一种水肥一体化智能灌溉系统的制作方法

本发明涉及水肥一体化技术领域，具体地说是一种水肥一体化智能灌溉系统。

背景技术：

水肥一体化技术，指灌溉与施肥融为一体的农业新技术，是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌,均匀、定时、定量浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量；同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况,作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

水肥一体化技术的核心点在于首部水肥的供给，水肥的精准施放，水肥的杀菌等环节，现有水肥一体化技术中，由于人为原因或者设备不完善等因素，造成人力依赖性大，无法实现水肥的按作物需求精量供给等问题，导致劳动力成本增加，实际的水肥实施效果达不到预期，也影响后期的数据采集和水肥一体技术的评估。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水肥一体化智能灌溉系统，用于实现对水肥的智能灌溉。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种水肥一体化智能灌溉系统，其特征是，它包括:

在线检测系统，它包括水肥主管道、水肥支管道、第一测定管道、第二测定管道、第三测定管道、plc控制器、管道开关和土壤分析仪，水肥主管道与若干水肥支管道连通，水肥支管道与作物单元一一对应，第一测定管道从水肥主管道获取水肥将其输送至控制室，第二测定管道从水肥支管道获取水肥将其输送至控制室，第三测定管道从回收管路获取水肥将其输送至控制室；土壤分析仪与作物单元一一对应，土壤分析仪与plc控制器信号连接，plc控制器与设置在水肥支管道上的管道开关信号连接；

水肥配制系统，它包括：固态肥储存箱，在固态肥储存箱内放置固态肥，在储存箱的底部连接有出料管；接料器，它包括接料板、支撑箱和驱动机构，在接料板上设有自右向左依次设置的第一至第四通孔，在接料板的底部设有自右向左依次设置的第一至第四量筒，第一至第四通孔与第一至第四量筒一一对应连通；在接料板的下方设有支撑箱，接料板左端与支撑箱之间相对转动，驱动机构设置在支撑箱内驱动接料板的旋转；第一量筒的体积是第二量筒体积的十倍，第二量筒的体积是第三量筒体积的十倍，第三量筒的体积是第四量筒体积的十倍；调节机构，它设置在出料管下端与接料板之间，用于驱动出料管与第一、第二、第三或第四通孔连通；水肥储存罐，它设置在支撑箱的下方，在混合箱的顶部设有四个落料孔，第一至第四量筒的底部与水肥储存罐顶部接触；

回收消毒系统，它包括：收集机构，收集机构包括位于水肥支管道下方且自上而下依次设置的筛网、保水层、支撑网和收集槽；收集箱，它位于地表之下并与收集槽的末端衔接；消毒箱，消毒箱的左右两端敞口，在消毒箱内设有紫外灯，在消毒箱与收集箱之间设有第一水泵；回收罐，在回收罐与消毒箱之间设有第二水泵，在回收罐内设有添加机构，通过添加机构向回收罐内添加杀菌剂，回收罐还与水肥储存罐连通，收集槽、收集箱和消毒箱之间构成了回收管路。

进一步地，在水肥储存罐内腔的底部设有一对左右设置的输送器，输送器由输送电机驱动转动，在两输送器之间的储存箱底部设有圆孔，出料管上端置于圆孔内。

进一步地，在出料管的下端设有滑块，滑块与接料板顶部滑动连接，调节机构包括设置在接料板右侧的气缸固定板、固定在气缸固定板顶部的气缸，气缸活塞杆与滑块固定连接。

进一步地，在第一、第二、第三和第四量筒之间设有托板，在支撑箱内设有支撑板，支撑板顶部与托板接触且支撑板与托板滑动连接。

进一步地，驱动机构包括固定在支撑箱内的旋转电机、固定在旋转电机输出端的主动齿轮、与接料板固定连接的转轴、固定在转轴上且与主动齿轮啮合的从动齿轮。

进一步地，支撑板为圆弧形板，支撑板分别设置在第一和第二量筒之间、第二和第三量筒之间、第三和第四量筒之间。

进一步地，在第一水泵的出入端设有第一水管，第一水泵入口端的第一水管伸入收集箱的底部。

进一步地，在收集箱内腔的上部设有导轨，在导轨上滑动安装有滑杆，在滑杆的底部设有气囊，在滑杆侧壁设有触块，在导轨底部设有与触块接触作用的行程开关，行程开关与控制器信号连接，控制器与第一水泵电磁阀信号连接。

