一种用于水肥一体化灌溉的浓度配比装置的制作方法

本发明属于智能农业技术领域，特别涉及一种用于水肥一体化灌溉的浓度配比装置。

背景技术：

近年来，我国设施农业建设已获得了令人瞩目的成绩，取得了良好的经济和社会效益。但目前仍然采用传统管理模式，生产过程依赖人工经验以及农民的长时间大工作量的田间劳作。特别是温室内的水肥使用量明显超出需求量的多倍，导致温室效益降低，即使部分现代化玻璃温室装有水肥一体化设备但由于其多为国外进口设备，操作复杂，运行成本高等原因，导致实际使用率不高。设施农业的水肥管理虽已进行了一定的自动化改造，但仍以人工控制加施为主，水肥过量问题非常严重，造成水资源浪费，环境资源恶化。因此，水肥一体化灌溉管理技术是现代智能农业亟待推广的科学技术。

现有的水肥一体化灌溉系统一般分为两大类，一类是高复杂度、高集成度以及高成本的灌溉管理系统；另一类则是精度较低、自动化程度不高并且对使用过程中水压要求较高的水肥混合系统。第一类系统由其本身成本高以及使用过程中操作的复杂度等局限性决定了其不能大范围的推广使用，而第二类系统的精度较低、自动化程度不高，在农业实际生产活动中并不能带来显著的效益提高。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于水肥一体化灌溉的浓度配比装置，通过主路管径上两个流量计的合同工作以及辅路管径上吸肥泵的配合，来完成水肥浓度的配比，该装置极大地降低了工作时对外部水流环境情况的依赖，并提高了水肥浓度配比的准确性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于水肥一体化灌溉的浓度配比装置，包括主路管径和辅路管径，其中，所述主路管径上沿流向依次安装有电动阀一1、流量计一2、流量计二3和电动阀二4，所述辅路管径一端连接位于肥液罐7中的吸肥泵6，另一端连接主路管径且连接位置位于流量计一2和流量计二3之间，所述辅路管径上设置有水流开关5。

所述电动阀一1和电动阀二4均通过继电器与DC12V电源相连，电动阀一1用于开关装置的进水口，电动阀二4用于开关装置的出水口。

本实用新型还可包括控制器，所述控制器与流量计一2和流量计二3连接接收流量数据，与电动阀一1、吸肥泵6和电动阀二4连接控制启闭。

与现有技术相比，本实用新型通过两个流量计同时监测水流量和水肥混合流量配合吸肥泵协同工作能够更精确稳定地实现水肥浓度配比。本发明忽略了水流的压力改变、流量不稳等条件带来的影响，对工作环境的要求大大降低，并且操作简单，投入成本较低，节省了劳动力，提高了作业效率。

进一步地，当设置控制器，还可通过将进水的流量与吸肥的流量根据预设浓度比例进行适配，能够有效、合理、准确的配比出所需水肥浓度，且误差在5％以下，可为开发一种低成本、自动化、高精度的水肥配比控制系统提供理论依据。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例1

如图1所示，一种用于水肥一体化灌溉的浓度配比装置，包括主路管径以及安装其上的电动阀一1、电动阀二4、流量计一2和流量计二3，还包括辅路管径以及安装其上的水流开关5和吸肥泵6。电动阀一1与电动阀二4通过继电器与DC12V电源相连，电动阀一1用于开关装置的进水口，电动阀二4用于开关出口；流量计一2、流量计二3与水流开关5都与DC5V电源相连，流量计一2用于监测入口的水流量，流量计二3用于监测出口的水肥混合液流量，水流开关5用于防止水流入辅路管径；吸肥泵6连接DC24V电源，用于吸取肥液送入主路管径。

电动阀选用德力西2W160-15常闭型四分口径电磁阀，其耐压范围在0-1Mpa；流量计选用LWGY-DN4脉冲输出的涡轮流量计，其耐压范围在0-1.6Mpa；水流开关选用德莱斯顿SLKG水流开关，其特点是能够低水压启动，耐压范围在0-0.6Mpa；吸肥泵选用中科机电DC50C-2480A潜水式可调速水泵，其流量范围在0-2100L/H。

