一种日光温室精准灌溉施肥系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种日光温室精准灌溉施肥系统，包括人机界面、主控制器、施肥灌溉单元。所述人机界面硬件部分采用昆仑通态7寸触摸屏，软件编程采用昆仑通态嵌入式组态软件编写，界面包括登陆页面、主监控页面、灌溉量及时间设置页面、补灌页面、灌溉记录统计页面；主控制器采用西门子PLCCPU224XP，选择两个继电器输出型扩展模块EM222CN；施肥灌溉装置由储肥罐、潜水泵、过滤器、电磁阀组成；流量监测装置采用DIGMESA FHKU小型流量计，输出计量脉冲接入PLC的高速计数端。本实用新型可有效解决传统定期畦灌冲肥和常规滴管定期追肥的弊端，实现每天定量施肥，满足作物生长实时需要。
【专利说明】
一种日光温室精准灌溉施肥系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及农业灌溉技术领域，具体涉及一种日光温室精准灌溉施肥系统，特别适用于基于用户自行设定的每天定量滴灌。
【背景技术】
[0002]水肥一体化灌溉施肥技术是现代农业发展的必然，在设施农业生产中具有重要的作用。日光温室是设施农业基本的技术实现形式之一，是我国北方地区独有的一种温室类型，具有保温好、投资低、节约能源等特点，非常适合我国北方农村地区使用。由于它是一个相对封闭的空间，无法直接利用降雨，作物生长所需水分完全依靠引水灌概进行供应。灌溉施肥设备是日光温室农业的重要组成部分，良好的灌溉施肥技术是设施农业生产的基本保证。由于温室作物与农田作物相比，其生产环境有较大差别，一些适合露地栽培的节水技术并不适宜在日光温室等设施生产中使用。
[0003 ]经对现有技术文献检索，中国发明专利“灌溉控制方法与灌溉装置(CN201310547788.3)”公开了一种基于超限控制模式的灌溉控制方法与灌溉装置，中国发明专利“一种基于动态含水量估计的智能灌溉调控系统及方法(CN201510270035.1 )，’公开了一种智能灌溉控制方法，中国实用新型专利“一种物联网大棚自动灌溉装置(CN201520217890.1)”公开了一种基于物联网的轨道式温室大棚灌溉装置。这些已有的公开技术，没有考虑到日光温室应用中成本控制这个敏感因素，大部分靠各种检测传感装置来决定灌溉时刻和灌溉量，这些装置的应用既增加了系统成本也一定程度上提高了系统的故障率，因此无法完全在日光温室的灌溉施肥中推广应用。
【发明内容】
[0004]针对当前日光温室灌溉施肥仍以传统畦灌和常规滴灌定期追肥的现状，本实用新型提供一种日光温室精准灌溉施肥系统，目的在于更好地节水、节肥，提高生产效率，降低生产成本;同时，改善土壤性状，减小环境污染，提高果蔬品质。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用如下方案实现:
[0006]—种日光温室精准灌溉施肥系统，包括人机界面装置、主控制器、至少一施肥灌溉单元；
[0007]所述的主控制器连接上述人机界面装置以及施肥灌溉单元，主控制器根据人机界面装置以及内嵌系统控制施肥灌溉单元；
[0008]每个施肥灌溉单元包括储肥罐;储肥罐经栗连接有管路，管路上连接有计量装置以及电磁阀；
[0009]栗、计量装置以及电磁阀连接上述主控制器，主控制器根据计量装置信息以及内嵌系统控制电磁阀。
[0010]优选的，所述主控制器由西门子PLC CPU224XP、两个继电器输出型扩展模块EM222CN及24V开关电源组成;两个继电器输出型扩展模块EM222CN，16个接点分别控制16个电磁阀，通过接点的接通或断开来控制电磁阀的打开与关闭。
[ΟΟ?? ] 优选的，所述储肥罐采用聚乙稀塑料桶，直径60cm至80cm，高度10cm至120cm，桶底部开孔并安装有过滤器。
