一種日光溫室精準灌溉施肥系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種日光溫室精準灌溉施肥系統，包括人機界面、主控制器、施肥灌溉單元。所述人機界面硬件部分采用昆侖通態7寸觸摸屏，軟件編程采用昆侖通態嵌入式組態軟件編寫，界面包括登陸頁面、主監控頁面、灌溉量及時間設置頁面、補灌頁面、灌溉記錄統計頁面；主控制器采用西門子PLCCPU224XP，選擇兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN；施肥灌溉裝置由儲肥罐、潛水泵、過濾器、電磁閥組成；流量監測裝置采用DIGMESA FHKU小型流量計，輸出計量脈沖接入PLC的高速計數端。本實用新型可有效解決傳統定期畦灌沖肥和常規滴管定期追肥的弊端，實現每天定量施肥，滿足作物生長實時需要。
【專利說明】
一種日光溫室精準灌溉施肥系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及農業灌溉技術領域，具體涉及一種日光溫室精準灌溉施肥系統，特別適用于基于用戶自行設定的每天定量滴灌。
【背景技術】
[0002]水肥一體化灌溉施肥技術是現代農業發展的必然，在設施農業生產中具有重要的作用。日光溫室是設施農業基本的技術實現形式之一，是我國北方地區獨有的一種溫室類型，具有保溫好、投資低、節約能源等特點，非常適合我國北方農村地區使用。由于它是一個相對封閉的空間，無法直接利用降雨，作物生長所需水分完全依靠引水灌概進行供應。灌溉施肥設備是日光溫室農業的重要組成部分，良好的灌溉施肥技術是設施農業生產的基本保證。由于溫室作物與農田作物相比，其生產環境有較大差別，一些適合露地栽培的節水技術并不適宜在日光溫室等設施生產中使用。
[0003 ]經對現有技術文獻檢索，中國發明專利“灌溉控制方法與灌溉裝置(CN201310547788.3)”公開了一種基于超限控制模式的灌溉控制方法與灌溉裝置，中國發明專利“一種基于動態含水量估計的智能灌溉調控系統及方法(CN201510270035.1 )，’公開了一種智能灌溉控制方法，中國實用新型專利“一種物聯網大棚自動灌溉裝置(CN201520217890.1)”公開了一種基于物聯網的軌道式溫室大棚灌溉裝置。這些已有的公開技術，沒有考慮到日光溫室應用中成本控制這個敏感因素，大部分靠各種檢測傳感裝置來決定灌溉時刻和灌溉量，這些裝置的應用既增加了系統成本也一定程度上提高了系統的故障率，因此無法完全在日光溫室的灌溉施肥中推廣應用。

【發明內容】

[0004]針對當前日光溫室灌溉施肥仍以傳統畦灌和常規滴灌定期追肥的現狀，本實用新型提供一種日光溫室精準灌溉施肥系統，目的在于更好地節水、節肥，提高生產效率，降低生產成本;同時，改善土壤性狀，減小環境污染，提高果蔬品質。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用如下方案實現:
[0006]—種日光溫室精準灌溉施肥系統，包括人機界面裝置、主控制器、至少一施肥灌溉單元；
[0007]所述的主控制器連接上述人機界面裝置以及施肥灌溉單元，主控制器根據人機界面裝置以及內嵌系統控制施肥灌溉單元；
[0008]每個施肥灌溉單元包括儲肥罐;儲肥罐經栗連接有管路，管路上連接有計量裝置以及電磁閥；
[0009]栗、計量裝置以及電磁閥連接上述主控制器，主控制器根據計量裝置信息以及內嵌系統控制電磁閥。
[0010]優選的，所述主控制器由西門子PLC CPU224XP、兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN及24V開關電源組成;兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN，16個接點分別控制16個電磁閥，通過接點的接通或斷開來控制電磁閥的打開與關閉。
