一种快速精准施肥系统及方法
技术领域
本发明涉及农业施肥装置，具体涉及一种快速精准施肥系统及方法。
背景技术
随着农业的高速发展，逐渐加大对种植物的人为干预，为了促进种植物的生长，大规模地使用各种的肥料，为种植物增加营养要素。在施肥过程中，往往同时加入多种肥料，与水混合后，一同灌溉至土壤中。其中，由于多种化肥混用配比不精准，可能会造成个别区域的土壤化肥富余，使得土壤的自消化能力下降，导致该区域的土壤和地下水受到不同程度的污染，致使耕地进一步缩减，严重制约了现代农业的可持续发展。
传统的施肥技术中，主要采用混肥桶将水和化肥按一定的比例及浓度进行调配混合，再通过管道输送至农作物，虽能在一定程度上实现水肥的调配，但精度较低，水肥达到要求浓度值的响应时间长，效率较低，且由于混肥桶的存在，设备占地面积大，不适用于分散分布的山区农业施肥，难以在山区实现快速精准施肥，灵活性不强。
为此，现有技术中提出了更加灵活、精度更高的水肥一体化技术，该水肥一体化的混肥方式无需采用混肥桶，在主管道进行混合，即混即用，省肥省水，适用于现有智能化的种植业。进一步，为了提高施肥的精度，现有的施肥装置大多将浓度检测器等检测工具设置在输送管道中，用于对混合后的溶液进行检测，以便进行反馈，调整水流量和肥料的输入量，从而获得预定的浓度。虽然上述调节方式调整输送管道中的肥料溶液的浓度，但仍存在以下的不足：
上述调节方式不是同步调节的方式，而是滞后的调节方式，只能对往后的溶液进行调整，而不能同步对当前检测到的溶液的浓度进行调整，从而任由当前检测到的不符合要求的溶液继续往前输送并输出灌溉，导致土壤中的肥液浓度异常，有可能会影响土壤环境，不适于作物的正常生长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种快速精准施肥系统，该精准施肥系统能够实时且同步地对输送管道中的肥料溶液的浓度等参数进行调整，使得施肥工作更加精准、高效。
本发明的另一个目的在于提供一种快速精准施肥方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种快速精准施肥系统，包括水源、原液源、管道网络以及检测控制模块，所述管道网络包括主路输送管和旁路输送管；其中，
所述主路输送管的两端分别延伸至水源和灌溉区域中，沿着输送的方向，所述主路输送管上设有至少两个用于管中的液体进行充分混合的混合区；所述原液源通过原液管连通在主路输送管上，该原液管末端的连接点位于水源与第一个混合区之间；
所述旁路输送管包括原液旁路输送管和水旁路输送管，所述原液旁路输送管的首端连接在原液管上，末端连接在主路输送管上的两个相邻的混合区之间；所述水旁路输送管旁接在主路输送管上，其首端的连接点位于水源与原液管末端的连接点之间，末端的连接点位于两个相邻的混合区之间；
所述检测控制模块包括传感器和管路控制单元，所述传感器包括用于对混合后的肥液的灌溉参数进行检测，该传感器设置在混合区的后方，且位于混合区与旁路输送管的连接点之间；所述管路控制单元包括电动泵、电动球阀和流量计以及控制处理中枢，所述电动泵设有两组，分别设置在主路输送管和原液管上；所述电动球阀和流量计均设有多组，分别设置在主路输送管、原液管、原液旁路输送管以及水旁路输送管上；所述控制处理中枢与电动泵、电动球阀和流量计电连接。
上述快速精准施肥系统的工作原理是：
工作时，在控制处理中枢设定灌溉肥液的灌溉指标的数值，控制处理中枢发出灌溉的指令，打开主路输送管和原液管上的电动泵以及电动球阀，其他的电动球阀保持关闭状态，主路输送管将水从水源往灌溉区域输送，原液管将原液输送至主路输送管中，与水汇合后一起往下输送至第一个混合区中，期间，流量计对各个管道的流量进行测量。
在第一个混合区中，对水和原液进行混合，使其混合均匀成为肥液。接着，肥液继续往下输送，当肥液流经传感器时，传感器对混合后的肥液的各种参数指标进行检测，例如肥液的电导率，反应肥液的EC值，并将所测的参数(例如EC值)反馈至控制处理中枢，控制处理中枢将实时检测到的参数与设定的数值进行比较。
以EC值(浓度)为例，若当前的EC值在设定的数值范围内时，无需进行调整，主路输送管直接将肥液输送灌溉区域中。若当前的EC值大于设定的数值时，控制处理中枢打开水旁路输送管上的电动球阀，额外加入水对肥液进行稀释，再由下一个EC传感器进行再次检测，重复上述步骤，直至检测到的EC值符合设定的数值，才输出进行灌溉。若当前的EC值小于设定的数值时，控制处理中枢打开原液旁路输送管上的电动球阀，额外加入原液对肥液进行补充，再由下一个EC传感器进行再次检测，重复上述步骤，直至检测到的EC值符合设定的数值，才输出进行灌溉。
