一种水肥一体化精准施肥控制系统

1.本实用新型属于农业自动化控制领域，涉及一种水肥一体化精准施肥控制系统。


背景技术：

2.新疆地区属于典型的温带大陆性干旱气候，由于南北疆绿洲均被荒漠、戈壁包围，当地的生态系统十分脆弱，干旱、盐碱、风沙已经成为制约绿洲农业发展的三大因素，农业生产主要依赖水肥的合理施用。目前，新疆农业用水肥仍处于高消耗、低产量的粗放阶段。相同的作物产量指标，新疆低于全国平均水平。这主要是传统粗放施肥、过量偏施导致肥料利用率偏低。这种高耗低效的施肥方式同时带来了资源浪费、生态退化和环境污染等一系列问题。
3.新疆作为全国最大的优质商品棉生产基地，种植面积约占全国的1/3，产量占全国50％以上。棉花生育期长，需水、需肥量大，为提高新疆棉花产业的竞争力，必须大力发展节水节肥技术。膜下滴灌作为新疆棉花种植方式得到了大面积的应用，且基本实现了自动化控制；但在肥料施用方面，由于外界水压不稳定、施肥设备可靠性低等问题，仍主要依靠人工经验方式进行配施。为此，开发一种适用于新疆棉田的精准水肥一体化控制系统十分必要。
4.本实用新型涉及一种水肥一体化精准施肥控制系统，其目的在于实现棉田的精准施肥，提高棉花产量，加快新疆及兵团棉花产业健康、快速、稳定发展。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的一个或多个问题，本实用新型的目的在于提供一种水肥一体化精准施肥控制系统，可以对液态肥的施肥量进行精准控制，大大提高施肥精度和效率。
6.本实用新型涉及一种水肥一体化精准施肥控制系统，包括储肥罐、电磁流量计、压力传感器、电动阀模块、螺杆泵模块和电气控制模块。
7.所述的储肥罐采用防腐的卧罐，用于储存一定量的液态肥。
8.所述的电磁流量计用来实时采集液体肥的已施用量。
9.所述的压力传感器可用来监测储肥罐压力。
10.所述的电动阀模块包括第一电动阀和第二电动阀，分别控制进肥管和进水管路的开合。
11.所述的螺杆泵模块包括泵体和电机，可将储肥罐中的液态肥抽出并排入到主水管道中。
12.所述的电气控制模块包括主控制单元、供电子系统、人机交互模块和变频调速子系统等。主控制单元用于数据的收集、处理、发送。供电子系统拥有一定的电路保护作用，并提供380v三相交流电压、220v交流电压与24v直流电压。人机交互设备提供智能模式、全自动模式与手动模式3种施肥方式以及可进行参数设置与反冲洗。变频调速子系统中的变频调速装置为变频器，用于调节电机频率。
13.本实用新型的工作原理：
14.(1)主控制单元与人机交互设备通过协议进行通讯，人机交互设备将数据与指令通过该协议传输给主控制单元，主控制单元将接受并处理后的数据存储到内部存储器里，人机交互设备通过访问地址的方式读取包括已施肥量、施肥总量；
15.(2)对变频器进行端子控制方式设定，并配置不同的施肥频率，通过变频器设置的不同频率进而调节螺杆泵转速；
16.(3)设置需施肥量后，启动设备，第一电动阀打开，2s后螺杆泵开始转动；当已施肥量达到需施肥量，第二电动阀打开，2s后第一电动阀关闭，系统开始冲洗管道1min后，螺杆泵停止，2s后第二电动阀关闭，系统关闭。
17.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照示意图，对本实用新型作进一步详细地说明。
附图说明
18.图1是本实用新型一种水肥一体化精准施肥控制系统的工作流程示意图
19.图2是本实用新型一种水肥一体化精准施肥控制系统的结构示意图
20.图3是本实用新型一种水肥一体化精准施肥控制系统的内部布置示意图
21.图4是本实用新型一种水肥一体化精准施肥控制系统的总体布置示意图
22.图中：1-螺杆泵，2-控制柜体，3-第二电动阀，4-电磁流量计，5-按钮开关， 6-触摸屏，7-旋钮调速开关，8-空气开关，9-漏电保护器，10-变频器，11-变压器，12-开关电源，13-中间继电器，14-plc控制板，15-第一电动阀，16-压力传感器，17-手动球阀，18-储肥罐。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
24.本实用新型提供的一种水肥一体化精准施肥控制系统，主要包括：储肥罐、电磁流量计、压力传感器、电动阀模块、螺杆泵模块和电气控制模块。所述的电动阀模块包括第一电动阀和第二电动阀，所述的螺杆泵模块包括泵体和电机，所述的电气控制模块包括主控制单元、供电子系统、人机交互模块和变频调速装置。其中储肥罐用来储存液态肥，螺杆泵模块将储肥罐中的液态肥抽出并排入主水管道，电磁流量计采集已施肥量，电气控制模块的供电子系统为系统提供所需电能，主控制单元接收、处理和发送指令，变频调速装置用来改变螺杆泵电机频率，人机交互模块用于设置参数和操作控制。
