一种水肥气热一体化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于实施农业技术领域，涉及一种水肥气热一体化系统。该系统包括可编程控制器(30)、电热膜(29)、土壤温度传感器(32)和介于水源(33)与灌溉管网(31)之间的灌溉管路；所述电热膜(29)和土壤温度传感器(32)埋设于土壤内；所述灌溉管路包括入口过滤器(1)、出口过滤器(28)、第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路；第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路并联于入口过滤器(1)和出口过滤器(28)之间。该系统具自动化运行、高度集成、节约劳动成本、提高肥料利用率、防止土壤污染、提高产品产量和品质等优点，属于现代农业高新技术领域。
【专利说明】
一种水肥气热一体化系统
技术领域
[0001]本实用新型属于设施农业技术领域，涉及一种水肥气热一体化系统，特别适用于温室土壤种植作物的节水滴灌、施肥、土壤根部增氧及作物根系加热。
【背景技术】
[0002]日光温室作物种植大部分采用水肥一体化的形式进行灌溉施肥，将灌溉、施肥等单独操作，增加了人工成本及投入成本。日光温室在冬季采取的加温措施大多为室内空气加热，由于所需加热空间较大，且对保温条件要求较高，造成热量损失较多，极大地浪费资源。而水肥气热一体化的加热方式不仅可直接有效地增加地温，减少能源浪费，并且可改善作物生长发育的根域环境，显著提高作物产量，并缩短作物生育期。国内外研究表明，根际土壤增氧及根系加热是早熟促成栽培的一项关键性技术措施。现在土壤加热存在很多技术措施，但都是采取人工方式进行，劳动强度大、不便于自动化操作。将灌溉、施肥、灌溉水曝气增氧、土壤加热集成为一体，通过可编程控制器采集数据自动控制灌溉、施肥、曝气增氧及加热多种技术融于一体的系统还是空白。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种水肥气热一体化系统，实现在灌溉、曝气增氧、施肥的同时加热土壤，提高作物根系温度。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案:
[0005]—种水肥气热一体化系统，其特征在于:该系统包括可编程控制器30、电热膜29、土壤温度传感器32和介于水源33与灌溉管网31之间的灌溉管路；
[0006]所述电热膜29和土壤温度传感器32埋设于土壤内；
[0007]所述灌溉管路包括入口过滤器1、出口过滤器28、第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路；
[0008]入口过滤器I和出口过滤器28分别设置在灌溉管路的进水端和出水端；
[0009]第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路并联于入口过滤器I和出口过滤器28之间；其中，
[0010]所述第一灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第一水栗12、压力表13、排气阀
14、压力传感器15和第一电磁阀18;
[0011]所述第二灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第二电磁阀2、灌溉桶4、第二水栗17和单向阀16;第二灌溉管路的出水端并接在第一灌溉管路的压力表13处；
[0012]所述第三灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第三电磁阀20、施肥桶24以及相互并联的第一施肥管路和第二施肥管路;第一施肥管路和第二施肥管路的入口端分别与施肥桶24连接，第一施肥管路的出口端并接在第一灌溉管路的压力传感器15与第一电磁阀18之间;第二施肥管路的出口端并接于第一灌溉管路的出水端；
[0013]第一施肥管路从入口端至出口端依次设置有第一比例施肥器21和第四电磁阀19;第二施肥管路从入口端至出口端依次设置有第二比例施肥器22和第五电磁阀27;第一比例施肥器21和第四电磁阀19之间设置有与第二比例施肥器22和第五电磁阀27之间相互连通的管路；
[0014]所述灌溉桶4的入水口和出水口分别设置在上部和下部;在灌溉桶4内的上部、中部和下部分别设置有灌溉桶高液位浮球9、灌溉桶中液位浮球10和灌溉桶低液位浮球11;在灌溉桶4内的中部还设置有温度传感器5;在灌溉桶4内的底部设置有电热丝8和曝气头6;灌溉桶4下部桶壁上设置有底阀7;曝气头6和底阀7分别与设置在灌溉桶4外部的微纳米曝气机3连接；
