[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

技術領域

本發明涉及自動化控制領域，尤其涉及一種水肥一體化灌溉系統及灌溉方法。

背景技術

我國是一個農業大國，但并不是一個農業強國，目前我國正處于農業快速發展的時期，糧食產量連年增加。但是這種增產是建立在“大水、大肥、大藥”的基礎投入上的，這種種植方式造成了極大的資源浪費和嚴重的環境污染問題。我國目前農業灌溉用水量每年約3500億立方米，按照灌溉水利用率為40%計算，每年農業灌溉流失水量為2100億立方米，由此可見每年農業灌溉用水的消耗是多么的龐大。而農業生產中化肥的使用更是驚人。從上個世紀70年代末以來，短短幾十年，我國化肥施用量增加了上百倍，用量達到了平均434千克/公頃，這個數字是國際公認的化肥施用安全上線225千克/公頃的兩倍左右。這些化肥的平均利用率僅為40%，多余的部分都隨水流進入了生態圈，造成嚴重水體富營養化，危及江河湖泊生態系統。過量的使用化肥和漫灌，一方面造成資源的浪費和環境的污染，另一方面容易造成土地的板結和鹽堿化，嚴重影響農業的可持續發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水肥一體化灌溉系統及灌溉方法，無需提前配置肥料便可以實現精確的大田灌溉及施肥作業，不僅大大節省了資源，而且有效地避免了環境的污染。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種水肥一體化灌溉系統，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。

優選地，所述流量傳感器采用渦輪流量傳感器。

優選地，所述變頻水泵與電磁閥之間設置有碟片式過濾器。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

利用上述水肥一體化灌溉系統進行灌溉的方法，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；