一种水肥一体化系统的制作方法

1.本实用新型属于农业设备技术领域，具体涉及一种水肥一体化系统。


背景技术：

2.在农业生产中，经常需要对作物施加肥料以及水分灌溉，其中水肥的比例对于施肥效果具有重要的影响。在高标农田建设过程中，有选择建设水肥一体化系统，但是现有水肥一体化系统存在以下缺陷： 1)肥料需加水兑成肥料原液时，缺少对肥料原液进行搅拌的机构，肥料可能未充分溶解，存在肥料原液浓度不均匀的情况；直接采用肥料原液时，肥料原液静置一端时间后，可能出现肥料沉底的现象，也存在肥料原液浓度不均匀；2)灌溉试验时，每次灌溉、施肥均需要科研人员到现场操作，需要耗费大量科研人员人工和科技辅助人工；
3.3)灌溉用水、肥料用量难以控制，实际操作过程误差大；4)田间管理记录繁琐，增加了科研人员的工作量；5)试验开展难度大，试验效果较预期效果差距较大；6)难以单独实现多个处理的精准灌溉、施肥。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种水肥一体化系统。
5.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种水肥一体化系统，包括施肥设备、灌溉设备、测墒设备、视频监控设备、流量控制设备和远程监控设备；测墒设备、视频监控设备、流量控制设备的信号输出端分别与远程监控设备连接，远程监控设备接收信号并存储、显示；远程监控设备的控制信号输出端与施肥设备、灌溉设备的待控装置控制端连接，实现施肥设备、灌溉设备的控制。
6.本实用新型运用物联网、信息化技术，将施肥设备、灌溉设备、测墒设备、视频监控设备、流量控制设备、远程监控设备集成创新设计，实现了水肥一体化试验的远程操控与智能监控。
7.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种水肥一体化系统，包括与水源连接的进水主管、施肥设备和灌溉设备，施肥设备包括若干个用于装肥料原液的肥料原液桶、兑肥桶、以及能够对每个肥料原液桶中的物料进行搅拌的搅拌机构，兑肥桶对从肥料原液桶输出至其中的物料进行混合；进水主管上设有进水总阀，进水主管的出水端并联连接灌溉设备和肥料加水管；灌溉设备包括灌溉主管、以及与灌溉主管的出水端并联连接的至少一组田间管道，每组田间管道上均连接有灌注控制阀；肥料加水管与若干肥料原液桶的进液口分别连接，每个肥料原液桶的进液口均连接有肥料加水阀；兑肥桶的进液口与若干个肥料原液桶的出液口分别连接，每个肥料原液桶的出液口均连接有原液输出阀；兑肥桶的出液口通过肥料混合液输送管道与进水主管或灌溉主管连接，肥料混合液输送管道上连接有肥料输出总阀。
8.本实用新型为能够实现施肥和灌溉水的一体化设备，而且通过设置搅拌机构，在用颗粒肥料与水兑制肥料原液或肥料原液静置一段时间后，启动搅拌机构对肥料原液桶中的物料进行搅拌以使肥料原液浓度均匀，利于农作物生长。另外，灌溉主管的出水端并联连接有至少一组田间管道，可自由划分浇灌组，任意组合不同灌溉小区。
9.在本实用新型的一种优选实施方式中，搅拌机构包括设在肥料原液桶外的一个气动搅拌机，气动搅拌机的出气口连接有分别插入每个肥料原液桶中的输气管道，每根输气管道上均设有控制其通断的进气阀。
10.上述技术方案中，通过向肥料原液桶的肥料原液中注入压缩气体实现搅拌的功能，使得肥料原液桶为普通的容器桶即可；而且通过控制各进气阀的启闭，一个气动搅拌机便可对若干个肥料原液桶进行搅拌，结构简单，成本低。
11.在本实用新型的一种优选实施方式中，进水主管或灌溉主管上还设有位于其与肥料混合液输送管道连接的下游的过滤器。