[0015]所述施肥桶24内设置有搅拌栗23、施肥桶高液位浮球25和施肥桶低液位浮球26;其中，施肥桶高液位浮球25和施肥桶低液位浮球26分别位于施肥桶24的上部和下部；
[0016]所述可编程控制器30与第二电磁阀2、微纳米曝气机3、温度传感器5、电热丝8、灌溉桶高液位浮球9、灌溉桶中液位浮球10、灌溉桶低液位浮球11、第一水栗12、压力传感器15、第二水栗17、第一电磁阀18、第四电磁阀19、第三电磁阀20、搅拌栗23、施肥桶高液位浮球25、施肥桶低液位浮球26、第五电磁阀27、电热膜29和土壤温度传感器32连接。
[0017]所述温度传感器5与电热丝8之间的距离为40±5cm。
[0018]所述入口过滤器I和出口过滤器28的目数大于60目。
[0019]所述电热膜29并联叠加排列，埋设于土层下50±5cm处。
[0020]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0021]1、本实用新型对灌溉、曝气、施肥及土壤加热进行程序预编程，通过可编程控制器采集所需的数据实现灌溉、曝气、施肥及加热自动化操作。
[0022]2、本实用新型利用可编程控制器实现灌溉、曝气、施肥的同时，对土壤温度进行自动检测，根据土壤温度变化对其进行加热，可显著提高土壤温度，省工省时。
[0023]3、本实用新型对地埋电热膜采用并联叠加排列铺设，可迅速提高地温，并且使热量辐射更均匀。
[0024]4、使用本实用新型的加热方法，可使春番茄总产量提高45%，提早采收一个月以上。
[0025]5、本实用新型对管道水进行微纳米曝气，在水中将产生大量微纳米级别的微纳米气泡，利用气泡的移动和遇热爆破，可以清理管道中的污垢和灌溉水中的沉淀，有效减少管道或滴灌设备堵塞问题。
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型水肥气热一体化系统的结构示意图；
[0027]图2为本实用新型可编程控制器30的连接控制示意图。
[0028]其中的附图标记为:
[0029]I入口过滤器2第二电磁阀
[0030]3微纳米曝气机4灌溉桶[0031 ]5温度传感器 6曝气头
[0032]7底阀8电热丝
[0033]9灌溉桶高液位浮球10灌溉桶中液位浮球
[0034]11灌溉桶低液位浮球12第一水栗
[0035]13压力表14排气阀
[0036]15压力传感器16单向阀
[0037]17第二水栗18第一电磁阀
[0038]19第四电磁阀20第三电磁阀
[0039]21第一比例施肥器22第二比例施肥器
[0040]23搅拌栗24施肥桶
[0041 ]25施肥桶高液位浮球26施肥桶低液位浮球
[0042]27第五电磁阀28出口过滤器
[0043]29电热膜30可编程控制器
[0044]31灌溉管网32 土壤温度传感器
[0045]33 水源
【具体实施方式】
[0046]下面结合实施例对本实用新型进行进一步说明。
[0047]如图1所示，本实用新型水肥气热一体化系统包括可编程控制器30、电热膜29、土壤温度传感器32和介于水源33与灌溉管网31之间的灌溉管路。
[0048]所述电热膜29和土壤温度传感器32设置于土壤内。
[0049]所述灌溉管路包括入口过滤器1、出口过滤器28、第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路。
[0050]入口过滤器I和出口过滤器28分别设置在灌溉管路的进水端和出水端。
[0051 ] 第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路并联于入口过滤器I和出口过滤器28之间。其中，
[0052]所述第一灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第一水栗12、压力表13、排气阀
14、压力传感器15和第一电磁阀18。
[0053]所述第二灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第二电磁阀2、灌溉桶4、第二水栗17和单向阀16;第二灌溉管路的出水端连接在第一灌溉管路的压力表13所处的管路上。
