一种变量水肥一体化装置及其控制方法与流程

本发明涉及水肥施加技术领域，具体为一种变量水肥一体化装置及其控制方法。

背景技术：

现有技术中，申请号为“201810531562.7”的一种变量施肥系统及其控制方法，包括灌溉管路、吸肥管路和操控装置，所述灌溉管路上沿水流方向依次设有流量调节阀和肥液浓度监测仪；所述吸肥管路上沿水流方向依次设有监测仪、增压泵、第一压力传感器、文丘里施肥器和第二压力传感器，所述文丘里施肥器通过吸肥旁路管与储肥罐连通；所述操控装置包括控制器。该变量施肥系统及其控制方法，通过操控装置传递灌溉施肥信息并收集各装置反馈的监测信息，实时调整各装置，以实现文丘里施肥器施肥浓度的精准、连续可调，进而根据作物实际的需水需肥规律，进行水肥一体化精准变量施肥，节水节肥、提高肥料利用率。

但是，其在使用过程中，仍然存在较为明显的缺陷：1、上述装置中缺少对水肥混合液进行搅拌的结构，容易存在肥料在配比液中溶解不彻底的问题，不仅会堵塞灌溉管路，还会降低作物对肥料的吸收率；2、肥料在长久保存时，容易发生结块现象，若不及时打散粉碎，会影响肥料的均匀添加，也导致后续的溶解过程延长了反应时间，上述装置不能有效地解决此问题；3、施肥的作物常常设置在室外，因此雨水是一个非常好的可利用资源，能够降低水肥添加中的水量消耗，但是上述装置并不能有效地利用雨水这一自然资源，存在浪费，增加了成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变量水肥一体化装置及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变量水肥一体化装置，包括横梁，所述横梁的下方固定设置有旋转电机，所述旋转电机的输出端固定设置有中心杆，所述中心杆上固定设置有搅拌轴且固定有搅拌轴的部分设置在混合箱中，所述中心杆上固定贯穿设置有主动轮，所述主动轮设置在传动带中，所述传动带中设置有五个第一被动齿轮和一个第二被动齿轮；

五个所述第一被动齿轮的中心处均固定贯穿设置有旋转杆，所述旋转杆上固定设置有旋切刀，多个所述旋转杆固定有旋切刀的部分分别设置在氮肥肥料管、磷肥肥料管、钾肥肥料管、酸性调节肥料管和碱性调节肥料管中，所述氮肥肥料管、磷肥肥料管、钾肥肥料管、酸性调节肥料管和碱性调节肥料管的底部均连通设置有肥料出口管，所述肥料出口管上设置有肥料流量计和肥料管电动阀门；

所述横梁的上方设置有集雨箱，所述集雨箱的底部连通设置有导水管，所述导水管连通于配比液箱，所述配比液箱中设置有滤网，所述第二被动齿轮的中心处固定贯穿设置有支撑杆，所述支撑杆上固定设置有多个刮片，所述刮片紧贴滤网设置，所述配比液箱的底部连通设置有配比液出口管，所述配比液出口管上设置有配比液流量计和配比液电动阀门；

所述混合箱的外壁上设置有触控显示屏和plc控制器，所述混合箱上连通设置有多组连通管，所述连通管上均设置有灌溉阀和水泵，所述连通管连通于灌溉管，所述灌溉管上连通设置有多个喷淋头，所述喷淋头的下方设置有土壤湿度传感器、土壤ph值传感器和土壤氮磷钾三合一传感器，所述土壤湿度传感器、土壤ph值传感器和土壤氮磷钾三合一传感器的检测头均插设在土壤中；

所述plc控制器分别和旋转电机、肥料流量计、肥料管电动阀门、配比液流量计、配比液电动阀门、触控显示屏、灌溉阀、水泵、土壤湿度传感器、土壤ph值传感器和土壤氮磷钾三合一传感器信号连接。

优选的，所述旋转杆靠近横梁的一端活动设置在轴承座一中，所述轴承座一固定设置在横梁的下方。

优选的，所述支撑杆靠近横梁的一端活动设置在轴承座二中，所述轴承座二固定设置在横梁的下方。

一种基于所述变量水肥一体化装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：选定一块土地，启动插设在该土壤中的土壤湿度传感器、土壤ph值传感器和土壤氮磷钾三合一传感器，分别进行测量，测量后将结果反馈至plc控制器；

步骤二：若测得的酸性ph值或氮磷钾的浓度低于预定值，或者碱性ph值高于预定值，plc控制器启动相应肥料管上的肥料管电动阀门打开，当对应位置的肥料流量计测量到已添加适宜量至混合箱中后，关闭该肥料管电动阀门；