[0012]优选的，栗采用家用循环潜水栗，潜水栗放于上述的储肥罐中，潜水栗通过软管与设于过滤器上的弯头相连。
[0013]优选的，所述过滤器采用聚丙烯材料Y型叠片式滴灌专用过滤器，安装于储肥罐底部外侧，一端通过弯头与连接潜水栗的软管相连，另一端与计量装置相连。
[0014]优选的，所述每个施肥灌溉单元设有三个电磁阀，沿肥料流通方向，三个电磁阀位于计量装置后方:三个电磁阀共用一个计量装置;三个电磁阀并列设置且对应有三个并列支路，每个电磁阀控制一畦内的软管灌溉。
[0015]优选的，计量装置采用小型流量计，输出计量脉冲接入主控制器的高速计数端;每组的三个电磁阀共用一个流量计，每三个流量计分为一组，由PLC的一个输出端控制通电与断电。
[0016]优选的，人机界面装置采用昆仑通态7寸触摸屏，显示登陆页面、主监控页面、灌溉量及时间设置页面、补灌页面、灌溉记录统计页面。
[0017]本实用新型的工作原理以及有益效果表现在:
[0018]本日光温室精准灌溉施肥装置包括人机界面装置、主控制器、多个施肥灌溉单元；主控制器连接人机界面装置以及施肥灌溉单元，主控制器控制施肥灌溉单元进行工作。
[0019]所述人机界面硬件部分采用触摸屏形式，软件编程采用嵌入式组态软件编写，根据需要可以设置多个界面，比如:登陆页面、主监控页面、灌溉量及时间设置页面、补灌页面、灌溉记录统计页面;分别实现不同的功能。
[0020]所述主控制器由西门子PLC、两个继电器输出型扩展模块及开关电源组成。选择所述PLC的六个高速脉冲输入端作为流量计输出脉冲的计数端，将每个端口得到的脉冲数与每个脉冲代表的流量值相乘，就可以得到当前端口所连的灌溉组对应畦的已灌溉量。将得到灌溉量与用户基于经验设定的灌溉量相比较，若得到灌溉量大于等于设定量，表明该畦灌溉结束。若该组灌溉没有结束，PLC切换控制电磁阀，启动该组下一畦的灌溉。
[0021]所述施肥灌溉装置由储肥罐、栗、过滤器、电磁阀组成。
[0022]所述储肥罐用来存储肥料，放置于日光温室北部，底部用砖块或水泥砌台高出地面部分;栗用于形成流动动力，过滤器用于将肥料中的颗粒过滤，防止肥料将滴灌管堵塞；电磁阀用于实现管路的通断与否，实现精准灌溉的目的。
[0023]过滤器安装在储肥罐的底部外侧。所述过滤器可采用聚丙烯材料Y型叠片式滴灌专用过滤器，一端通过弯头与连接栗的软管相连，另一端与计量装置相连。安装后过滤器离地高度5cm至10cm，方便日后清洗。
[0024]所述流量监测装置采用流量计的形式，输出计量脉冲接入主控制器的高速计数端。每组的三个电磁阀共用一个流量计，六个流量计再分为两组，当要进行灌溉时，相应组的流量计供电开始工作，在灌溉系统不工作时流量计断电，既降低了电量消耗，又增加了流量计的使用寿命。
[0025]根据需要，系统支持基于时间设置的自动灌溉和手动灌溉，在作物种植完毕后，用户进入触摸屏设置页面对相应生长阶段的灌溉量及每天的灌溉时刻进行设置。在自动灌溉模式下，当每天的灌溉时刻一到，控制器先给流量计上电，然后给潜水栗上电，最后开启每组的第一个电磁阀，灌溉开始。在手动模式下，用户可随时开始、停止灌溉。
[0026]本实用新型具有的有益效果如下:
[0027]1、本方案利用了农户、专家或相关科研成果的经验，将水肥管理与自动灌溉结合在一起，提高了工作效率。实验证明，每天定量滴灌处理的土壤容重减小，孔隙度增大，真菌数显著减少。
[0028]2、由于灌溉时刻不再是依赖各传感器对环境因子的检测而决定，从而省掉了价格相对较高的土壤湿度等传感器，降低了系统成本，更便于日光温室用户接受及系统的应用推广。
[0029]3、本方案提出的分组轮回灌溉方式大大减少了成本较高的流量计使用数量，最大可能降低了系统成本，所选流量计体积小，精度高，特别适合精准定量滴灌。
【附图说明】
[0030]图1是整个施肥灌溉系统示意图；