进一步地，在第二水泵的出入端设有第二水管，在消毒箱上设有与第二水管连接的连接器。

进一步地，添加机构包括固定在回收罐内腔上部的盒体、设置在盒体内侧的隔板、与隔板上方的盒体内腔连通的加药管、与隔板下方的盒体内腔连通的加液管，在隔板上设有加料孔，在加料孔内设有塞子，在盒体与塞子顶部之间设有弹片，在盒体内固定有电机，在电机输出端设有凸轮，凸轮与弹片接触分离过程实现对弹片的振动，进而使得塞子不断的开启关闭加料孔；在隔板下方的盒体侧壁设有侧孔。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种水肥一体化智能灌溉系统，在水肥添加之前，了解土壤肥力，进而配制所需肥力的水肥。在水肥添加过程中，定时检测水肥主、支管道内的水肥肥力，进而了解添加至作物根部的水肥肥力情况；通过对回收的水肥进行元素测定，可以了解回收后的水肥肥力，进而了解添加在作物上的肥力。本发明根据作物所需，添加适宜的水肥，可以确保作物获取所需的水肥，进而确保作物的正常生长。可以实现对固态肥的精准量取，量取一定量的固态肥时，由高位向低位依次量取，以减小量取误差。量取后的固态肥加入混合箱内，在混合箱内实现水域固态肥的混合，且在搅拌轴的作用下混合均匀。可以依次实现对水肥的收集、水肥的消毒、水肥的杀菌和水肥的储存，进而对作物未能吸收的水肥进行回收处理，既节约了资源，又保护了环境。

附图说明

图1为在线检测系统的示意图；

图2为水肥配制系统的正面示意图；

图3为固态肥储存箱的剖视图；

图4为出料管及其调节机构的示意图；

图5为接料器的剖视图；

图6为接料板的俯视图；

图7为接料板的仰视图；

图8为接料器的仰视图；

图9为接料器底部设置支撑箱的示意图；

图10为水肥储存罐的内部结构示意图；

图11为水肥储存罐的俯视图；

图12为回收消毒系统的示意图；

图13为图12中的a处局部放大示意图；

图14为收集机构的示意图；

图15为收集箱的示意图；

图16为消毒箱的正视图；

图17为消毒箱的俯视图；

图18为消毒箱的剖视图；

图19为回收罐的剖视图；

图20为添加机构的示意图；

图中：1固态肥储存箱，11输送器，12输送电机，13防护罩，2出料管，3滑块，31气缸，41气缸固定板，5接料板，51第一通孔，52第二通孔，53第三通孔，54第四通孔，55第一量筒，56第二量筒，57第三量筒，58第四量筒，59托板，6端板，7支撑箱，71支撑板，72转轴，73从动齿轮，74主动齿轮，75旋转电机，8水肥储存罐，81顶板，82落料孔，83搅拌轴，84搅拌片，91土壤，92收集槽，921筛网，922保水层，923支撑网，93收集箱，931导轨，932滑杆，933触块，934气囊，94第一水泵，941第一水管，95消毒箱，951紫外灯，952连接器，96第二水泵，961第二水管，97回收罐，98盒体，981隔板，982加料孔，983圆锥面，984加液管，985加药管，986侧孔，987延伸杆，99塞子，991接触面，992弹片，993凸轮，994振动电机。

具体实施方式

如图1至图20所示，本发明主要包括在线检测系统、水肥配制系统和回收消毒系统，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，在线检测系统主要包括第一测定管道、第二测定管道、第三测定管道、水肥主管道、水肥支管道、plc控制器、管道开关和土壤分析仪，下面结合附图对在线检测系统进行详细描述。