12.上述技术方案中，在进行施肥和浇水时，肥料混合液和水由过滤器过来后再输送至田间管道，可降低与田间管道连接的灌水器的堵塞情况，延长使用寿命。
13.在本实用新型的一种优选实施方式中，兑肥桶的进液口还连接有将肥料原液桶排出的肥料原液加压输送至兑肥桶中的第一水泵，和/ 或兑肥桶的出液口还连接有将兑肥桶排出的肥料混合液加压输送至田间管道的第二水泵。
14.上述技术方案中，通过设置第一水泵和/或第二水泵，当无法利用水利高差输送肥料原液/肥料混合液时，可通过第一水泵/第二水泵加压后仅需输送，提高该水肥一体化系统的适用范围。
15.在本实用新型的一种优选实施方式中，每个肥料原液桶的底部还设有排污口，排污口处连接有排污阀。
16.上述技术方案中，当需要对肥料原液桶进行清洗时，可通过底部的排污口排出清洗污水，清洗方便。
17.在本实用新型的另一种优选实施方式中，肥料加水管的出水端并联连接有与若干肥料原液桶一一对应设置的若干肥料加水分管，若干肥料加水分管的出水端与若干肥料原液桶的进液口分别连接，肥料加水阀设在肥料加水分管上；若干肥料原液桶的出液口均通过原液输送管与兑肥桶的进液口分别连接，原液输出阀设在原液输送管上。
18.在本实用新型的另一种优选实施方式中，该水肥一体化系统还包括具有控制器的施肥主机和流量控制设备，流量控制设备包括若干流量计，流量计包括设在每根原液输送管上的第一流量计、设在肥料混合液输送管道上的第二流量计、以及设在进水主管上的第三流量计，第一流量计、第二流量计和第三流量计的信号输出端与控制器的输入端分别电连接，控制器的输出控制端与原液输出阀、肥料输出总阀和灌注控制阀的使能端分别电连接。
19.上述技术方案中，通过第一流量、第二流量和第三流量记录灌溉用水和肥料用量，可降低科研人员记录用量的工作量；而且通过设置控制器，控制器根据流量计的信号控制原液输出阀、肥料输出总阀和灌注控制阀启闭，无需人工操作，降低科研人员的工作量。
20.在本实用新型的另一种优选实施方式中，控制器的输出控制端还与第一水泵和/或第二水泵的使能端电连接。
21.上述技术方案中，当设置第一水泵和/或第二水泵时，还可通过控制器控制第一水泵/第二水泵的运行。
22.在本实用新型的另一种优选实施方式中，该水肥一体化系统还包括测墒设备，测墒设备为用于测量土壤干湿度和墒情状况的张力计，张力计的信号输出端远程监控设备连接。
23.上述技术方案中，通过设置测墒设备，可远程在线了解灌溉小区的土壤的干湿度情况、查看土壤的墒情状况、还可了解灌溉小区的土水势。
24.相比现有简易的水肥一体化系统，本实用新型的较优方案具体如下有益效果：
25.1)该系统可通过远程监控设备(比如手机端app)进行远程控制，对每种肥料的施肥量、灌水量、施肥时间、施肥小区等进行调控，也可以设置成自动无人操控模式，操作便捷。
26.2)该系统可编辑、存储灌溉小区的作物的全生育期施肥、灌溉方案，通过高精度流量计和高灵敏度电磁阀，可实现试验方案水肥精准供给，现场测试表明，肥料原液和灌溉用水的误差在3％以内。该系统实现了水肥一体化试验设备的小型化、水肥运筹的定制化、施肥灌溉的精准化。
27.3)现场测试表明，该系统可以节约科研人员人工多名，科技辅助人工多名，提高了施肥灌溉的精度，降低了人为操作误差。
28.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
29.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
30.图1是本技术实施例一的一种水肥一体化系统的原理图。
31.图2是本技术实施例二的一种水肥一体化系统的原理图。