本发明的一个优选方案，其中，所述原液源包括肥料源，所述原液管包括注肥管；所述肥料源通过所述注肥管连通在主路输送管上，该注肥管末端的连接点位于水源与第一个混合区之间；
所述原液旁路输送管包括肥料旁路输送管，所述肥料旁路输送管的首端连接在注肥管上，末端连接在主路输送管上的两个相邻的混合区之间；
所述传感器包括用于对混合后的肥液的浓度进行检测的EC传感器，该EC传感器设置在混合区的后方。
优选地，所述肥料源和注肥管均设有多个，不同的肥料源用于装载不同的肥料，例如磷肥、氮肥等。
本发明的一个优选方案，其中，所述原液源包括用于降低肥液中的PH值的酸源，所述原液管包括注酸管；所述酸源通过注酸管连通在主路输送管上，该注酸管末端的连接点位于水源与第一个混合区之间；
所述原液旁路输送管包括酸液旁路输送管，所述酸液旁路输送管的首端连接在注酸管上，末端连接在主路输送管上的两个相邻的混合区之间；
所述传感器包括用于对肥液的酸碱度进行检测的PH传感器，该PH传感器设置在混合区的后方。
本发明的一个优选方案，其中，所述原液源包括用于提高肥液中的PH值的碱源，所述原液管包括注碱管；所述碱源通过注碱管连通在主路输送管上，该注碱管末端的连接点位于水源与第一个混合区之间；
所述原液旁路输送管包括碱液旁路输送管，所述碱液旁路输送管的首端连接在注碱管上，末端连接在主路输送管上的两个相邻的混合区之间；
所述传感器包括用于对肥液的酸碱度进行检测的PH传感器，该PH传感器设置在混合区的后方。
通过上述结构，可以在肥液输送的过程中实时调节肥液中的PH值，当肥液流经PH传感器时，PH传感器对混合后肥液的酸碱度进行检测，并将所测的PH值反馈至控制处理中枢，控制处理中枢将实时检测到的PH值与设定的数值进行比较。其中，若当前的PH值在设定的数值范围内时，无需进行调整，主路输送管直接将肥液输送灌溉区域中。若当前的PH值大于设定的数值时，控制处理中枢打开酸液旁路输送管上的电动球阀，额外加入酸液对肥液进行中和，再由下一个PH传感器进行再次检测，重复上述步骤，直至检测到的PH值符合设定的数值，才输出进行灌溉。若当前的PH值小于设定的数值时，控制处理中枢打开碱液旁路输送管上的电动球阀，额外加入碱液对肥液进行中和，再由下一个PH传感器进行再次检测，重复上述步骤，直至检测到的PH值符合设定的数值，才输出进行灌溉。
本发明的一个优选方案，其中，所述混合区中设有加速搅拌的搅拌装置，其中，搅拌装置的具体结构可参考现有技术的结构。
一种快速精准施肥方法，包括以下步骤：
(1)在控制处理中枢上设定灌溉肥液的灌溉指标的数值；
(2)控制处理中枢发出灌溉的指令，打开主路输送管和原液管上的电动泵以及电动球阀，其他的电动球阀保持关闭状态；主路输送管将水从水源往灌溉区域输送，原液管将原液输送至主路输送管中，与水汇合后一起往下输送至第一个混合区中；
(3)在第一个混合区中，水和原液进行均匀混合，成为肥液；肥液往下输送，传感器对流过的肥液的配比参数进行检测，并将所测的参数反馈至控制处理中枢，控制处理中枢将实时检测到的参数与设定的数值进行比较；
(4)若当前的参数在设定的数值范围内时，无需进行调整，主路输送管直接将肥液输送灌溉区域中；
(5)若当前的参数大于设定的数值时，控制处理中枢打开水旁路输送管上的电动球阀，额外加入水对肥液进行稀释，再由下一个传感器进行再次检测，并再次将所测的参数反馈至控制处理中枢，控制处理中枢再将实时检测到的参数与设定的数值进行比较；进行步骤(4)或(5)或(6)的操作，直至检测到的灌溉的指标参数符合设定的数值；
(6)若当前的参数小于设定的数值时，控制处理中枢打开原液旁路输送管上的电动球阀，额外加入原液对肥液进行补充，再由下一个传感器进行再次检测，并再次将所测的参数反馈至控制处理中枢，控制处理中枢再将实时检测到的参数与设定的数值进行比较；进行步骤(4)或(5)或(6)的操作，直至检测到的灌溉的指标参数符合设定的数值。
本发明的一个优选方案，在步骤(2)中，流量计对主路输送管和原液管中的流量进行测量，并反馈至控制处理中枢中；