水肥主管道与水肥添加泵连接，水肥添加泵从水肥储存罐中获取经配制好的水肥，然后将其输送至水肥主管道内。水肥主管道与平行设置的多路水肥支管道连接，水肥主管道内的水肥进入水肥支管道内，一路水肥支管道对应一行作物或者一片作物(即一个作物单元)，在水肥主管道上设有第一测定管道，第一测定管道定时从水肥主管道内取样，将水肥主管道内的水肥输送至控制室，在控制室内对水肥中的元素含量进行测定，以掌握经水肥主管道输出的水肥的肥力情况。水肥支管道上设有末端管道，末端管道与作物一一对应，即末端导管延伸至对应的作物根部。水肥支管道内的水肥经末端管道添加在作物根部后，大部分水肥被作物吸收，作物无法吸收的多余水肥则经渗透后回流至回收管道内，回收管道与回收罐连通，回收管道内回收的水肥输送至回收罐内。

在水肥支管道上连接有第二测定管道，第二测定管道可以从水肥支管道内获取添加在作物根部的水肥，并将其输送至控制室，在控制室内对添加在作物根部的水肥进行元素测定，以掌握添加在每个作物单元根部的水肥肥力情况。在作物与回收罐之间的回收管路上设有第三测定管道，第三测定管道用于从回收管路上获取水肥并将其输送至控制室，在控制室内对回收管路内的水肥进行元素检测，以测定回收后的水肥肥力情况。

通过第一测定管道获取水肥主管道内的水肥，进行肥力测定，以了解配制的水肥肥力是否与所需的肥力相适应，以便于及时做出调整。通过第二测定管道获取水肥支管道内的水肥，进行肥力测定，以了解各个作物单元获取的肥力情况；由于不同作物单元所需肥力情况不同，因此对不同作物单元施加水肥时应有所不同，这样才能保证作物所获得的水肥是适宜的。第三测定管道获取回收管路内的水肥，并对其进行肥力测定，以了解回收的水肥肥力。通过测定第一测定管道获取的水肥的肥力，以及第三测定管道获取的水肥的肥力，便可以了解全部作物对水肥的吸收情况。

为便于了解各个作物单元所处土壤的肥力情况，每个作物单元所处的土壤与土壤分析仪对应，每个作物单元所处的土壤均匀设有四至十个土壤取样装置，通过土壤取样装置获取土壤，然后将其输送至土壤分析仪内，对土壤进行检测，以了解土壤内元素(如氮、磷等)含量。设置多个土壤取样装置，可以对土壤进行全面取样，进而将多个样本的检测数据进行求平均数，以确保检测数据的准确性。土壤分析仪与plc控制器连接，土壤分析仪可以将检测数据传递至plc控制器，plc控制器还与设置在水肥支管道上的管道开关信号连接，进而控制每一根水肥支管道内流出的水肥流量。这样，根据检测的土壤肥力，调控水肥支管道内流出的水肥流量，进而根据作物所需添加适宜的水肥。

在水肥添加之前，了解土壤肥力，进而配制所需肥力的水肥。在水肥添加过程中，定时检测水肥主、支管道内的水肥肥力，进而了解添加至作物根部的水肥肥力情况；通过对回收的水肥进行元素测定，可以了解回收后的水肥肥力，进而了解添加在作物上的肥力。根据作物所需，添加适宜的水肥，可以确保作物获取所需的水肥，进而确保作物的正常生长。

