专利名称：自动水肥精量控制机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动水肥精量控制机，具体涉及一种适合我国东北地区草莓、蓝莓等浆果类经济作物生长规律的智能化程度及控制精度较高的自动水肥精量控制机。
背景技术：
灌溉施肥是通过施肥装置将溶解好的肥液注入到灌溉系统中，是肥料随灌溉水一起输送到田间的一种先进施肥方式，是精确施肥与精确灌溉相结合的产物，实现了灌溉与施肥同步进行。灌溉施肥的优点是施肥均勻、准确。灌溉施肥系统可以稳定而高精度地控制灌溉水量、施肥量、施肥时间等参数，从而提高水肥的利用率，有效地减轻对土壤和环境污染。我国节水灌溉工程中使用的施肥器大多是从以色列等国家进口的产品，性能良好，但价格过高，且不完全适合于中国的水质和土壤特点。国内也有部分厂商开始生产节水灌溉施肥装置，按其工作原理，可分为压差式、吸入式和注入式3种。压差式施肥装置是在灌溉主管上并联储液罐，并在其两端造成压差，用进入储液罐的水将储液罐的原液压入灌溉水中，但由于储液罐中的液体不断地被水稀释，输出液体的浓度不断下降，水肥混合比的调节较难，添加肥料的次数频繁，劳动强度大，并且存在一定的水头损失，从而造成其与水的混合比不易控制。吸入式则利用文丘里管、阀门或皮托管等产生局部压差，将原液吸入灌溉水中，但这种施肥装置的调压范围有限，而且对主管流量的稳定性要求较高，系统压力损失大，虽用并联文丘里管可减少系统压力损失，但其调压范围仍然有限，主管流量的稳定性对其吸肥流量影响较大。机械驱动注肥装置利用电力驱动隔膜泵或柱塞泵将肥液注入到主水管路中，优点是能准确地向灌溉管道中注入肥液，从而使得灌溉水中的肥液浓度保持稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单片机控制的自动水肥精量控制机，利用控制柜来实现自动注肥，降低了系统成本，结构紧凑，操作简单方便，且易于推广使用。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括主水管道以及与主水管道相连通的肥液罐和酸液罐，在肥液管路上依次安装有注肥泵和肥液流量计，在酸液管路上安装有酸液泵，在肥液、酸液管路与主水管道接点的后端主水管道上还依次设有混肥器、混肥器出口电磁阀、混肥器出口流量计、压差阀，主水管道的末端即压差阀的出口与分区灌管路相连，所述的压差阀两端并联有PH计和EC计；所述的注肥泵、肥液流量计、酸液泵、混肥器出口电磁阀、混肥器出口流量计、PH计和EC计以及设置在土壤中的温度传感器和湿度传感器分别与控制柜相连。本发明的肥液罐包括氮、磷、钾和微量元素四个肥液罐，且在四个肥液罐的出口上分别安装有与控制柜相连的肥液出口电磁阀；所述的酸液罐的出口设置有与控制柜相连的酸液初级过滤器；
所述的注肥泵与肥液流量计之间的管路还安装有肥液初级过滤器；所述的肥液、酸液管路与主水管道的接点前安装有肥液单向阀；所述的在肥液罐、酸液罐之前的主水管道上还安装有主水管道单向阀和主水管道流量计；所述的在肥液罐、酸液罐之后的主水管道的混肥器之前还安装有精密过滤器；所述的压差阀与PH计和EC计之间的管路上分别安装有与控制柜相连接的PH计和EC计入口电磁阀和PH计和EC计出口单向阀；所述的混肥器内设置一圆柱体状或圆锥体状的旋流器。 本发明全部电磁阀、流量计、肥液泵、酸液泵、PH计和EC计、土壤温度传感器和土壤湿度传感器均与控制柜相连接，以实现实时检测与控制功能，并设置了多级过滤装置来保证各个管路的畅通。肥液单向阀有效阻止了主水管路中的水倒流至肥液罐及酸液罐中， PH计和EC计出口单向阀同样有效阻止了主水管路中的水从PH计和EC计出口向其进口方向的流动，且有效维持了主水管路中的水压。PH计和EC计入口电磁阀，可以实现主水管路中水的PH值和EC值的定时、随机及全天候检测功能。土壤温度传感器和土壤湿度传感器实时采集田间土壤的温、湿度信息，并将其传给控制柜进行综合，实现结合土壤墒情的水肥精量灌溉。混肥器的两种设计，结构简单，且能达到很好的混肥目的。本发明采用单片机控制与变频调节技术相结合，实现了滴灌系统中灌溉与施肥的精确控制与同步进行。