32.说明书附图中的附图标记包括：肥料原液桶10、排污阀11、兑肥桶20、搅拌机构30、气动搅拌机31、输气管道32、进气阀33、进水主管40、进水总阀41、第三流量计42、过滤器43、灌溉主管 50、灌注支管51、灌注控制阀511、田间管道52、肥料加水管60、肥料加水总阀61、肥料加水分管62、肥料加水阀621、原液输送管 70、原液输出阀71、第一流量计72、原液输送总管73、第一水泵731、手动截止阀74、肥料混合液输送管道80、肥料输出总阀81、第二水泵82、第二流量计83、施肥主机90、测墒设备91。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示
或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.实施例一
37.本实施例提供了一种水肥一体化系统，如图1所示，在一种优选实施方式中，其包括施肥设备、灌溉设备、测墒设备、视频监控设备、流量控制设备和远程监控设备；测墒设备、视频监控设备、流量控制设备的信号输出端分别与远程监控设备连接，远程监控设备接收信号并显示；远程监控设备的控制信号输出端与施肥设备、灌溉设备的待控装置的控制端连接，实现施肥设备、灌溉设备的控制，具体待控装置包括施肥设备的水泵、阀门，以及灌溉设备的阀门。具体可通过远程监控设备直接控制待控装置，也可利用远程监控设备传输信号给施肥主机90的控制器，进而控制待控装置。
38.实施例二
39.本实施例提供了一种水肥一体化系统，如图2所示，在一种优选实施方式中，其包括与水源连接的进水主管40、施肥设备和灌溉设备。施肥设备包括若干个用于装肥料原液的肥料原液桶10、兑肥桶 20、以及能够对每个肥料原液桶10中的物料进行搅拌的搅拌机构30，兑肥桶20对从肥料原液桶10输出至其中的物料进行混合，兑肥桶 20可采用现有技术，在此不详述。本实施例以设置四个肥料原液桶 10为例进行说明，四个肥料原液桶10可分别用于盛装氮肥、磷肥、钾肥和微量元素，具体盛装何种肥料，应实际情况而定。每个肥料原液桶10的外部均配有液位刻度，可随时监测肥料原液桶10内肥料原液体积。
40.进水主管40上设有进水总阀41，进水主管40的出水端并联连接有灌溉设备和肥料加水管60。灌溉设备包括灌溉主管50、以及与灌溉主管50的出水端并联连接有的至少一组田间管道52，每组田间管道52上均连接有灌注控制阀511。图2中所示为设置两组田间管道52，一组田间管道52可对应一个灌溉小区，具体可在灌溉主管50 的出水端并联连接两根灌注支管51，每根灌注支管51与一组田间管道52连接，灌注控制阀511设在灌注支管51上，用于控制一组田间管道52的通断。
41.肥料加水管60与若干肥料原液桶10的进液口分别连接，每个肥料原液桶10的进液口均连接有肥料加水阀621，比如肥料加水管60 的出水端并联连接有与四个肥料原液桶10一一对应设置的四根肥料加水分管62，四根肥料加水分管62的出水端与四个肥料原液桶10 的进液口分别连接，肥料加水阀621设在肥料加水分管62上，优选地，肥料加水管60还设有控制其通断的肥料加水总阀61。
42.兑肥桶20的进液口与四个肥料原液桶10的出液口分别连接，每个肥料原液桶10的出液口均连接有原液输出阀71，四个肥料原液桶 10的出液口均通过原液输送管70与兑肥桶20的进液口分别连接，原液输出阀71设在原液输送管70上。兑肥桶20的出液口通过肥料混合液输送管道80与进水主管40或灌溉主管50连接，图2中所示为与进水主管40连接，肥料混合液输送管道80上连接有肥料输出总阀81。
43.采用这样的技术方案，需要对灌溉小区的进行施肥时(初始时所有的阀门关闭)，
