[发明专利]一种变量灌溉施肥装置及其控制方法

权利要求书

1.一种变量灌溉施肥装置，其特征在于：包括水流电磁阀（1）、流量变送器（2）、混合缓冲箱（3）、母液罐、母液电磁阀、清洗电磁阀（6）和控制器（7）；所述混合缓冲箱（3）设有入水口（34）、出水口（35）、第一母液入口（31）、第二母液入口（32）、第三母液入口（33）、清洗出口（36）；所述母液罐包括第一母液罐（41）、第二母液罐（42）和第三母液罐（43）；所述母液电磁阀包括第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）和第三母液电磁阀（53）；所述控制器（7）包括单片机MSP430F2132、电磁阀驱动电路和人机交互单元；

所述混合缓冲箱（3）的入水口（34）与流量变送器（2）的出口端相连，流量变送器（2）的入口端与所述水流电磁阀（1）的出口端相连，水流电磁阀（1）的入口端与水源主干管相连，混合缓冲箱（3）的出水口（35）与微灌管网的入口相连；第一母液入口（31）、第二母液入口（32）和第三母液入口（33）分别与第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）和第三母液电磁阀（53）的出口端相连，第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）和第三母液电磁阀（53）的入口端分别与第一母液罐（41）、第二母液罐（42）和第三母液罐（43）的出口相连，混合缓冲箱（3）的清洗出口（36）与清洗电磁阀（6）的入口端相连；

所述水流电磁阀（1）、第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）、第三母液电磁阀（53）和清洗电磁阀（6）的控制端分别与所述电磁阀驱动电路的输出端相连，电磁阀驱动电路的输入端与单片机MSP430F2132的I/O端口相连，所述流量变送器（2）的输出端与单片机MSP430F2132的外部中断端口相连。

2.根据权利要求1所述的变量灌溉施肥装置，其特征在于：所述混合缓冲箱（3）为水平放置的圆柱体状，由PVC材质一体化成型而制成，混合缓冲箱（3）的长度是其横截面直径的3倍，其上的入水口（34）、出水口（35）、母液入口和清洗出口（36）均为圆管接口，母液入口包括第一母液入口（31）、第二母液入口（32）、第三母液入口（33），入水口（34）和出水口（35）的管径均为混合缓冲箱（3）横截面直径的1/3，三个母液入口的管径相同且不超过入水口（34）管径的1/2，清洗出口（36）的管径不大于入水口（34）的管径且不小于母液入口的管径；入水口（34）和出水口（35）分别垂直安装于混合缓冲箱（3）圆柱体结构的两个底面上，并使入水口（34）和出水口（35）的圆心均位于底面中垂直于水平方向的直径上且距混合缓冲箱（3）顶端的1/3处；三个母液入口等间距设于混合缓冲箱（3）的正上方，并使第一母液入口（31）位于距混合缓冲箱（3）入口底面5cm处，第三母液入口（33）在混合缓冲箱（3）上的位置不超过混合缓冲箱（3）总长度的2/3；清洗出口（36）设于混合缓冲箱（3）正下方且靠近出水口（35）。

3.根据权利要求1所述的变量灌溉施肥装置，其特征在于：所述流量变送器（2）为工作电压为DC12V、输出信号为0~1kHz的电磁流量变送器。

4.根据权利要求1所述的变量灌溉施肥装置，其特征在于：所述水流电磁阀（1）、第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）、第三母液电磁阀（53）和清洗电磁阀（6）均为脉冲电磁阀，各个阀门的尺寸与其接口的管径相适应，第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）、第三母液电磁阀（53）的规格相同。

5.根据权利要求1所述的变量灌溉施肥装置，其特征在于：所述第一母液罐（41）、第二母液罐（42）和第三母液罐（43）的规格相同，由透明有机玻璃材质一体化成型而制成，包括上下两大部分，上部分呈圆柱体状，且在该圆柱体上底面中心处设有一个直径为上底面直径1/3的圆形敞口，下部分呈漏斗状；第一母液罐（41）、第二母液罐（42）和第三母液罐（43），分别垂直竖立安装于混合缓冲箱（3）的第一母液入口（31）、第二母液入口（32）和第三母液入口（33）上。

6.一种变量灌溉施肥装置控制方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下所示：

1）通过控制器（7）的人机交互单元设定施肥类型、施肥浓度、施肥量和控制方式灌溉施肥信息；

2）若控制方式为灌水时，则通过控制器（7）仅打开水流电磁阀（1），并启用流量变送器（2）每秒钟检测一次入口水流量，然后在灌水过程中将水流量累加以计算灌水量，当灌水量达到设定值时则通过控制器（7）关闭水流电磁阀（1）并禁用流量变送器（2），停止灌水；

3）若控制方式为灌溉施肥时，先通过控制器（7）打开水流电磁阀（1），并启用流量变送器（2）实时检测入口水流量，然后根据流量检测信息每5秒钟计算一次流入混合缓冲箱（3）的水量；

4）根据设定的施肥类型和施肥浓度，以每5秒钟流入混合缓冲箱（3）的水量为基础，计算出第一母液罐（41）、第二母液罐（42）和第三母液罐（43）中的肥料母液或营养液母液流出量，然后根据试验得出的母液在重力作用下的流量，分别控制第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）和第三母液电磁阀（53）的打开与否及其打开时间，使相应的母液流入混合缓冲箱（3）与水进行混合；

5）在灌溉施肥过程中，将每5秒钟的母液流出量进行累加以获得施肥量，并与设定的施肥量进行比较，当施肥量达到设定值时，则通过控制器（7）关闭第一母液电磁阀（51）、第二母液电磁阀（52）、第三母液电磁阀（53）和水流电磁阀（1），停止灌溉施肥；

6）通过控制器（7）打开清洗电磁阀（6），2分钟后关闭清洗电磁阀（6）并使水流电磁阀（1）打开30秒，然后再将清洗电磁阀（6）打开2分钟后关闭。