图1是本发明的结构示意图。图2是控制框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。参见图1，本发明包括主水管道1以及与主水管道1相连通的肥液罐即氮、磷、钾、 微量元素四个肥液罐23、24、25、26和酸液罐22，肥液罐、酸液罐之前的主水管道1上安装有主水管道单向阀4和主水管道流量计6，在肥液管路上依次安装有注肥泵2、肥液初级过滤器3和肥液流量计5，在酸液管路上安装有酸液泵20，肥液、酸液管路与主水管道1的接点前安装有肥液单向阀7，在肥液、酸液管路与主水管道接点的后端的主水管道上还依次设有精密过滤器8、混肥器9、混肥器出口电磁阀10、混肥器出口流量计11、压差阀12，主水管道 1的末端即压差阀12的出口与分区灌管路15相连，所述的压差阀12两端并联有PH计和 EC计16，PH计和EC计16的入口管路上安装有PH计和EC计入口电磁阀13，PH计和EC计 16出口管路上安装有PH计和EC计出口单向阀14，所述的注肥泵2、肥液流量计5、酸液泵 20、混肥器出口电磁阀10、混肥器出口流量计11、PH计和EC计16、PH计和EC计入口电磁阀13以及设置的土壤中的温度传感器17和湿度传感器18分别与控制柜19相连，且四个肥液罐及酸液罐22的出口分别安装有与控制柜19相连的肥液出口电磁阀27和酸液初级过滤器21，所述的混肥器9内设置一圆柱体状或圆锥体状的旋流器，对于圆锥体状旋流器， 其底部位于混肥器的入口端。
本发明的两个 流量计即肥液流量计5和混肥器出口流量计11分别将流量信息输出到控制柜19，控制柜19对此信息做出分析判断并以此来控制两个泵体的转速。PH计和 EC计将检测得到的反馈信号输入到控制柜19里的单片机，单片机的信号输出端分别与控制注肥泵和注酸泵转速的变频器相连。从农田中设置的土壤温度传感器与土壤湿度传感器分别将农田中的土壤温、湿度信息传输到控制柜中，以用来实时控制水肥精量控制机的灌溉量。参见图2，本发明的核心为STC89C58RD+，该芯片具有通用51单片机内核、32K的 Flash程序存储器和1280字节的数据存储器，简单易用而且具有高可靠性、低价位以及低功耗等优点。该控制器检测的输入信号有土壤温度、土壤湿度、流量以及EC/PH值等，传感器检测的信号经过ADC0809进行A/D转换，MCU对转换的数据进行计算分析，从而控制各个电磁阀、泵、变频器的开启以及功率输出。在灌溉过程中，MCU通过采样得到肥路以及总管路的流量信息，通过与实际所需的流量对比，利用自适应灰色模糊PID控制算法，可以使肥路流量与总管路的流量之比保持在一定的比例，从而控制肥液浇灌到作物时的水肥比低于一定的阀值。其中肥路泵的流量调节时通过变频调节技术，即MCU输出的数字信号经过D/ A转换得到一定的电压值，然后利用该电压值控制变频器的输出功率，达到控制肥路流量的目的。本控制器可以实现自动化的灌溉过程，在施肥过程中，只需输入相应的参数，就可以实现完全的无人工操作，控制系统会自动检测肥路的流量，并根据输入的参数，自动切换电磁阀，实现不同肥的灌溉。本发明的氮、磷、钾罐23、24、25中的高浓度肥液以及微量元素罐26中的高浓度微量元素有注肥泵抽起并经初级肥液过滤器3注入到主水管路中，在主水管路上再设置有精密过滤器8进行二级过滤。PH计和EC计16用于检测主水管路中的肥液浓度以及微量元素的浓度，检测得到的浓度信号输入到控制柜19中的单片机与设定值进行比较得到差值信号，差值信号通过变频器调节注肥泵2的转速来调节注肥量，使主水管路中的肥液及微量元素的浓度值与预先设定的理想值保持一致。酸碱度的调节与肥液浓度调节相同。在主水管路中安装了混肥器9，使肥液、微量元素液、酸碱液与灌溉水充分混合。主水管路的末端还设置了电磁阀10，其控制端与控制柜相连，用于控制主水管路的开启与关闭。PH计和EC计 16左端电磁阀13的控制端与控制柜相连接，以实现电磁阀13的自动开启与关闭。土壤温度传感器17与土壤湿度传感器18分别将农田中的土壤温、湿度信息传输到控制柜中，用来实时控制自动水肥精量控制机的灌溉量。因为在灌溉主水路1中肥液与水混合不均勻，而使检测系统的准确性降低，所以本发明根据漩涡发生原理设计了混肥器9。在PH计和EC计前安装混肥器9来使肥液通过漩涡得到充分混合，测得的一系列值会更加准确、稳定。本发明采用单片机控制与变频调节技术相结合，实现了水肥的精量配比及供给， 属于机械注入式，其施肥效率和施肥精度比文丘里式和压差式显著提高，体积小巧，易于操作，使用单片机控制系统，减低了造价。