[ΟΟ?? ] 優選的，所述儲肥罐采用聚乙稀塑料桶，直徑60cm至80cm，高度10cm至120cm，桶底部開孔并安裝有過濾器。
[0012]優選的，栗采用家用循環潛水栗，潛水栗放于上述的儲肥罐中，潛水栗通過軟管與設于過濾器上的彎頭相連。
[0013]優選的，所述過濾器采用聚丙烯材料Y型疊片式滴灌專用過濾器，安裝于儲肥罐底部外側，一端通過彎頭與連接潛水栗的軟管相連，另一端與計量裝置相連。
[0014]優選的，所述每個施肥灌溉單元設有三個電磁閥，沿肥料流通方向，三個電磁閥位于計量裝置后方:三個電磁閥共用一個計量裝置;三個電磁閥并列設置且對應有三個并列支路，每個電磁閥控制一畦內的軟管灌溉。
[0015]優選的，計量裝置采用小型流量計，輸出計量脈沖接入主控制器的高速計數端;每組的三個電磁閥共用一個流量計，每三個流量計分為一組，由PLC的一個輸出端控制通電與斷電。
[0016]優選的，人機界面裝置采用昆侖通態7寸觸摸屏，顯示登陸頁面、主監控頁面、灌溉量及時間設置頁面、補灌頁面、灌溉記錄統計頁面。
[0017]本實用新型的工作原理以及有益效果表現在:
[0018]本日光溫室精準灌溉施肥裝置包括人機界面裝置、主控制器、多個施肥灌溉單元；主控制器連接人機界面裝置以及施肥灌溉單元，主控制器控制施肥灌溉單元進行工作。
[0019]所述人機界面硬件部分采用觸摸屏形式，軟件編程采用嵌入式組態軟件編寫，根據需要可以設置多個界面，比如:登陸頁面、主監控頁面、灌溉量及時間設置頁面、補灌頁面、灌溉記錄統計頁面;分別實現不同的功能。
[0020]所述主控制器由西門子PLC、兩個繼電器輸出型擴展模塊及開關電源組成。選擇所述PLC的六個高速脈沖輸入端作為流量計輸出脈沖的計數端，將每個端口得到的脈沖數與每個脈沖代表的流量值相乘，就可以得到當前端口所連的灌溉組對應畦的已灌溉量。將得到灌溉量與用戶基于經驗設定的灌溉量相比較，若得到灌溉量大于等于設定量，表明該畦灌溉結束。若該組灌溉沒有結束，PLC切換控制電磁閥，啟動該組下一畦的灌溉。
[0021]所述施肥灌溉裝置由儲肥罐、栗、過濾器、電磁閥組成。
[0022]所述儲肥罐用來存儲肥料，放置于日光溫室北部，底部用磚塊或水泥砌臺高出地面部分;栗用于形成流動動力，過濾器用于將肥料中的顆粒過濾，防止肥料將滴灌管堵塞；電磁閥用于實現管路的通斷與否，實現精準灌溉的目的。
[0023]過濾器安裝在儲肥罐的底部外側。所述過濾器可采用聚丙烯材料Y型疊片式滴灌專用過濾器，一端通過彎頭與連接栗的軟管相連，另一端與計量裝置相連。安裝后過濾器離地高度5cm至10cm，方便日后清洗。
[0024]所述流量監測裝置采用流量計的形式，輸出計量脈沖接入主控制器的高速計數端。每組的三個電磁閥共用一個流量計，六個流量計再分為兩組，當要進行灌溉時，相應組的流量計供電開始工作，在灌溉系統不工作時流量計斷電，既降低了電量消耗，又增加了流量計的使用壽命。
[0025]根據需要，系統支持基于時間設置的自動灌溉和手動灌溉，在作物種植完畢后，用戶進入觸摸屏設置頁面對相應生長階段的灌溉量及每天的灌溉時刻進行設置。在自動灌溉模式下，當每天的灌溉時刻一到，控制器先給流量計上電，然后給潛水栗上電，最后開啟每組的第一個電磁閥，灌溉開始。在手動模式下，用戶可隨時開始、停止灌溉。
[0026]本實用新型具有的有益效果如下:
[0027]1、本方案利用了農戶、專家或相關科研成果的經驗，將水肥管理與自動灌溉結合在一起，提高了工作效率。實驗證明，每天定量滴灌處理的土壤容重減小，孔隙度增大，真菌數顯著減少。
[0028]2、由于灌溉時刻不再是依賴各傳感器對環境因子的檢測而決定，從而省掉了價格相對較高的土壤濕度等傳感器，降低了系統成本，更便于日光溫室用戶接受及系統的應用推廣。
[0029]3、本方案提出的分組輪回灌溉方式大大減少了成本較高的流量計使用數量，最大可能降低了系統成本，所選流量計體積小，精度高，特別適合精準定量滴灌。
【附圖說明】
[0030]圖1是整個施肥灌溉系統示意圖；