[0031 ]图2是触摸屏步骤操作示意图；
[0032]图3是储肥罐内潜水栗应用示意图；
[0033]图4是CPU224XPCN的连接图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0035]如图1所示，一种日光温室精准灌溉施肥装置，包括人机界面装置1、主控制器2、至少一个施肥装置单元3;连接以及控制关系如下:主控制器2连接上述的人机界面装置1、施肥灌溉单元3;施肥灌溉单元3并列设置;主控制器根据人机界面装置的反馈以及自身嵌入的程序控制施肥灌溉单元施肥。
[0036]本实施例中:
[0037]人机界面装置采用昆仑通态7寸触摸屏，软件界面如图2所示，包括登陆页面、主监控页面、灌溉量及时间设置页面、补灌页面、灌溉记录统计页面。
[0038]所述的登陆界面可防止无关人员对系统的误操作，正常工作前，工作人员输入系统登陆密码，密码正确进入主监控界面;密码错误，系统弹出信息窗口，提示重新输入密码。
[0039]所述的主监控页面，包括所有灌溉组每组的灌溉量设定值、灌溉开始时间值及当前各组正在灌溉畦的累计灌溉量;包括灌溉量及时间设置按钮、系统电磁阀手动打开与关闭按钮及每组灌溉组独立手动打开与关闭按钮;包括补灌按钮和统计按钮。
[0040]单击主监控页面的设置按钮，进入所述的灌溉量及时间设置页面，包括每个灌溉组灌溉量输入框及灌溉每天开始的时间。
[0041]单击主监控页面的补灌按钮，进入所述的补灌页面，在补灌页面可设置补灌组号及每一组下每畦的灌溉量，设置完后单击开始按钮，补灌开始并显示累计补灌量。
[0042]单击主控制页面的统计按钮进入所述的灌溉记录统计页面，在统计页面记录所有灌溉量的设置值及灌溉时间，支持表格统计和历史曲线两种统计方式，在表格方式下，按曲线显示按钮，以历史曲线方式显示统计结果;在曲线方式按表格显示按钮，以表格方式显示统计结果。
[0043]主控制器由西门子PLC CPU224XP，两个继电器输出型扩展模块EM222CN及24V开关电源组成，如图4所示。选择所述PLC的六个高速脉冲输入端作为流量计输出脉冲的计数端，将每个端口得到的脉冲数与每个脉冲代表的流量值相乘，就可以得到当前端口所连的灌溉组对应畦的已灌溉量。将得到灌溉量与设定灌溉量相比较，若得到灌溉量大于等于设定量，表明该畦灌溉结束。若该组灌溉没有结束，PLC切换控制电磁阀，启动该组下一畦的灌溉。所述PLC的6个继电器型输出Q0.0至Q0.5分别控φ?」6个储肥罐中的潜水栗工作，通过接通或者断开输出接点来控制潜水栗的220V电源接通或断开，Q0.6、Q0.7两个接点控制两个电磁阀。所述的两个继电器输出型扩展模块EM222CN，每个模块有8个输出接点，16个接点分别控制16个电磁阀，通过接点的接通或断开来控制24V电磁阀的打开与关闭。
[0044]施肥灌溉单元3由储肥罐31、潜水栗32、过滤器、电磁阀34组成，如图1、3所示。所述储肥罐31米用聚乙稀塑料桶，直径60cm至80cm，高度10cm至120cm，放置于日光温室北部，底部用砖块或水泥砌台高出地面15cm至25cm，桶底部开孔用于安装过滤器。
[0045]如图3所示，所述潜水栗32采用HQB-2500型家用循环水栗，潜水栗放于储肥罐I中，通过加厚蛇皮管35与储肥罐I底部过滤器上的90°弯头相连。蛇皮管35的长度在80cm至10cm之间，在潜水栗32与弯头33之间以拱形连接。
[0046]所述过滤器采用聚丙烯材料Y型叠片式滴灌专用过滤器，安装于储肥罐底部外侧，一端通过90°弯头33与连接潜水栗的蛇皮管35相连，另一端与流量计36相连。
[0047]所述流量监测装置采用DIGMESA FHKU小型流量计，输出计量脉冲接入PLC的高速计数端。