先向肥料原液桶10中加入适当的肥料，根据实际需求使用一个、两个、三个或四个肥料原液桶10，然后打开进水总阀 41、肥料加水总阀61和需要使用的肥料原液桶10对应的肥料加水阀 621。水源的水(为来自水龙头、蓄水池或者江河湖泊等具有压力的水) 进入进水主管40，然后从进水主管40输送至肥料加水管60，然后经肥料加水分管62进入肥料原液桶10中，肥料原液桶10加水完毕后，关闭进水总阀41、肥料加水总阀61和肥料加水阀621。肥料和水在肥料原液桶10中混合，期间启动搅拌机构30，搅拌机构30搅拌肥料原液桶10中的物料，使肥料快速溶解。待肥料重复溶解为肥料原液后，打开原液输出阀71，肥料原液经原液输送管70输送至兑肥桶 20中，用量合适后关闭原液输出阀71，几种肥料原液在兑肥桶20中均匀混合为肥料混合液。然后打开肥料输出总阀81和需要施肥的灌溉小区对应的灌注控制阀511，肥料混合液经肥料混合液输送管道80 输出，然后依次经灌溉主管50、灌注支管51输送至田间管道52。根据实际情况，进入田间管道52的肥料混合液可直接从田间管道52排出以施肥；或者田间管道52连接灌水器，通过灌水器施肥，灌水器可选用内镶式滴灌带，比如滴头流量2.7l/h，滴头间距30cm。
44.当仅需对灌溉小区浇灌水时，打开进水总阀41和需要灌溉水的灌溉小区对应的灌注控制阀511(保证肥料加水总阀61和肥料输出总阀81处于关闭状态)，水依次经进水主管40、灌溉主管50和灌注支管51输送至田间管道52，然后对灌溉小区进行浇水。
45.在本实施方式中，当肥料原液桶10的高度高于兑肥桶20时，肥料原液靠自重输送至兑肥桶20中；当不能靠水利高差输送肥料原液时，可在兑肥桶20的进液口设置将肥料原液桶10排出的肥料原液加压输送至兑肥桶20中的第一水泵731，比如兑肥桶20的进水口连接有一根原液输送总管73，四根原液输送管70的出水端均与原液输送总管73连接，第一水泵731设在原液输送总管73上。
46.在本实施方式中，当兑肥桶20的高度高于灌溉主管50、灌注支管51和田间管道52时，兑肥桶20中肥料混合液靠自重输送至田间管道52进行灌装；当不能靠水利高差输送肥料混合液时，可在兑肥桶20的出液口设置将兑肥桶20排出的肥料混合液加压输送至田间管道52的第二水泵82，第二水泵82设在肥料混合液输送管道80上。
47.在本实用新型的一种优选实施方式中，搅拌机构30包括设在肥料原液桶10外的一个气动搅拌机31，气动搅拌机31可以为空压机，气动搅拌机31的出气口连接有分别插入每个肥料原液桶10中的输气管道32，每根输气管道32上均设有控制其通断的进气阀33。用颗粒肥料与水兑制肥料原液，或者肥料原液静置一段时间需要使用时，启动气动搅拌机31，启动搅拌机产生的压缩气体(比如压缩空气)经输气管道32进入肥料原液桶10的液体中，对将肥料原液进行搅拌，使肥料原液的浓度均匀。
48.在另一优选的实施方式中，当肥料混合液输送管道80与进水主管40连接时，进水主管40上还设有过滤器43，过滤器43位于肥料混合液输送管道80与进水主管40连接处的下游；当肥料混合液输送管道80与灌溉主管50连接时，过滤器43设在灌溉主管50上，位于肥料混合液输送管道80与灌溉主管50连接的下游。过滤器43为手动反冲洗网式过滤器43，过滤精度为120目。
49.在另一优选的实施方式中，每个肥料原液桶10的底部还设有排污口，排污口处连接有排污阀11，排污阀11为手动球阀。
50.在另一优选的实施方式中，该水肥一体化系统还包括流量控制设备和具有控制器