[0031 ]圖2是觸摸屏步驟操作示意圖；
[0032]圖3是儲肥罐內潛水栗應用示意圖；
[0033]圖4是CPU224XPCN的連接圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0035]如圖1所示，一種日光溫室精準灌溉施肥裝置，包括人機界面裝置1、主控制器2、至少一個施肥裝置單元3;連接以及控制關系如下:主控制器2連接上述的人機界面裝置1、施肥灌溉單元3;施肥灌溉單元3并列設置;主控制器根據人機界面裝置的反饋以及自身嵌入的程序控制施肥灌溉單元施肥。
[0036]本實施例中:
[0037]人機界面裝置采用昆侖通態7寸觸摸屏，軟件界面如圖2所示，包括登陸頁面、主監控頁面、灌溉量及時間設置頁面、補灌頁面、灌溉記錄統計頁面。
[0038]所述的登陸界面可防止無關人員對系統的誤操作，正常工作前，工作人員輸入系統登陸密碼，密碼正確進入主監控界面;密碼錯誤，系統彈出信息窗口，提示重新輸入密碼。
[0039]所述的主監控頁面，包括所有灌溉組每組的灌溉量設定值、灌溉開始時間值及當前各組正在灌溉畦的累計灌溉量;包括灌溉量及時間設置按鈕、系統電磁閥手動打開與關閉按鈕及每組灌溉組獨立手動打開與關閉按鈕;包括補灌按鈕和統計按鈕。
[0040]單擊主監控頁面的設置按鈕，進入所述的灌溉量及時間設置頁面，包括每個灌溉組灌溉量輸入框及灌溉每天開始的時間。
[0041]單擊主監控頁面的補灌按鈕，進入所述的補灌頁面，在補灌頁面可設置補灌組號及每一組下每畦的灌溉量，設置完后單擊開始按鈕，補灌開始并顯示累計補灌量。
[0042]單擊主控制頁面的統計按鈕進入所述的灌溉記錄統計頁面，在統計頁面記錄所有灌溉量的設置值及灌溉時間，支持表格統計和歷史曲線兩種統計方式，在表格方式下，按曲線顯示按鈕，以歷史曲線方式顯示統計結果;在曲線方式按表格顯示按鈕，以表格方式顯示統計結果。
[0043]主控制器由西門子PLC CPU224XP，兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN及24V開關電源組成，如圖4所示。選擇所述PLC的六個高速脈沖輸入端作為流量計輸出脈沖的計數端，將每個端口得到的脈沖數與每個脈沖代表的流量值相乘，就可以得到當前端口所連的灌溉組對應畦的已灌溉量。將得到灌溉量與設定灌溉量相比較，若得到灌溉量大于等于設定量，表明該畦灌溉結束。若該組灌溉沒有結束，PLC切換控制電磁閥，啟動該組下一畦的灌溉。所述PLC的6個繼電器型輸出Q0.0至Q0.5分別控φ?」6個儲肥罐中的潛水栗工作，通過接通或者斷開輸出接點來控制潛水栗的220V電源接通或斷開，Q0.6、Q0.7兩個接點控制兩個電磁閥。所述的兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN，每個模塊有8個輸出接點，16個接點分別控制16個電磁閥，通過接點的接通或斷開來控制24V電磁閥的打開與關閉。
[0044]施肥灌溉單元3由儲肥罐31、潛水栗32、過濾器、電磁閥34組成，如圖1、3所示。所述儲肥罐31米用聚乙稀塑料桶，直徑60cm至80cm，高度10cm至120cm，放置于日光溫室北部，底部用磚塊或水泥砌臺高出地面15cm至25cm，桶底部開孔用于安裝過濾器。
[0045]如圖3所示，所述潛水栗32采用HQB-2500型家用循環水栗，潛水栗放于儲肥罐I中，通過加厚蛇皮管35與儲肥罐I底部過濾器上的90°彎頭相連。蛇皮管35的長度在80cm至10cm之間，在潛水栗32與彎頭33之間以拱形連接。
[0046]所述過濾器采用聚丙烯材料Y型疊片式滴灌專用過濾器，安裝于儲肥罐底部外側，一端通過90°彎頭33與連接潛水栗的蛇皮管35相連，另一端與流量計36相連。
[0047]所述流量監測裝置采用DIGMESA FHKU小型流量計，輸出計量脈沖接入PLC的高速計數端。