步骤三：若测得的土壤湿度低于预定值，plc控制器控制配比液电动阀门打开，集雨箱中的雨水进入混合箱中，直至配比液流量计测量到已添加适宜量后，关闭配比液电动阀门；

步骤四：打开旋转电机，旋转电机带动中心杆旋转，其一，通过搅拌轴对混合箱中的水肥混合液进行搅拌，其二，通过旋转杆和旋切刀对氮肥肥料管、磷肥肥料管、钾肥肥料管、酸性调节肥料管和碱性调节肥料管中的肥料进行切割粉碎，防止结块，其三，通过支撑杆带动刮片旋转，将附着在滤网上的杂质刮除，避免滤网堵塞；

步骤五：在混合箱中的水肥混合液混合均匀后，开启对应的灌溉阀和水泵，将其中的水肥混合液通过喷淋头喷出，对该块土地进行施肥；

步骤六：选取另一块土地，重复上述步骤一至步骤五，直至完成所有土地的水肥施加操作。

优选的，在上述步骤三中，若集雨箱中的雨水在用完后，配比液流量计显示的数值仍未到达所需液体量，可以在集雨箱中引入外接水管作为补充。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的混合箱中设置有搅拌轴，可以将水肥混合液进行均匀混合，加速肥料的溶解，提高作物对肥料的吸收率，也避免了大颗粒肥料对灌溉管和喷淋头造成堵塞；

2、本发明中设置有氮肥肥料管、磷肥肥料管、钾肥肥料管、酸性调节肥料管和碱性调节肥料管，可以满足作物的基本营养需要和土壤调节需要，且这些肥料管中均设置有旋切刀，可以将内部储存的肥料进行切割粉碎，避免肥料结块，从而避免肥料出口管堵塞，也避免了大颗粒肥料在配比液中溶解时间久的问题；

3、本发明中设置有集雨箱，可以对雨水进行回收利用，降低灌溉成本，且集雨箱中设置有对雨水进行过滤的滤网，刮片旋转时能将附着在滤网上的杂质清除，避免滤网堵塞，维持装置的长期正常使用；

4、本发明中对混合箱中水肥混合液的搅拌、对肥料管中肥料的切割粉碎以及对滤网的杂质刮除，均是由同一个旋转电机作为动力源的，因此本发明结构精简，使用成本低，故障点更少。

本发明提供了变量水肥一体化装置，能够对混合箱中水肥混合液进行搅拌、对肥料管中的肥料进行切割粉碎以及对滤网上的杂质进行刮除，功能集中，本发明还提供了上述变量水肥一体化装置的控制方法，操作简单，非常值得推广。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖面示意图；

图2为本发明的肥料管和配比液箱的相关结构示意图。

图中：1横梁、2旋转电机、3中心杆、4搅拌轴、5混合箱、6主动轮、7传动带、8第一被动齿轮、9第二被动齿轮、10旋转杆、11轴承座一、12旋切刀、13氮肥肥料管、14磷肥肥料管、15钾肥肥料管、16酸性调节肥料管、17碱性调节肥料管、18肥料出口管、19肥料流量计、20肥料管电动阀门、21集雨箱、22导水管、23配比液箱、24滤网、25支撑杆、26刮片、27轴承座二、28配比液出口管、29配比液流量计、30配比液电动阀门、31触控显示屏、32plc控制器、33连通管、34灌溉阀、35水泵、36灌溉管、37喷淋头、38土壤湿度传感器、39土壤ph值传感器、40土壤氮磷钾三合一传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

一种变量水肥一体化装置，包括横梁1，横梁1的下方固定设置有旋转电机2，旋转电机2的输出端固定设置有中心杆3，中心杆3上固定设置有搅拌轴4且固定有搅拌轴4的部分设置在混合箱5中，搅拌轴4旋转时，能够对混合箱5中的水肥混合液进行均匀混合，加速肥料的溶解，提高作物对肥料的吸收率，也避免了大颗粒肥料对后续的管道，例如连通管33、灌溉管36和喷淋头37等造成堵塞，中心杆3上固定贯穿设置有主动轮6，主动轮6设置在传动带7中，传动带7中设置有五个第一被动齿轮8和一个第二被动齿轮9，当主动轮6旋转时，会通过传动带7带动五个第一被动齿轮8和一个第二被动齿轮9随之旋转。

五个第一被动齿轮8的中心处均固定贯穿设置有旋转杆10，旋转杆10上固定设置有旋切刀12，旋切刀12用于对储存的肥料进行切割粉碎，避免肥料结块，从而避免肥料出口管18堵塞，也避免了大颗粒肥料在配比液中溶解时间久的问题，多个旋转杆10固定有旋切刀12的部分分别设置在氮肥肥料管13、磷肥肥料管14、钾肥肥料管15、酸性调节肥料管16和碱性调节肥料管17中，这些肥料管的设置能够满足作物的基本营养需要和土壤调节需要，氮肥肥料管13、磷肥肥料管14、钾肥肥料管15、酸性调节肥料管16和碱性调节肥料管17的底部均连通设置有肥料出口管18，肥料出口管18上设置有肥料流量计19和肥料管电动阀门20。