其工作原理为：

当主路管径接入外部水流之后，电动阀一1和电动阀二4处于开启状态，流量计一2对外部供水的流量进行监测，得到实时的水流量，已知水肥配比的浓度即为水和肥液混合在一起的比例，在检测到水流的同时，手动开启辅路管径的吸肥泵6，根据水流量大小，调整好吸肥泵6的范围，适配某一吸肥量同步进行工作，此吸肥量由事先确定的水肥配比的固定比例与流量计一2所监测到的水流量所决定。

肥液流经水流开关5进入主路管径与水流进行混合，此时在管径内就完成了水肥浓度的配比，水肥混合液流出装置即可进行灌溉使用。流量计二3对水肥混合液的流量进行监测，得到实时水肥流量，结合流量计一2所测得的实时水流量即可得到实际水肥配比浓度，可将此浓度作为反馈信号，作为微调吸肥泵6的依据，从而整个装置形成闭环系统，以此循环工作，实现稳定、准确、高效的水肥浓度配比。

实施例2

如图2所示，一种用于水肥一体化灌溉的浓度配比装置，包括主路管径以及安装其上的电动阀一1、电动阀二4、流量计一2和流量计二3，还包括辅路管径以及安装其上的水流开关5和吸肥泵6。电动阀一1与电动阀二4连接DC12V电源并通过控制电路与控制器相连，流量计一2、流量计二3与水流开关5连接DC5V电源并直接与控制器I/O口相连，吸肥泵6连接DC24V电源并通过控制电路与控制器相连。

控制器选用STC15W系列单片机通过串口与工控屏通信实现人机交互，流量计选用耐压在1.75Mpa以下的脉冲计数涡轮流量计，电动阀选用DC12V电压控制的球形电动阀，吸肥泵选用PWM调控，流量范围为0～2400L/H的调速水泵，自动水流开关选用功率90W水压可调的HT-60。

其工作原理为：

当主路管径接入外部水流之后，控制器打开电动阀一1和电动阀二4，流量计一2对外部供水的流量进行监测，检测到水流的同时辅路管径的吸肥泵6以某一吸肥量同步进行工作，此吸肥量由预设水肥配比浓度与流量计一2所监测到的水流量的值所决定。肥液流经自动水流开关5进入主路管径与水流进行混合，自动水流开关5为单向导通开关，用于阻止主路管径的水流流入辅路管径，此时水流与肥液同时流经流量计二3，流量计二3对水肥混合液流量进行监测。通过流量计二3与流量计一2所检测到的流量可得出实际配比浓度，将此浓度作为反馈信号发送到吸肥泵6进行实时调控，形成闭环操作系统，以此循环工作实现稳定、准确的水肥浓度配比。

其中，当进行水肥浓度配比时，将进水口接入自来水管，通过控制器打开电动阀一1和电动阀二4，结合流量计一2来监测水的流量。得到水的流量之后，按照预设定的水肥配比浓度，按比例来调控肥的流量。例如，预设定浓度为10％，检测到此时水流量为20L/min，那么可根据公式

肥流量/(20L/min+肥流量)＝10％；(1)

求出肥流量为2.22L/min。其中肥流量的调控可由控制器调控变频泵6来实现，根据水流量的变化情况可以实时对肥流量进行调控，使配比浓度稳定在预设定浓度的一定误差范围之内，从而达到水肥浓度配比的目的。通过流量计一2和流量计二3做差比较可以得出实际出口处的水肥浓度，用以与预设定的浓度进行对比验证：

在关闭进水口阀门的情况下，以递增的方式对变频泵进行PWM调控，直至达到其最大速率为止，在PWM控制过程中同时采集流量计输出信号，从而得出PWM频率与吸肥流量之间的关系。在正常供水的情况下，通过采集流量计输出信号来监测计算水的流量，根据水的流量，按比例控制吸肥泵的吸肥流量，此时吸肥流量比上水的流量与吸肥流量的和的比例即为理想状态下的水肥配比浓度的计算值。而将出口流量减去进口流量可得到吸肥量，将吸肥量与出口总流量相比可得实际的水肥配比浓度。以此方式不断的循环来实现吸肥流量与水的流量相适配，从而达到精准配比控制的目的。验证结果如下表所示。

实验结果表明：该方法能够根据预设浓度准确的配比出目标水肥浓度，具有较高的精度，在较大范围内外部水流量的变化都能较好的自动适配肥流量来保证水肥配比的准确性，只有当外部水流量变得很小，达到5.0L/min或者更小的时候误差会逐渐增大。