3所述的一種水肥一體化灌溉系統，其特征在于：所述變頻水泵的壓力控制信號線與控制器的水泵控制接口相連，總電磁閥和分電磁閥的信號線與控制器的總電磁閥接口相連，比例積分調節器的信號線與控制器的4-20ma輸出接口相連，土壤濕度傳感器、流量傳感器和PH/EC傳感器分別與控制器的傳感器接口相連。

5.如權利要求4所述的一種水肥一體化灌溉系統，其特征在于：所述控制器內存儲有作物生長需水模型及作物生長水肥模型，所述作物生長需水模型如下：

其中，當前土濕為土壤濕度傳感器采集到的濕度數據，流量為流量傳感器采集到的水流量，目標土濕、土壤滲透系數及轉換系數均根據經驗設定；

所述作物生長水肥模型如下：

其中，已施肥量為根據流量傳感器采集到的流量計算出的當前已施肥量，通過取土樣檢驗土壤中氮、磷、鉀等元素的含量，確定土壤基礎肥力。

6.如權利要求5所述的一種水肥一體化灌溉系統，其特征在于：還包括遠程服務器，所述控制器通過無線網關與遠程服務器進行通信。

7.利用權利要求1至6任一項所述的一種水肥一體化灌溉系統進行灌溉的方法，其特征在于：分別包括控制方法A和/或控制方法B，所述控制方法A為利用水進行灌溉的控制方法，所述控制方法B為將水和肥料混合之后進行施肥的控制方法；

所述控制方法A依次包括以下步驟：

（1）在控制器上選擇灌溉模式，此時控制器控制比例積分調節閥及施肥泵關閉；

（2）打開變頻水泵；

（3）打開所需灌溉區域的分電磁閥，開始灌溉；

（4）水流流經流量傳感器，流量傳感器采集當前管道內的水流量，并計算出當前灌溉區域內已灌溉的水量；同時土壤濕度傳感器實時采集當前灌溉區域的土壤濕度，并將數據發送至控制器；

（5）控制器將當前灌溉區域內已灌溉的水量、當前灌溉區域的土壤濕度及當前灌溉時間輸入作物生長需水模型，結合系統當前運行時間，計算出當前灌溉區域的最優灌溉方案，并按照此方案進行自動灌溉作業；

（6）當前灌溉區域灌溉完成之后，控制器控制當前灌溉區域的分電磁閥關閉，然后返回步驟（3）；

（7）控制器判斷所有區域是否全部完成灌溉，若是，則關閉所有分電磁閥、總電磁閥及變頻水泵，一次灌溉過程完成，若否，則返回步驟（3），繼續進行下一區域的灌溉；

所述控制方法B依次包括以下步驟：

（1）在控制器上選擇水肥一體化模式，此時控制器自動將比例積分調節閥調整至兩路對開狀態，同時打開變頻水泵和施肥泵；

（2）打開所需施肥區域的分電磁閥；

（3）調節比例積分調節閥及比例施肥泵，肥料與水混合之后形成水肥混合液，開始施肥；

（4）PH/EC傳感器采集水肥混合液的電導率EC值和酸堿度PH值，流量傳感器采集水肥混合液的流量，并計算出當前灌溉區域內已灌溉的流量，控制器將采集到的電導率EC值、酸堿度PH值及流量值輸入作物生長水肥模型，結合系統當前運行時間，由控制器計算出最優施肥方法；

（5）調節比例積分調節閥和比例施肥泵的開度，將輸出的水肥濃度調整至最優，并按照此最優施肥方法進行施肥；

（6）當前施肥區域施肥完成之后，控制器控制當前施肥區域的分電磁閥關閉，然后返回步驟（2）；

（7）控制器判斷所有施肥區域是否全部完成施肥，若是，則關閉所有分電磁閥、總電磁閥及變頻水泵，一次施肥過程完成，若否，則返回步驟（2），繼續進行下一施肥區域的施肥。