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智慧农业

潜润科技水肥一体化智能灌溉系统解决方案

发布时间:2022-03-09 15:07:50人气:

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潜润科技水肥一体化智能灌溉技术是将灌溉与施肥融为一体进行精准灌溉施肥的农业新技术。该技术借助压力灌溉系统,将可溶性固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液与灌溉水一起,均匀、准确地输送到作物根部土壤,并可按照作物生长需求,进行全生育期水分和养分定量、定时,按比例供应。


1、灌溉施肥装置


自动精准灌溉施肥机组成及主要性能自动精准灌溉施肥机由电机水泵、施肥装置、混合装置、过滤装置、EC/PH检测监控反馈装置、压差恒定装置、自动控制系统组成。依据输入条件或土壤湿度、蒸发量、降雨量和光照强度等传感器,全自动智能调节和控制灌溉施肥。在施肥过程中,可对灌溉施肥程序进行选择设定,并根据设定好的程序对灌区作物进行自动定时定量的灌溉和施肥;


根据土壤湿度、降雨、光照等因素,实现水肥的自动调节;通过EC/PH监测系统对灌区情况实时监测,并进行精确和比例均衡的施肥,实现真正的精确施肥。


1.1施肥装置


注肥器组成,包含电控阀、单向阀、调节器、吸液软管和管道管件。


1.2过滤装置


肥料溶解性不好,因而肥液含有一些固体颗粒的杂质,需过滤出来。系统采用两级过滤装置,为碟片式或网式结构。肥液罐中未溶解的颗粒会沉积。


在罐体底部,在肥液入口处选用粗过滤器,进行第一次过滤;在灌溉主水管道中,固体颗粒会影响整个灌溉系统的工作,在肥液进入主水管道前,再进行一次过滤。


1.3混肥装置


肥液在灌溉主管道中与水混合不均匀会降低检测系统的准确性,需设置混肥装置。混肥装置利用液体流动中遇到管道截面的突变时产生漩涡,且漩涡对液体有一定的混合作用的原理设计,安装在检测装置前,使肥液通过漩涡能够得到充分的混合,使EC值和PH值将会更加准确、稳定。


实现水肥一体化精准灌溉施肥技术需要相应的供水、供肥、自动精准灌溉施肥、灌溉管网等设施,其关键核心装置是自动精准灌溉施肥设备。该设备可在现场编程或外接气象站的控制器控制,并通过实时监测EC(电导率)/PH(酸碱度)值,由注肥器准确地把肥料养分注入灌溉主管网中,执行精确的灌溉施肥。

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2.自动精准灌溉施肥机控制系统


2.1控制系统组成


控制系统由灌溉水与肥液供给控制系统组成。其中,肥液供给控制系统由抽吸肥液用的施肥器、控制电磁阀、传感器(主要测定PH值、EC值等)和混合罐、肥料罐组成。


2.2控制系统原理


肥液罐里的高浓度肥液经过滤器后由施肥器注入到混合罐,肥料泵从混合罐抽出肥液输送进入灌溉主管道中,同时设置支管连接注肥器,作为注肥器的进水管。设置EC测量仪检测主水管道


中的肥液浓度,将检测得到的浓度值反馈到单片机与设定值进行比较,根据信号差值通过控制电磁阀开关脉冲宽度调节施肥量,使主管道中的肥液浓度值与设定值保持一致,酸碱度的调节与肥液浓度调节类似。


2.3控制系统运行


当设定条件或土壤水分探测仪探测到需灌水时,打开肥料泵使其工作,借用稳压阀使主管道中的灌溉水恒压流动,灌溉水经过管道1流向灌水器进行灌水作业;当需要施肥时,打开吸肥管和通往混合罐管路的电磁阀,启动肥料泵,一部分灌溉水经过管道1和2流向管道3和4,给混合灌补水,同时灌溉水流经里管产生负压,把液肥从肥料桶吸出流向混合罐,已经混合充分的肥液在肥料泵的加压作用下进入管道1流向灌水器进行施肥水作业。流入混合罐的水流是沿切向流入的,故液肥与混合罐中的水能够很好地混合。混合罐安装了液位控制阀,会在混合罐中的水位达到设定值时自动关闭混合罐与补水管道之间的通道,当混合罐中的液位下降时自动打开。


为了能实时高精度地检测混合罐中肥液的EC值和PH值,在肥料泵的出水口处引出一路水流2,同时在此检测PH值和EC值。单片机控制程序得到PH值和EC值传感器的检测值后,根据先前设定的肥料配比,计算发出吸肥管路电磁阀开关脉冲宽度指令,通过控制电磁阀的开关时间,使混合液中的肥料配比保持在限定的范围之内。


2.4灌水总量、施肥量和肥液配比以及肥液混合控制


2.4.1灌水总量的控制


系统对灌水总量采用独立控制,由于主管道内灌溉水恒压流动,灌水总量与灌溉时间成正比,单片机通过控制阀门开关时长控制灌水总量。


2.4.2施肥量和肥液配比的控制


施肥控制必须完成两种控制,即肥液配比控制和施肥量控制。采用时序控制的方式,即可较准确地控制施肥量和肥液配比。同样,由于主管道内灌溉水恒压流动,施肥量与灌溉时间成正比,通过控制时间来控制施肥量,即也用控制阀门开关时长控制施肥量。


2.4.3肥液混合系统控制原理


由于控制系统的电磁阀仅有开关两种工作状态,又因为混合罐中的肥液混合具有在线性,因此肥液混合系统也具有实时、延迟和不确定等特性,系统的滞后和惯性极大,采用传递函数的原理很难确定,所以肥液混合系统采用模糊控制法。


系统采用负反馈闭环控制原理来实现模糊控制。首先,将输入量、控制规则、决策以及判决等模块均模糊化,输入量模糊化后即对应于一定等级的隶属度,然后,制定输入变量、输出控制变量及其论域对应不同等级模糊集中的各个语言变量的隶属度。根据实际经验总结得出,模糊控制规则是用语言变量形式表示的模糊条件语句,而起控制作用的模糊集则是以模糊规则为基础的模糊决策。最后,用模糊判决方法得到输出控制变量论域中的等级数,再经过输出精确化,输出控制指令。

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水肥一体化灌溉技术优势:


一是吸收快,肥效好、养分利用率高。传统施肥就好比吃钙片补钙,而肥水一体化则是喝液体钙,高下立判;


二是在一定程度上避免了肥料的挥发损失;


三是减少了肥料在地里的残留,缓解了水体污染;


四是节约了人力物力,尤其是肥料和灌溉水的使用量,降低了生产成本。大面积的喷灌、滴灌技术运用能缩减人力成本,而且据华南农业大学张承林教授研究,灌溉施肥体系比常规施肥节省肥料50%~70%;


五是对减少病虫害有一定帮助。水肥一体化技术有助于调节田间湿度,减轻病虫害的发生。对土传病害(茄科植物疫病、枯萎病等等,会随流水传播)也有很好地控制作用。


办法看似简单,预期收效却很诱人,管理得好的能增产30%-80%,但水肥一体化是项综合性的技术,涉及到农田灌溉、作物栽培等多方面,想要运用好还真不容易。


现在各种新技术层出不穷,种庄稼还是要以作物为本,只有熟悉了作物的生长周期和喜好,明白土壤、天气等环境因素与作物的关系,才能更好的运用这些技术,栽培出更好的庄稼。