如图2至图11所示，水肥配制单元包括固态肥储存箱1、出料管2、接料器、调节机构和水肥储存罐8，如图2、图3所示，固态肥储存箱1为圆柱形金属箱或长方体形金属箱，固态肥储存箱的顶部敞口，在固态肥储存箱的顶部设置端盖。在固态肥储存箱内腔的底部设有左右设置的一对输送器11，输送器为螺旋输送器，输送器由输送电机12驱动转动，输送电机设置在防护罩13内，防护罩固定在固态肥储存箱底部，防护罩对输送电机起到防护的作用。为保证良好的散热，在固态肥储存箱的侧壁设有与防护罩连通的散热孔。在两输送器之间的固态肥储存箱底部设有圆孔，在固态肥储存箱的底部固定有出料管2，出料管的上端置于圆孔中并与圆孔固定连接，这样固态肥储存箱内的固态肥可以进入出料管内。且在输送器的作用下，可以实现对固态肥的搅拌，防止固态肥的结块。

在出料管的下方设有接料器，固态肥储存箱内的固态肥经出料管进入接料器内，如图4至图9所示，接料器包括接料板5和位于接料板下方的第一至第四量筒，接料板5为金属材质的平板，在接料板上设有自右向左依次设置的第一通孔51、第二通孔52、第三通孔53和第四通孔54，在出料管的底部设有调节出料管与第一至第四通孔中的任意一个连通的调节机构。调节机构包括设置在接料板右侧的气缸固定板4、固定在气缸固定板上方的气缸31、固定在气缸活塞杆上的滑块3，滑块为中空结构，出料管的下端便固定在滑块内侧。滑块与接料板的上表面滑动连接，气缸固定板的左端设有圆弧形缺口，接料板的右端面为圆柱面，这样接料板的右端与气缸固定板左端的圆弧形缺口滑动连接，接料板相对气缸固定板滑动的轨迹为圆弧形。气缸活塞杆伸出时，可以使得滑块置于第一、第二、第三或第四通孔的上方，进而实现对滑块位置的调节。气缸活塞杆完全缩回气缸内时，滑块位于第一通孔所在的圆周上，气缸活塞杆完全伸出时，滑块位于第四通孔所在的圆周上。

在接料板的底部固定有自右向左依次设置的第一量筒55、第二量筒56、第三量筒57和第四量筒58，其中第一量筒与第一通孔连通，第二量筒与第二通孔连通，第三量筒与第三通孔连通，第四量筒与第四通孔连通。滑块与第一通孔对正后，出料管内的固态肥穿过第一通孔后进入第一量筒内；滑块与第二通孔对正后，出料管内的固态肥穿过第二通孔后进入第二量筒内；滑块与第三通孔对正后，出料管内的固态肥穿过第三通孔后进入第三量筒内；滑块与第四通孔对正后，出料管内的固态肥穿过第四通孔后进入第四量筒内。第一量筒的体积是第二量筒体积的10倍，第二量筒的体积为第三量筒体积的10倍，第三量筒的体积是第四量筒体积的10倍。第一量筒内装满固态肥时，固态肥重量为100kg；第二量筒内装满固态肥时，固态肥重量为10kg；第三量筒内装满固态肥时，固态肥重量为1kg；第四量筒内装满固态肥时，固态肥重量为0.1kg。例如，当需要添加的固态肥重量为552.4kg时，通过第一量筒量取5次固态肥，通过第二量筒量取5次固态肥，通过第三量筒量取2次固态肥，通过第四量筒量取4次固态肥。

在接料板的下方设有支撑箱7，在支撑箱的内侧设有若干支撑板71，在第一至第四量筒的外壁之间设有托板59，通过托板将第一至第四量筒固定连接在一起。托板与支撑板的顶部接触，且托板与支撑板顶部之间滑动连接。支撑板设有三块，在第一、第二量筒之间，第二、第三量筒之间，第三、第四量筒之间均设有一块支撑板。在第一量筒的右侧还设有端板6，端板的顶部与接料板底部之间滑动连接，三块支撑板均位于端板的左侧。通过端板、支撑板实现对接料板的支撑。