[0054]所述第三灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第三电磁阀20、施肥桶24以及相互并联的第一施肥管路和第二施肥管路;第一施肥管路和第二施肥管路的入口端分别与施肥桶24连接，第一施肥管路的出口端并接在第一灌溉管路的压力传感器15与第一电磁阀18之间;第二施肥管路的出口端连接于第一灌溉管路的出水端。
[0055]第一施肥管路从入口端至出口端依次设置有第一比例施肥器21和第四电磁阀19;第二施肥管路从入口端至出口端依次设置有第二比例施肥器22和第五电磁阀27。第一比例施肥器21和第四电磁阀19之间设置有与第二比例施肥器22和第五电磁阀27之间相互连通的管路。
[0056]所述灌溉桶4的入水口和出水口分别设置在上部和下部。在灌溉桶4内的上部、中部和下部分别设置有灌溉桶高液位浮球9、灌溉桶中液位浮球10和灌溉桶低液位浮球11;在灌溉桶4内的中部还设置有温度传感器5;在灌溉桶4内的底部设置有电热丝8和曝气头6;灌溉桶4下部桶壁上设置有底阀7;曝气头6和底阀7分别与设置在灌溉桶4外部的微纳米曝气机3连接。优选地，温度传感器5与电热丝8之间的距离为40±5cm。
[0057]所述施肥桶24内设置有搅拌栗23、施肥桶高液位浮球25和施肥桶低液位浮球26;其中，施肥桶高液位浮球25和施肥桶低液位浮球26分别位于施肥桶24的上部和下部。
[0058]如图2所示，所述可编程控制器30与第二电磁阀2、微纳米曝气机3、温度传感器5、电热丝8、灌溉桶高液位浮球9、灌溉桶中液位浮球10、灌溉桶低液位浮球11、第一水栗12、压力传感器15、第二水栗17、第一电磁阀18、第四电磁阀19、第三电磁阀20、搅拌栗23、施肥桶高液位浮球25、施肥桶低液位浮球26、第五电磁阀27、电热膜29和土壤温度传感器32连接。
[0059]所述入口过滤器I和出口过滤器28目数大于60目。
[0060]所述电热膜29并联叠加排列，埋设于土层下50±5cm处。
[0061 ]该系统可实现灌溉、灌溉水加热、曝气增氧、施肥和土壤加热同时进行，或者其中几个同时进行。
[0062]本实用新型的工作过程如下:
[0063](I)土壤加热:可编程控制器30根据土壤温度传感器32反馈的土壤作物根系附近的温度决定是否开启加热膜29。可编程控制器30监测到土壤温度低于18°C时，电热膜29开启，开始加热；当可编程控制器30监测到土壤温度高于22°C时，电热膜29关闭，停止加热。
[0064](2)灌溉水加热:可编程控制器30根据灌溉桶4高液位浮球9和灌溉桶4低液位浮球11反馈的信号控制第二电磁阀2的关闭和开启；灌溉桶4液位低于灌溉桶4低液位浮球11时，第二电磁阀2开启，向灌溉桶4中注水，液位到达灌溉桶4高液位浮球9时，第二电磁阀2关闭，停止注水。可编程控制器30根据灌溉桶4中温度传感器5和灌溉桶4中液位浮球10的反馈的信号控制加热丝8开启或关闭，当温度传感器5的检测温度低于20°C并且灌溉桶4内液位高于灌溉桶4中液位浮球10时，加热丝8开启，开始对灌溉桶4中的水进行加热；当温度传感器5的检测温度大于30°C并且灌溉桶4内液位低于灌溉桶4中液位浮球10时，加热丝8关闭，停止加热。
[0065](3)曝气增氧:当灌溉桶4中的液位到达灌溉桶4中液位浮球10时，微纳米曝气机3开启，曝气时间在可编程控制器30中设置，到达设置的曝气时间后，微纳米曝气机3停止;当灌溉桶4中的液位低于灌溉桶4中液位浮球10时，微纳米曝气机3不运行。曝气时间为30分钟。
[0066](4)灌溉:灌溉桶4中的液位低于灌溉桶4低液位浮球11时，第二水栗17始终不启动;灌溉桶4中的液位到达灌溉桶4中液位浮球10时，第二水栗17启动;第四电磁阀19和第五电磁阀27关闭，第一电磁阀18开启，灌溉桶4中的水经由压力表13、排气阀14、压力传感器
15、第一电磁阀18及出口过滤器28进入到灌溉管网31中，开始灌溉;若压力传感器15监测到管道的压力大于设定值，停止灌溉。
[0067](5)施肥:施肥桶24中液位低于施肥桶24低液位浮球26时，第三电磁阀20启动，向施肥桶24中注水；同时向施肥桶24中加注肥料;液位到达施肥桶24高液位浮球25时，第三电磁阀20关闭，停止注水。
[0068]如果施肥桶24中的液位低于施肥桶24低液位浮球26则施肥不会运行，第四电磁阀19和第五电磁阀27保持关闭状态，若施肥桶24中的液位高于施肥桶24高液位浮球25，此时关闭第一电磁阀18，开启第四电磁阀19和第五电磁阀27，同时开启搅拌栗23，水肥进入灌溉管网31中，开始施肥；当施肥桶24中液位低于施肥桶24低液位浮球26时，第四电磁阀19和第五电磁阀27关闭，停止施肥。