在步骤(5)或(6)中，控制处理中枢根据传感器检测到的当前参数以及流量计测得的各个管中的流量，控制当前电动球阀的开度，逐渐将肥液中的灌溉参数调整至设定的数值范围内。
本发明的一个优选方案，在步骤(1)中，所述灌溉指标包括肥液的浓度和PH值。
优选地，在步骤(5)中，若当前的PH值大于设定的数值时，控制处理中枢打开酸液旁路输送管上的电动球阀，额外加入酸液对肥液进行中和，再由下一个PH传感器进行再次检测。优选地，在步骤(6)中，若当前的PH值小于设定的数值时，控制处理中枢打开碱液旁路输送管上的电动球阀，额外加入碱液对肥液进行中和，再由下一个PH传感器进行再次检测。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明的快速精准施肥系统基于无混肥桶的灌溉方式，通过设置旁路输送管，可以将水和肥料直接补充至混合区的后方，实现了实时且同步的肥液浓度调整，从而不会任由不符合要求的肥液继续输出灌溉。
2、设置至少两个的混合区，并在每个混合区之后设置传感器，对混合后的肥液进行实时检测，结合旁路输送管的补充，逐步对肥液的浓度进行调整，使其逐渐趋向设定的数值范围，确保肥液符合要求后，才输出进行灌溉，具有快速且精准的特点。
3、水和肥料在管道输送过程中快速均匀混合，缩短混肥时间，能依据设定的值快速完成对肥液的配比，提高施肥效率，其结构简单，适用性强。
4、在输送的过程中，对肥液进行调节，这样不会延误设定的灌溉时间，从而做到准时、准确、高效。
附图说明
图1为本发明中的快速精准施肥系统的结构简图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1，本实施例中的快速精准施肥系统，包括水源1、原液源、管道网络以及检测控制模块，本实施例中，所述原液源包括肥料源2、酸源3和碱源4，当然，也可以为其他对植物的生长有影响的物质。
参见图1，所述管道网络包括主路输送管5和旁路输送管，所述主路输送管5的两端分别延伸至水源1和灌溉区域中，沿着输送的方向，所述主路输送管5上设有至少两个用于管中的液体进行充分混合的混合区6；所述原液源通过原液管连通在主路输送管5上，该原液管末端的连接点位于水源1与第一个混合区6之间。
参见图1，所述旁路输送管包括原液旁路输送管和水旁路输送管7，所述原液旁路输送管的首端连接在原液管上，末端连接在主路输送管5上的两个相邻的混合区6之间；所述水旁路输送管7旁接在主路输送管5上，其首端的连接点位于水源1与原液管末端的连接点之间，末端的连接点位于两个相邻的混合区6之间。
参见图1，所述检测控制模块包括传感器和管路控制单元，所述传感器包括用于对混合后的肥液的灌溉参数进行检测，该传感器设置在混合区6的后方，且位于混合区6与旁路输送管的连接点之间；所述管路控制单元包括电动泵8、电动球阀9和流量计10以及控制处理中枢11(本实施例中的控制处理中枢11由现有技术中能够进行数据对比的工作站构成)，所述电动泵8设有两个，分别设置在主路输送管5和原液管上；所述电动球阀9和流量计10均设有多个，分别设置在主路输送管5、原液管、原液旁路输送管以及水旁路输送管7上；所述控制处理中枢11与电动泵8、电动球阀9和流量计10电连接。具体地，在本实施例中，所述混合区6和传感器设有两组，沿着主路输送管5的输送方向，先后对同一段肥液进行混合和检测，在往前输送的同时进行偏量配比，使得肥液在主路输送管5中完成对应的灌溉参数的调整，从而获得符合要求的灌溉肥液。
参见图1，所述原液管包括注肥管12；其中，所述肥料源2和注肥管12均设有多个，不同的肥料源2用于装载不同的肥料，例如磷肥、氮肥等。所述肥料源2通过所述注肥管12连通在主路输送管5上，该注肥管12末端的连接点位于水源1与第一个混合区6之间；所述原液旁路输送管包括肥料旁路输送管13，所述肥料旁路输送管13的首端连接在注肥管12上，末端连接在主路输送管5上的两个相邻的混合区6之间；所述传感器包括用于对混合后的肥液的浓度进行检测的EC传感器14，该EC传感器14设置在混合区6的后方。
参见图1，所述原液管包括注酸管15；所述酸源3通过注酸管15连通在主路输送管5上，该注酸管15末端的连接点位于水源1与第一个混合区6之间；所述原液旁路输送管包括酸液旁路输送管16，所述酸液旁路输送管16的首端连接在注酸管15上，末端连接在主路输送管5上的两个相邻的混合区6之间；所述传感器包括用于对肥液的酸碱度进行检测的PH传感器17，该PH传感器17设置在混合区6的后方。