横梁1的上方设置有集雨箱21，用于收集雨水，集雨箱21的底部连通设置有导水管22，导水管22连通于配比液箱23，配比液箱23中设置有滤网24，用于对雨水中的杂质进行过滤阻挡，第二被动齿轮9的中心处固定贯穿设置有支撑杆25，支撑杆25上固定设置有多个刮片26，刮片26紧贴滤网24设置，可以将附着在滤网24表面的杂质进行刮除清洁，避免堵塞，配比液箱23的底部连通设置有配比液出口管28，配比液出口管28上设置有配比液流量计29和配比液电动阀门30。

混合箱5的外壁上设置有触控显示屏31和plc控制器32，混合箱5上连通设置有多组连通管33，连通管33上均设置有灌溉阀34和水泵35，连通管33连通于灌溉管36，灌溉管36上连通设置有多个喷淋头37，喷淋头37的下方设置有土壤湿度传感器38、土壤ph值传感器39和土壤氮磷钾三合一传感器40，土壤湿度传感器38、土壤ph值传感器39和土壤氮磷钾三合一传感器40的检测头均插设在土壤中，其中，土壤湿度传感器38可采用山东精讯电子科技有限公司生产的jxbs-3001-tr-rs-2型号，土壤ph值传感器39可采用山东威盟士科技有限公司生产的vms-3000-tr-ph型号，土壤氮磷钾三合一传感器40可采用山东精讯电子科技有限公司生产的jxbs-3001-dlj型号。

plc控制器32分别和旋转电机2、肥料流量计19、肥料管电动阀门20、配比液流量计29、配比液电动阀门30、触控显示屏31、灌溉阀34、水泵35、土壤湿度传感器38、土壤ph值传感器39和土壤氮磷钾三合一传感器40信号连接，可通过plc控制器32控制上述电气设备的启闭和工作参数，这种控制既可以通过预先设定来自动实现，也可以通过在触控显示屏31上进行操作，进而手动控制实现。

作为一个优选，旋转杆10靠近横梁1的一端活动设置在轴承座一11中，轴承座一11固定设置在横梁1的下方，旋转杆10可在轴承座一11中转动，轴承座一11起到了活动支撑的作用。

作为一个优选，支撑杆25靠近横梁1的一端活动设置在轴承座二27中，轴承座二27固定设置在横梁1的下方，支撑杆25可在轴承座二27中转动，轴承座二27也起到了活动支撑的作用。

一种基于变量水肥一体化装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：选定一块土地，启动插设在该土壤中的土壤湿度传感器38、土壤ph值传感器39和土壤氮磷钾三合一传感器40，分别进行测量，测量后将结果反馈至plc控制器32；

步骤二：若测得的酸性ph值或氮磷钾的浓度低于预定值，或者碱性ph值高于预定值，plc控制器32启动相应肥料管上的肥料管电动阀门20打开，例如，当测量当土壤过酸时，则打开碱性调节肥料管17上的肥料管电动阀门20，当土壤中的氮素含量缺乏时，则打开氮肥肥料管13上的肥料管电动阀门20，等等，流出的肥料量均会经过相应的肥料流量计19的测量，当对应位置的肥料流量计19测量到已添加适宜量至混合箱5中后，关闭该肥料管电动阀门20；

步骤三：若测得的土壤湿度低于预定值，plc控制器32控制配比液电动阀门30打开，集雨箱21中的雨水经过导水管22进入配比液箱23，在经过滤网24的过滤提纯后，经过配比液出口管28进入混合箱5中，直至配比液流量计29测量到已添加适宜量后，关闭配比液电动阀门30；

步骤四：打开旋转电机2，旋转电机2带动中心杆3旋转，其一，中心杆3带动搅拌轴4旋转，搅拌轴4对混合箱5中的水肥混合液进行搅拌，促进肥料溶解，进而提高作物对肥料的吸收率，其二，中心杆3带动主动轮6旋转，主动轮6旋转又通过传动带7带动五个第一被动齿轮8和一个第二被动齿轮9随之旋转，五个第一被动齿轮8则分别带动旋转杆10和旋切刀12旋转，对氮肥肥料管13、磷肥肥料管14、钾肥肥料管15、酸性调节肥料管16和碱性调节肥料管17中的肥料进行切割粉碎，防止结块，从而避免肥料出口管18堵塞，也避免了大颗粒肥料在配比液中溶解时间久的问题，其三，通过支撑杆25带动刮片26旋转，将附着在滤网24上的杂质刮除，避免滤网24堵塞，维持装置的长期正常使用；

步骤五：在混合箱5中的水肥混合液混合均匀后，开启对应的灌溉阀34和水泵35，混合箱5中的水肥混合液通过连通管33进入灌溉管36，最后从喷淋头37喷出，对该块土地进行施肥；

步骤六：选取另一块土地，重复上述步骤一至步骤五，直至完成所有土地的水肥施加操作。

作为一个优选，在上述步骤三中，若集雨箱21中的雨水在用完后，配比液流量计29显示的数值仍未到达所需液体量，可以在集雨箱21中引入外接水管作为补充。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。