为驱动接料板的旋转，在接料板左端固定有转轴72，在转轴上固定有从动齿轮73，在支撑箱内设有旋转电机75，在旋转电机输出端设有主动齿轮74，主动齿轮与从动齿轮啮合配合。旋转电机工作时，可以驱动转轴的旋转，进而驱动接料板在水平面的旋转，转轴与支撑箱转动连接。当第一、第二、第三或第四量筒内的固态肥装满后，旋转电机动作驱动接料器的旋转；此时滑块与接料板相对滑动，直至滑块内腔与第一、第二、第三或第四通孔错开。旋转电机、转轴、主动齿轮、从动齿轮构成了驱动机构，通过驱动机构驱动接料板的旋转。

在支撑箱的下方设有水肥储存罐8，如图10、图11所示，水肥储存罐为长方体形金属件，水肥储存罐的顶部设有顶板81，顶板的长度小于水肥储存罐的长度，顶板上设有自右向左依次设置的四个落料孔82，在旋转电机的作用下驱动接料板旋转，直至接料板旋转一定角度后，第一量筒与最右侧的落料孔连通，此时第一量筒内的固态肥穿过落料孔后进入水肥储存罐内。在水肥储存罐内设有倾斜设置的搅拌轴83，在搅拌轴上设有搅拌片84，搅拌轴的上端伸出水肥储存罐。通过搅拌轴的旋转，带动搅拌片的旋转，进而实现对水肥储存罐内固态肥和水的搅拌。水肥储存罐顶部与第一至第四量筒的底部接触。

下面结合附图对水肥配制系统的使用过程进行详细描述：

(1)在固态肥储存箱内加入固态肥，固态肥储存箱内的固态肥在自重下进入出料管内；

(2)根据计算的固态肥所需重量，量取所需的固态肥；具体为：以所需的固态肥重量为abc.d(a、b、c和d均为大于0小于等于9的整数)为例，首先使得滑块置于第一通孔的上方，使得固态肥进入第一量筒内，然后通过旋转电机驱动接料器旋转，使得第一连通与顶板最右侧的落料孔连通，此时一份固态肥进入水肥储存罐内；然后驱使接料板复位，通过第一量筒再次量取一份固态肥，通过第一量筒共量取a份固态肥；a份固态肥都加入混合箱内后，通过气缸动作使得滑块与第二通孔连通，以上述相同的方法通过第二量筒量取b份固态肥；以此类推，量取c份第三量筒的固态肥，量取d份第四量筒的固态肥；然后上述固态肥均加入水肥储存罐内；

(3)向水肥储存罐内加入水，然后通过搅拌轴对水肥储存罐的固态肥和水进行搅拌，以使得固态肥与水充分融合，这样便实现了对固态肥的量取和混合。

如图12至图20所示，回收消毒系统主要包括收集槽92、筛网921、保水层922、支撑网923、收集箱93、消毒箱95、回收罐97和添加机构，如图12至图14所示，在土壤1的下方设有自上而下依次设置的筛网921、保水层922、支撑网923和收集槽92，收集槽为开口朝上的“]”形结构，且为金属件。在水槽的上方设有支撑网923，支撑网为金属网，支撑网上的网眼小而密，在支撑网的上方设有保水层，保水层与支撑网的上表面接触。保水层可以为海绵，在保水层的上方设有筛网921，筛网的筛孔小而密，筛网的设置可以对土壤起到阻挡的作用，而不会影响水穿过筛网。保水层的设置，可以对水起到吸收的作用，进而避免水过快的渗透。支撑网对筛网、保水层的支撑，水肥添加到作物上后，水肥在土壤中渗透，大部分水、肥被作物吸收，少部分水肥向下渗透并穿过筛网后停留在保水层，此时作物根系可以从保水层获取少数水肥。小部分水肥出演过保水层、支撑网后渗透进入收集槽内，进而实现对未能吸收的水肥的收集。通过筛网、保水层、支撑网和收集槽实现对水肥的收集。收集槽、支撑网、保水层和筛网构成了收集机构。

