[发明专利]一种水肥一体化灌溉系统及灌溉方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种水肥一体化灌溉系统及灌溉方法。

背景技术

我国是一个农业大国，但并不是一个农业强国，目前我国正处于农业快速发展的时期，粮食产量连年增加。但是这种增产是建立在“大水、大肥、大药”的基础投入上的，这种种植方式造成了极大的资源浪费和严重的环境污染问题。我国目前农业灌溉用水量每年约3500亿立方米，按照灌溉水利用率为40%计算，每年农业灌溉流失水量为2100亿立方米，由此可见每年农业灌溉用水的消耗是多么的庞大。而农业生产中化肥的使用更是惊人。从上个世纪70年代末以来，短短几十年，我国化肥施用量增加了上百倍，用量达到了平均434千克/公顷，这个数字是国际公认的化肥施用安全上线225千克/公顷的两倍左右。这些化肥的平均利用率仅为40%，多余的部分都随水流进入了生态圈，造成严重水体富营养化，危及江河湖泊生态系统。过量的使用化肥和漫灌，一方面造成资源的浪费和环境的污染，另一方面容易造成土地的板结和盐碱化，严重影响农业的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水肥一体化灌溉系统及灌溉方法，无需提前配置肥料便可以实现精确的大田灌溉及施肥作业，不仅大大节省了资源，而且有效地避免了环境的污染。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水肥一体化灌溉系统，包括沿水流方向依次设置于水流管道上的变频水泵、总电磁阀及比例积分调节阀，所述比例积分调节阀的第一分水口经比例施肥泵连接施肥管道，比例积分调节阀的第二分水口连接流量传感器，所述流量传感器的输出端连接有PH/EC传感器，所述PH/EC传感器分别连接各个灌溉区域的分电磁阀，所述分电磁阀设置于各个灌溉区域的灌溉管道上，各个灌溉区域还分别设置有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器、PH/EC传感器及流量传感器分别与控制器的输入端相连，控制器的输出端分别与变频水泵、总电磁阀、比例积分调节阀及比例施肥泵相连。

优选地，所述流量传感器采用涡轮流量传感器。

优选地，所述变频水泵与电磁阀之间设置有碟片式过滤器。

优选地，所述变频水泵的压力控制信号线与控制器的水泵控制接口相连，总电磁阀和分电磁阀的信号线与控制器的总电磁阀接口相连，比例积分调节器的信号线与控制器的4-20ma输出接口相连，土壤湿度传感器、流量传感器和PH/EC传感器分别与控制器的传感器接口相连。

优选地，所述控制器内存储有作物生长需水模型及作物生长水肥模型，所述作物生长需水模型如下：

其中，当前土湿为土壤湿度传感器采集到的湿度数据，流量为流量传感器采集到的水流量，目标土湿、土壤渗透系数及转换系数均根据经验设定；

所述作物生长水肥模型如下：

其中，已施肥量为根据流量传感器采集到的流量计算出的当前已施肥量，通过取土样检验土壤中氮、磷、钾等元素的含量，确定土壤基础肥力。

优选地，还包括远程服务器，所述控制器通过无线网关与远程服务器进行通信。

利用上述水肥一体化灌溉系统进行灌溉的方法，分别包括控制方法A和/或控制方法B，所述控制方法A为利用水进行灌溉的控制方法，所述控制方法B为将水和肥料混合之后进行施肥的控制方法；

所述控制方法A依次包括以下步骤：

（1）在控制器上选择灌溉模式，此时控制器控制比例积分调节阀及施肥泵关闭；

（2）打开变频水泵；

（3）打开所需灌溉区域的分电磁阀，开始灌溉；

（4）水流流经流量传感器，流量传感器采集当前管道内的水流量，并计算出当前灌溉区域内已灌溉的水量；同时土壤湿度传感器实时采集当前灌溉区域的土壤湿度，并将数据发送至控制器；

（5）控制器将当前灌溉区域内已灌溉的水量、当前灌溉区域的土壤湿度及当前灌溉时间输入作物生长需水模型，结合系统当前运行时间，计算出当前灌溉区域的最优灌溉方案，并按照此方案进行自动灌溉作业；

（6）当前灌溉区域灌溉完成之后，控制器控制当前灌溉区域的分电磁阀关闭，然后返回步骤（3）；

（7）控制器判断所有区域是否全部完成灌溉，若是，则关闭所有分电磁阀、总电磁阀及变频水泵，一次灌溉过程完成，若否，则返回步骤（3），继续进行下一区域的灌溉；

所述控制方法B依次包括以下步骤：

（1）在控制器上选择水肥一体化模式，此时控制器自动将比例积分调节阀调整至两路对开状态，同时打开变频水泵和施肥泵；

（2）打开所需施肥区域的分电磁阀；