25.如图1所示，压力传感器和第一电动阀设置在主输肥管路上，分别用于监测储肥罐内压力和控制主输肥管路的开合；第二电动阀设置在冲洗管路上，和主水管道相连，主要控制冲洗管路的开合；电磁流量计设置在螺杆泵出口管路，用于监测和采集液体肥的已施用量。
26.如图2所示，电磁流量计、压力传感器、电动阀模块、螺杆泵模块和电气控制模块都处于同一个控制柜内。控制柜共分为三层，下层放置螺杆泵模块，中层放置电磁流量计、压力传感器和电动阀模块，电气控制模块全放置在上层。
27.如图3所示，储肥罐为一种喷涂防腐材料的金属卧罐，其内部一侧留有空间用于放置控制柜体。
28.如图4所示，系统的工作流程为：设置需施肥量后，启动设备，第一电动阀打开，2s后螺杆泵开始转动；当已施肥量达到需施肥量，第二电动阀打开，2s 后第一电动阀关闭，系统开始冲洗管道1min后，螺杆泵停止，2s后第二电动阀关闭，系统关闭。
29.本实用新型的优点在于可以对液态肥的施肥量进行精准控制，大大提高了施肥精度和效率。
30.以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种水肥一体化精准施肥控制系统，其特征在于：包括储肥罐、电磁流量计、压力传感器、电动阀模块、螺杆泵模块和电气控制模块，储肥罐采用防腐的卧罐，电动阀模块包括第一电动阀和第二电动阀，螺杆泵模块包括泵体和电机，电气控制模块包括主控制单元、供电子系统、人机交互模块、变频调速子系统。2.根据权利要求1所述的一种水肥一体化精准施肥控制系统，其特征在于：所述的储肥罐采用喷涂防腐材料的金属卧罐，用于储存液态肥。3.根据权利要求1所述的一种水肥一体化精准施肥控制系统，其特征在于：所述的螺杆泵模块包括泵体和电机，可将储肥罐中的液态肥抽出并排入到主水管道中。4.根据权利要求1所述的一种水肥一体化精准施肥控制系统，其特征在于：电磁流量计、压力传感器、电动阀模块、螺杆泵模块和电气控制模块都处于同一个控制柜内，并放置在储肥罐内。5.根据权利要求1所述的一种水肥一体化精准施肥控制系统，其特征在于：所述的电气控制模块，其主控制单元连接人机交互设备、旋钮开关以及变频器，用于收集与处理人机交互设备的设定值与指令，输入端子接收旋钮开关的档位，通过旋钮开关调节档位改变控制单元的输入与输出；供电子系统提供380v三相交流电、220v交流电和24v直流电；380v交流电为变频器供电，220v交流电通过开关电源转换成24v直流电，24v直流电为人机交互设备、主控制单元和按钮开关供电；变频调速子系统包含变频器，变频器的输出接口连接螺杆泵电机，变频器接收到主控制单元的输出，输出频率信号给螺杆泵模块，从而实现液态肥的吸入与排出。6.根据权利要求1所述的一种水肥一体化精准施肥控制系统，其特征在于：所述的人机交互模块包含3种施肥模式：智能施肥模式、全自动施肥模式与手动施肥模式，智能施肥模式可监控施肥总量、已施肥量、施肥进度和轮灌次数，全自动施肥模式包括启动、急停与清除数据功能并设有需施肥量设定输入框与已施肥量显示框，手动施肥模式包括启动、急停与反转功能，并设有需施肥量设定输入框，在全自动施肥模式下，当已施肥量达到需施肥量设定值时，系统自动冲洗螺杆泵和电磁流量计后停止运行。

技术总结
本实用新型公开了一种水肥一体化精准施肥控制系统。主要包括：储肥罐、电磁流量计、压力传感器、电动阀模块、螺杆泵模块和电气控制模块。所述的电动阀模块包括第一电动阀和第二电动阀，所述的螺杆泵模块包括泵体和电机，所述的电气控制模块包括主控制单元、供电子系统、人机交互模块和变频调速装置。其中储肥罐用来储存液态肥，螺杆泵模块将储肥罐中的液态肥抽出并排入主水管道，电磁流量计采集已施肥量，电气控制模块的供电子系统为系统提供所需电能，主控制单元接收、处理和发送指令，变频调速装置用来改变螺杆泵电机频率，人机交互模块用于设置参数和操作控制。本实用新型的优点在于可以对液态肥的施肥量进行精准控制，大大提高了施肥精度和效率。高了施肥精度和效率。高了施肥精度和效率。


技术研发人员：张立新 卜浩然 余思遥 马瑞浩 李贺 孟子皓 周润猛
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：2021.08.23
技术公布日：2022/2/7