在每一作物单元的下方均设有一层筛网、一层保水层、一层支撑网以及一个收集槽。

在收集槽的末端设有收集箱93，收集箱埋于地表之下。收集槽内的水肥可以进入收集箱内，在收集箱上部的内壁上固定有导轨931，在导轨上滑动安装有竖向设置的滑杆932，在滑杆的底部固定有气囊934，在滑杆的中部设有触块933，收集槽内的水肥进入收集箱内后，气囊在浮力的作用下上衣，此时滑杆沿导轨上移。导轨的底部设有行程开关，行程开关与位于收集箱上的控制器信号连接，控制器与第一水泵电磁阀信号连接。当触块与行程开关接触后，表明收集箱内水肥深度达到一定值，此时应及时将收集箱内的水肥转移出。为此，设有第一水泵94，第一水泵的出入端均设有第一水管941，其中入口端的第一水管伸入收集箱的底部。出口端的第一水管伸入消毒箱93内，如图16、图17所示，消毒箱95为多个s形组成的结构，消毒箱的两端敞口，消毒箱的其他侧壁均封口。如图18所示，在消毒箱的内腔的顶部设有紫外灯951，通过紫外灯实现对流经消毒箱的水肥的紫外线杀菌消毒。消毒箱的右端敞口与第一水管连通，消毒箱的左端敞口上设有连接器952，连接器的实质为一端大、另一端小的管件，消毒箱的右端敞口应高于消毒箱的左端敞口，这样便于水肥在自重下流动。通过紫外灯对消毒箱内的水肥进行消毒后，应将其转移进行储存。为此设有第二水泵96，第二水泵的入口端和出口端均设有第二水管961，其中第二水泵入口端的第二水管与消毒箱连接，第二水泵出口端的第二水管与回收罐连通。

如图19所示，回收罐为长方体形结构或圆柱体结构，在回收罐内腔的上部设有添加机构，如图20所示，添加机构包括固定在回收罐内腔上部的盒体98、设置在盒体内侧的隔板981、设置在盒体顶部且伸出回收罐的加药管985，通过加药管向隔板上方的盒体内腔中加入杀菌剂。第二水泵出口端的第二水管与隔板下方的盒体内腔连通，在隔板上设有加料孔982，加料孔的上部为圆锥面983，在加料孔内设有塞子99，塞子的下部设有接触面991，接触面可以与圆锥面接触，进而实现对加料孔的堵塞。在隔板下方的盒体侧壁设有加液管984，加液管与第二水管连接。在隔板下方的盒体侧壁设有与加液管对应的侧孔986。在塞子的顶部固定有倾斜设置的弹片992，在盒体内腔的顶部固定有振动电机994，在振动电机的输出端固定有凸轮993，在振动电机的作用下凸轮做旋转运动。且当凸轮的高点与弹片接触后，可以挤压弹片，进而使得弹片摆动，使得塞子从加料孔内移出。此时隔板上方的杀菌剂(粉末状或颗粒状)会穿过加料孔后落在隔板下方的盒体内，此时经消毒后的水肥进入盒体内与杀菌剂混合，进而对消毒处理后的杀菌剂进行二次杀菌。杀菌剂与水肥充分混合后落在回收罐内进行储存，以备下次使用。在塞子的底部设有延伸杆987，塞子在振动的过程中，延伸杆始终有一部分位于加料孔内，进而确保塞子在振动的过程中不会脱离加料孔后无法复位。收集槽、收集箱、消毒箱构成了水肥的回收管路。

通过回收消毒系统依次实现对水肥的收集、水肥的消毒、水肥的杀菌和水肥的储存，进而对作物未能吸收的水肥进行回收处理，既节约了资源，又保护了环境。

本发明，在水肥添加之前，通过在线检测系统检测土壤肥力，并结合作物生长需要，通过水肥配制系统配制适宜肥力的水肥，以便于作物能够得到所需的养分，同时又不会造成水肥的浪费。作物未能吸收的水肥则经回收消毒系统进行回收并消毒后储存，以备下次使用。回收罐与水肥储存罐连通，当需要施肥或浇水时，在高压水泵的作用下，水肥储存罐内的水肥进入水肥主管道，然后进入进入水肥支管道，然后经末端管道添加在作物根部。