权利要求
1.一种自动水肥精量控制机，其特征在于包括主水管道⑴以及与主水管道⑴相连通的肥液罐和酸液罐(22)，在肥液管路上依次安装有注肥泵(2)和肥液流量计(5)，在酸液管路上安装有酸液泵(20)，在肥液、酸液管路与主水管道接点的后端主水管道上还依次设有混肥器(9)、混肥器出口电磁阀(10)、混肥器出口流量计(11)、压差阀(12)，主水管道(1)的末端即压差阀(12)的出口与分区灌管路(15)相连，所述的压差阀(12)两端并联有PH计和EC计(16)；所述的注肥泵(2)、肥液流量计(5)、酸液泵(20)、混肥器出口电磁阀 (10)、混肥器出口流量计(11)、PH计和EC计(16)以及设置在土壤中的温度传感器(17)和湿度传感器(18)分别与控制柜(19)相连。
2.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的肥液罐包括氮、 磷、钾和微量元素四个肥液罐(23、24、25、26)，且在四个肥液罐的出口上分别安装有与控制柜(19)相连的肥液出口电磁阀(27)。
3.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的酸液罐(22)的出口设置有与控制柜(19)相连的酸液初级过滤器(21)。
4.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的注肥泵(2)与肥液流量计(5)之间的管路还安装有肥液初级过滤器(3)。
5.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的肥液、酸液管路与主水管道(1)的接点前安装有肥液单向阀(7)。
6.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的在肥液罐、酸液罐之前的主水管道(1)上还安装有主水管道单向阀(4)和主水管道流量计(6)。
7.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的在肥液罐、酸液罐之后的主水管道(1)的混肥器(9)之前还安装有精密过滤器(8)。
8.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的压差阀(12)与PH 计和EC计(16)之间的管路上分别安装有与控制柜(19)相连接的PH计和EC计入口电磁阀(13)和PH计和EC计出口单向阀(14)。
9.根据权利要求1所述的自动水肥精量控制机，其特征在于所述的混肥器(9)内设置一圆柱体状或圆锥体状的旋流器。
全文摘要
一种自动水肥精量控制机，包括与主水管道相连通的肥液罐和酸液罐，在肥液管路上依次安装有注肥泵和肥液流量计，在酸液管路上安装有酸液泵，在肥液、酸液管路与主水管道接点的后端主水管道上还依次设有混肥器、混肥器出口电磁阀、混肥器出口流量计、压差阀，主水管道的末端即压差阀的出口与分区灌管路相连，所述的压差阀两端并联有PH计和EC计；所述的注肥泵、肥液流量计、酸液泵、混肥器出口电磁阀、混肥器出口流量计、pH计和EC计以及设置在土壤中的温度传感器和湿度传感器分别与控制柜相连。在施肥过程中，只需输入相应的参数，就可以实现完全的无人工操作，控制系统会自动检测肥路的流量，并根据输入的参数，自动切换电磁阀，实现不同肥比的灌溉。
文档编号A01G25/16GK102163043SQ201110024570
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者卢秉恒, 唐一平, 王永信, 罗卫红, 霍战鹏, 魏正英 申请人:丹东市环欣电子有限公司, 西安交通大学