的施肥主机90，根据实际情况施肥主机90上还可配置操作显示屏。流量控制设备包括若干流量计，流量计包括设在每根原液输送管70上的第一流量计72、设在肥料混合液输送管道80上的第二流量计83、以及设在进水主管40上的第三流量计42，比如第三流量计42设在肥料混合液输送管道80与进水主管40连接处的下游，共计六个流量计，均为电子流量计，记录精度0.1l。第一流量计72、第二流量计83和第三流量计42的信号输出端与控制器的输入端分别电连接，控制器的输出控制端与原液输出阀71、肥料输出总阀81和灌注控制阀511的使能端分别电连接。
51.在本实施方式中，原液输出阀71、肥料输出总阀81和灌注控制阀511均为电磁阀，共计七个电磁阀，其他阀门为手动球阀。优选地，原液输送管70上还设有手动截止阀74，该手动截止阀74也为手动球阀，由此人们可根据实际情况，手动停止向兑肥桶20中加入肥料原液。
52.本实施方式通过设置第一流量计72以记录每种肥料原液的用量，达到精准混料的目的，当加入兑肥桶20中的肥料原液达到设定值时，控制器控制对应的原液输出阀71关闭。通过设置第二流量计83以记录肥料混合料的用料，达到精准施肥的目的，当给灌溉小区施加的肥料混合液达到设定值时，控制器控制对应的肥料输出总阀81关闭。通过设置第三流量计42以记录进水总管的水流量，具体可分如下几种情况，1)当仅给灌溉小区浇水时，通过第三流量计42记录浇水量，达到精准灌溉水的目的；2)当给肥料原液桶10中加水时，可以一次只给一个肥料原液桶10的加水，具体可以打开进水总阀41、肥料加水总阀61和该个肥料原液桶10对应的肥料加水阀621，第三流量计 42记录该肥料原液桶10的加水量，达到精准加水的目的。
53.人们可现场对施肥主机90的操作显示屏进行操作以设定参数和获取各种参数信息；也可将控制器与远程终端相连，用户根据需要通过终端来远程操控该水肥一体化系统的运行，比如用户可通过手机端 app进行远程控制，对肥料原液流量、施肥时长、施肥总量、灌水流量、灌水时长、灌水总量、灌溉小区等进行调控，也可以设置成自动无人操控模式，操作便捷。
54.需要说明的是，当设置第一水泵731和/或第二水泵82时，控制器的输出控制端还与第一水泵731和/或第二水泵82的使能端电连接，由此实现第一水泵731、第二水泵82的自动启动。比如需要将肥料原液加入兑肥桶20时，控制器控制第一水泵731和原液输出阀71打开，第一流量计72测得加入肥料原液达到设定值时，控制器控制第一水泵731和原液输出阀71关闭。
55.在另一优选的实施方式中，该水肥一体化系统还包括与控制器相连的视频监控设备，视频监控设备为网络摄像头，根据需要一个灌溉配置一台及以上的网络摄像头。便于观查灌溉小区的作物生长状况，而且用户可通过终端在线查看作物生长情况；还可根据作物生长模型，根椐需要任意调节不同通道的吸肥量。
56.在另一优选的实施方式中，该水肥一体化系统还包括测墒设备 91，测墒设备91为用于测量土壤干湿度和墒情状况的张力计，张力计的信号输出端与远程监控设备连接。张力计优选采用太阳能远传数字张力计，可远程在线了解灌溉小区的土壤的干湿度情况、查看土壤的墒情状况、还可了解灌溉小区的土水势。
57.本实用新型的灌溉控制模式分以下三种：人工手动现场控制(人工控制水泵、各阀
门和气动搅拌机31的启闭)、施肥主机90根椐设定时间定时控制(比如2天浇灌一次，时间的设定为现有技术，在此不详述)、施肥主机90根椐程序(张力计和流量计的信息)自动控制三种。例如存储器中存储有对应着不同张力计数据的不同控制程序，按照实际张力计检测数据选择最优的控制程序控制系统的运行，在此最优可以是指运行时间最少或者张力计检测数据最相近。
58.在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
59.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。