参见图1，所述原液管包括注碱管18；所述碱源4通过注碱管18连通在主路输送管5上，该注碱管18末端的连接点位于水源1与第一个混合区6之间；所述原液旁路输送管包括碱液旁路输送管19，所述碱液旁路输送管19的首端连接在注碱管18上，末端连接在主路输送管5上的两个相邻的混合区6之间。
通过上述结构，可以在肥液输送的过程中实时调节肥液中的PH值，当肥液流经PH传感器17时，PH传感器17对混合后肥液的酸碱度进行检测，并将所测的PH值反馈至控制处理中枢11，控制处理中枢11将实时检测到的PH值与设定的数值进行比较，从而进行对应的调整。
具体地，本实施例中，所述混合区6中设有加速搅拌的搅拌装置，其中，搅拌装置的具体结构可参考现有技术的结构。
参见图1，本实施例中的快速精准施肥系统的工作原理是：
工作时，在控制处理中枢11设定灌溉肥液的灌溉指标的数值，控制处理中枢11发出灌溉的指令，打开主路输送管5和原液管上的电动泵8以及电动球阀9，其他的电动球阀9保持关闭状态，主路输送管5将水从水源1往灌溉区域输送，原液管将原液输送至主路输送管5中，与水汇合后一起往下输送至第一个混合区6中，期间，流量计10对各个管道的流量进行测量。
在第一个混合区6中，对水和原液进行混合，使其混合均匀成为肥液。接着，肥液继续往下输送，当肥液流经传感器时，传感器对混合后的肥液的各种参数指标进行检测，例如肥液的电导率，反应肥液的EC值，并将所测的参数(例如EC值)反馈至控制处理中枢11，控制处理中枢11将实时检测到的参数与设定的数值进行比较。
以EC值为例，若当前的EC值在设定的数值范围内时，无需进行调整，主路输送管5直接将肥液输送灌溉区域中。若当前的EC值大于设定的数值时，控制处理中枢11打开水旁路输送管7上的电动球阀9，额外加入水对肥液进行稀释，再由下一个EC传感器14进行再次检测，重复上述步骤，直至检测到的EC值符合设定的数值，才输出进行灌溉。若当前的EC值小于设定的数值时，控制处理中枢11打开肥料旁路输送管13上的电动球阀9，额外加入原液对肥液进行补充，再由下一个EC传感器14进行再次检测，重复上述步骤，直至检测到的EC值符合设定的数值，才输出进行灌溉。
参见图1，本实施例中的快速精准施肥方法，包括以下步骤：
(1)在控制处理中枢11上设定灌溉肥液的灌溉指标的数值，所述灌溉指标包括肥液的浓度和PH值。
(2)控制处理中枢11发出灌溉的指令，打开主路输送管5和原液管上的电动泵8以及电动球阀9，其他的电动球阀9保持关闭状态；主路输送管5将水从水源1往灌溉区域输送，原液管将原液输送至主路输送管5中，与水汇合后一起往下输送至第一个混合区6中。
(3)以PH值的调整为例，在第一个混合区6中，水和原液进行均匀混合，成为肥液；肥液往下输送，PH传感器17对流过的肥液的PH值进行检测，并将所测的参数反馈至控制处理中枢11，控制处理中枢11将实时检测到的PH值与设定的数值进行比较。
(4)若当前的PH值在设定的数值范围内时，无需进行调整，主路输送管5直接将肥液输送灌溉区域中。
(5)若当前的PH值大于设定的数值时，控制处理中枢11打开酸液旁路输送管16上的电动球阀9，额外加入酸液对肥液进行中和，再由下一个PH传感器17进行再次检测，并再次将所测的PH值反馈至控制处理中枢11，控制处理中枢11再将实时检测到的PH值与设定的数值进行比较；进行步骤(4)或(5)或(6)的操作，直至检测到的PH值符合设定的数值。
(6)若当前的PH值小于设定的数值时，控制处理中枢11打开碱液旁路输送管19上的电动球阀9，额外加入碱液对肥液进行中和，再由下一个PH传感器17进行再次检测，并再次将所测的PH值反馈至控制处理中枢11，控制处理中枢11再将实时检测到的PH值与设定的数值进行比较；进行步骤(4)或(5)或(6)的操作，直至检测到的PH值符合设定的数值。
具体地，在步骤(2)中，流量计10对主路输送管5和原液管中的流量进行测量，并反馈至控制处理中枢11中。在步骤(5)或(6)中，控制处理中枢11根据传感器检测到的当前参数以及流量计10测得的各个管中的流量，控制当前电动球阀9的开度，逐渐将肥液中的灌溉参数调整至设定的数值范围内。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