[0069]上述实施例仅适用于说明本实用新型，由于受灌溉制度、作物栽培模式以及天气状况、生长环境等影响，实际应用可能与上述实例存在差别，但不影响本实用新型的实际应用效果。
[0070]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，其中系统中的各部件的组成、组合方式、操作顺序以及系统运行模式等可根据不同实施方式作出相应的改变，但与本实用新型技术原理相同或相似的变更或改进，都应在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种水肥气热一体化系统，其特征在于:该系统包括可编程控制器(30)、电热膜(29)、土壤温度传感器(32)和介于水源(33)与灌溉管网(31)之间的灌溉管路； 所述电热膜(29)和土壤温度传感器(32)埋设于土壤内； 所述灌溉管路包括入口过滤器(I)、出口过滤器(28)、第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路； 入口过滤器(I)和出口过滤器(28)分别设置在灌溉管路的进水端和出水端； 第一灌溉管路、第二灌溉管路和第三灌溉管路并联于入口过滤器(I)和出口过滤器(28)之间；其中， 所述第一灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第一水栗(12)、压力表(13)、排气阀(14)、压力传感器(15)和第一电磁阀(18)； 所述第二灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第二电磁阀(2)、灌溉桶(4)、第二水栗(17)和单向阀(16);第二灌溉管路的出水端并接在第一灌溉管路的压力表(13)处； 所述第三灌溉管路从进水端至出水端依次设置有第三电磁阀(20)、施肥桶(24)以及相互并联的第一施肥管路和第二施肥管路;第一施肥管路和第二施肥管路的入口端分别与施肥桶(24)连接，第一施肥管路的出口端并接在第一灌溉管路的压力传感器(15)与第一电磁阀(18)之间;第二施肥管路的出口端并接于第一灌溉管路的出水端； 第一施肥管路从入口端至出口端依次设置有第一比例施肥器(21)和第四电磁阀(19);第二施肥管路从入口端至出口端依次设置有第二比例施肥器(22)和第五电磁阀(27);第一比例施肥器(21)和第四电磁阀(19)之间设置有与第二比例施肥器(22)和第五电磁阀(27)之间相互连通的管路； 所述灌溉桶(4)的入水口和出水口分别设置在上部和下部;在灌溉桶(4)内的上部、中部和下部分别设置有灌溉桶高液位浮球(9)、灌溉桶中液位浮球(10)和灌溉桶低液位浮球(11);在灌溉桶(4)内的中部还设置有温度传感器(5);在灌溉桶(4)内的底部设置有电热丝(8)和曝气头(6);灌溉桶(4)下部桶壁上设置有底阀(7);曝气头(6)和底阀(7)分别与设置在灌溉桶(4)外部的微纳米曝气机(3)连接； 所述施肥桶(24)内设置有搅拌栗(23)、施肥桶高液位浮球(25)和施肥桶低液位浮球(26);其中，施肥桶高液位浮球(25)和施肥桶低液位浮球(26)分别位于施肥桶(24)的上部和下部； 所述可编程控制器(30)与第二电磁阀(2)、微纳米曝气机(3)、温度传感器(5)、电热丝(8)、灌溉桶高液位浮球(9)、灌溉桶中液位浮球(10)、灌溉桶低液位浮球(11)、第一水栗(12)、压力传感器(15)、第二水栗(17)、第一电磁阀(18)、第四电磁阀(19)、第三电磁阀(20)、搅拌栗(23)、施肥桶高液位浮球(25)、施肥桶低液位浮球(26)、第五电磁阀(27)、电热膜(29)和土壤温度传感器(32)连接。2.根据权利要求1所述的水肥气热一体化系统，其特征在于:所述温度传感器(5)与电热丝(8)之间的距离为40±5cmo3.根据权利要求1所述的水肥气热一体化系统，其特征在于:所述入口过滤器(I)和出口过滤器(28)的目数大于60目。4.根据权利要求1所述的水肥气热一体化系统，其特征在于:所述电热膜(29)并联叠加排列，埋设于土层下50 土 5cm处。
【文档编号】A01C23/04GK205658102SQ201620533257
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】张天柱, 许庆广, 王文杰
【申请人】北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司, 北京中农富通园艺有限公司