[0048]每組的三個電磁閥共用一個流量計，六個流量計再分為兩組，分別由PLC的Ql.0和Ql.I輸出端控制通電與斷電，當要進行灌溉時，相應組的流量計供電開始工作，在灌溉系統不工作時流量計斷電，既降低了電量消耗，又增加了流量計的使用壽命。
[0049]系統支持基于時間設置的自動灌溉和手動灌溉，在作物種植完畢后，用戶進入觸摸屏設置頁面對相應生長階段的灌溉量及每天的灌溉時刻進行設置。在自動灌溉模式下，當每天的灌溉時刻一到，控制器先給流量計上電，然后給潛水栗上電，最后開啟每組的第一個電磁閥，灌溉開始。當一畦灌溉完畢，控制器切換輸出，讓下一個電磁閥動作，開始下一畦的灌溉，直到當前這一組灌溉全部完成。這時，控制器關閉電磁閥、切斷潛水栗及流量計電源。在手動模式下，用戶可隨時開始、停止灌溉，既可以同時對所有組操作，也可以單獨控制其中一組。當需要單獨對某組下某畦進行單獨灌溉或補灌時，可進入補灌頁面進行設置。
【主權項】
1.一種日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于:包括人機界面裝置、主控制器、至少一施肥灌溉單元； 所述的主控制器連接上述人機界面裝置以及施肥灌溉單元，主控制器根據人機界面裝置以及內嵌系統控制施肥灌溉單元； 每個施肥灌溉單元包括儲肥罐;儲肥罐經栗連接有管路，管路上連接有計量裝置以及電磁閥； 栗、計量裝置以及電磁閥連接上述主控制器，主控制器根據計量裝置信息以及內嵌系統控制電磁閥。2.根據權利要求1所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，所述主控制器由西門子PLC CPU224XP、兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN及24V開關電源組成;兩個繼電器輸出型擴展模塊EM222CN，16個接點分別控制16個電磁閥，通過接點的接通或斷開來控制電磁閥的打開與關閉。3.根據權利要求1所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，所述儲肥罐采用聚乙稀塑料桶，直徑60cm至80cm，高度10cm至120cm，桶底部開孔并安裝有過濾器。4.根據權利要求1或3所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，栗采用家用循環潛水栗，潛水栗放于上述的儲肥罐中，潛水栗通過軟管與設于過濾器上的彎頭相連。5.根據權利要求4所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，所述過濾器采用聚丙烯材料Y型疊片式滴灌專用過濾器，安裝于儲肥罐底部外側，一端通過彎頭與連接潛水栗的軟管相連，另一端與計量裝置相連。6.根據權利要求1所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，所述每個施肥灌溉單元設有三個電磁閥，沿肥料流通方向，三個電磁閥位于計量裝置后方:三個電磁閥共用一個計量裝置;三個電磁閥并列設置且對應有三個并列支路，每個電磁閥控制一畦內的軟管灌溉。7.根據權利要求1所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，計量裝置采用小型流量計，輸出計量脈沖接入主控制器的高速計數端;每組的三個電磁閥共用一個流量計，每三個流量計分為一組，由PLC的一個輸出端控制通電與斷電。8.根據權利要求1所述的日光溫室精準灌溉施肥系統，其特征在于，人機界面裝置采用昆侖通態7寸觸摸屏，顯示登陸頁面、主監控頁面、灌溉量及時間設置頁面、補灌頁面、灌溉記錄統計頁面。
【文檔編號】A01C23/04GK205667114SQ201620580373
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】李天華, 魏珉, 侯加林, 李清明, 施國英, 劉昌峰
【申請人】山東農業大學