[0048]每组的三个电磁阀共用一个流量计，六个流量计再分为两组，分别由PLC的Ql.0和Ql.I输出端控制通电与断电，当要进行灌溉时，相应组的流量计供电开始工作，在灌溉系统不工作时流量计断电，既降低了电量消耗，又增加了流量计的使用寿命。
[0049]系统支持基于时间设置的自动灌溉和手动灌溉，在作物种植完毕后，用户进入触摸屏设置页面对相应生长阶段的灌溉量及每天的灌溉时刻进行设置。在自动灌溉模式下，当每天的灌溉时刻一到，控制器先给流量计上电，然后给潜水栗上电，最后开启每组的第一个电磁阀，灌溉开始。当一畦灌溉完毕，控制器切换输出，让下一个电磁阀动作，开始下一畦的灌溉，直到当前这一组灌溉全部完成。这时，控制器关闭电磁阀、切断潜水栗及流量计电源。在手动模式下，用户可随时开始、停止灌溉，既可以同时对所有组操作，也可以单独控制其中一组。当需要单独对某组下某畦进行单独灌溉或补灌时，可进入补灌页面进行设置。
【主权项】
1.一种日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于:包括人机界面装置、主控制器、至少一施肥灌溉单元； 所述的主控制器连接上述人机界面装置以及施肥灌溉单元，主控制器根据人机界面装置以及内嵌系统控制施肥灌溉单元； 每个施肥灌溉单元包括储肥罐;储肥罐经栗连接有管路，管路上连接有计量装置以及电磁阀； 栗、计量装置以及电磁阀连接上述主控制器，主控制器根据计量装置信息以及内嵌系统控制电磁阀。2.根据权利要求1所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，所述主控制器由西门子PLC CPU224XP、两个继电器输出型扩展模块EM222CN及24V开关电源组成;两个继电器输出型扩展模块EM222CN，16个接点分别控制16个电磁阀，通过接点的接通或断开来控制电磁阀的打开与关闭。3.根据权利要求1所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，所述储肥罐采用聚乙稀塑料桶，直径60cm至80cm，高度10cm至120cm，桶底部开孔并安装有过滤器。4.根据权利要求1或3所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，栗采用家用循环潜水栗，潜水栗放于上述的储肥罐中，潜水栗通过软管与设于过滤器上的弯头相连。5.根据权利要求4所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，所述过滤器采用聚丙烯材料Y型叠片式滴灌专用过滤器，安装于储肥罐底部外侧，一端通过弯头与连接潜水栗的软管相连，另一端与计量装置相连。6.根据权利要求1所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，所述每个施肥灌溉单元设有三个电磁阀，沿肥料流通方向，三个电磁阀位于计量装置后方:三个电磁阀共用一个计量装置;三个电磁阀并列设置且对应有三个并列支路，每个电磁阀控制一畦内的软管灌溉。7.根据权利要求1所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，计量装置采用小型流量计，输出计量脉冲接入主控制器的高速计数端;每组的三个电磁阀共用一个流量计，每三个流量计分为一组，由PLC的一个输出端控制通电与断电。8.根据权利要求1所述的日光温室精准灌溉施肥系统，其特征在于，人机界面装置采用昆仑通态7寸触摸屏，显示登陆页面、主监控页面、灌溉量及时间设置页面、补灌页面、灌溉记录统计页面。
【文档编号】A01C23/04GK205667114SQ201620580373
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】李天华, 魏珉, 侯加林, 李清明, 施国英, 刘昌峰
【申请人】山东农业大学