一種變量灌溉施肥裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變量灌溉施肥裝置及其控制方法，屬于灌溉施肥技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微灌系統(tǒng)在發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)等方面具有日益突出的重要作用，灌溉施肥作為微灌系統(tǒng)的主要內(nèi)容，是實現(xiàn)作物高產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)的重要技術(shù)手段。
[0003]目前，國內(nèi)外常用的灌溉施肥方式有機械注入式、水力驅(qū)動比例式施肥泵、壓差式施肥罐和文丘里施肥器等。機械注入式具有輸入肥液濃度均勻的優(yōu)點，但需要泵及動力裝置，設(shè)備投入及能耗較大，且需對其進行管理與維護；水力驅(qū)動比例式施肥泵利用進入泵的水體形成壓差水頭作為動力，驅(qū)動活塞或隔膜將肥液注入灌溉管道，施肥精度高、工作穩(wěn)定，但其施肥比例僅取決于管道壓力及流量，難以通過施肥泵本身控制施肥濃度，而且其成本很高；壓差式施肥罐的結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但存在施肥濃度前大后小的缺點，即在灌溉施肥過程中，隨著灌溉水不斷進入液肥貯罐中而使罐內(nèi)肥料濃度逐漸降低，從而嚴重影響施肥效果；文丘里施肥器因結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便而且不需外部動力等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，其缺點在于吸肥量主要受主管入口水流影響，施肥器本身不能主動調(diào)節(jié)施肥濃度。而且，上述灌溉施肥方式除機械注入式外，難以實現(xiàn)自動控制，且只能對單一肥料溶液或營養(yǎng)液進行實時施肥，若要施用多種肥液或營養(yǎng)液，只能分時進行或預(yù)先通過人工將多種肥料溶液或營養(yǎng)液混合，費時費力，容易造成預(yù)混肥液的浪費。
[0004]綜上所述，目前灌溉施肥領(lǐng)域的不足之處在于性價比不高難以推廣應(yīng)用或者不便自動定量調(diào)節(jié)施肥濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明提供一種低成本、低功耗、能同時對多種肥液或營養(yǎng)液進行施肥的變量灌溉施肥裝置及其控制方法，用于解決目前灌溉施肥領(lǐng)域的性價比不高難以推廣應(yīng)用或者不便自動定量調(diào)節(jié)施肥濃度的問題。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案是:一種變量灌溉施肥裝置，包括水流電磁閥1、流量變送器2、混合緩沖箱3、母液罐、母液電磁閥、清洗電磁閥6和控制器7 ;所述混合緩沖箱3設(shè)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 ；所述母液電磁閥包括第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52和第三母液電磁閥53 ;所述控制器7包括單片機MSP430F2132、電磁閥驅(qū)動電路和人機交互單元；
所述混合緩沖箱3的入水口 34與流量變送器2的出口端相連，流量變送器2的入口端與所述水流電磁閥I的出口端相連，水流電磁閥I的入口端與水源主干管相連，混合緩沖箱3的出水口 35與微灌管網(wǎng)的入口相連；第一母液入口 31、第二母液入口 32和第三母液入口 33分別與第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52和第三母液電磁閥53的出口端相連，第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52和第三母液電磁閥53的入口端分別與第一母液罐41、第二母液罐42和第三母液罐43的出口相連，混合緩沖箱3的清洗出口 36與清洗電磁閥6的入口端相連；
所述水流電磁閥1、第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52、第三母液電磁閥53和清洗電磁閥6的控制端分別與所述電磁閥驅(qū)動電路的輸出端相連，電磁閥驅(qū)動電路的輸入端與單片機MSP430F2132的I/O端口相連，所述流量變送器2的輸出端與單片機MSP430F2132的外部中斷端口相連。
[0007]所述混合緩沖箱3為水平放置的圓柱體狀，由PVC材質(zhì)一體化成型而制成，混合緩沖箱3的長度是其橫截面直徑的3倍，其上的入水口 34、出水口 35、母液入口和清洗出口 36均為圓管接口，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的管徑均為混合緩沖箱3橫截面直徑的1/3，三個母液入口的管徑相同且不超過入水口 34管徑的1/2，清洗出口 36的管徑不大于入水口 34的管徑且不小于母液入口的管徑；入水口 34和出水口 35分別垂直安裝于混合緩沖箱3圓柱體結(jié)構(gòu)的兩個底面上，并使入水口 34和出水口 35的圓心均位于底面中垂直于水平方向的直徑上且距混合緩沖箱3頂端的1/3處；三個母液入口等間距設(shè)于混合緩沖箱3的正上方，并使第一母液入口 31位于距混合緩沖箱3入口底面5cm處，第三母液入口 33在混合緩沖箱3上的位置不超過混合緩沖箱3總長度的2/3 ;這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可使水和肥料母液或營養(yǎng)液在混合緩沖箱3中充分混合均勻后再經(jīng)出水口 35流出。清洗出口 36設(shè)于混合緩沖箱3正下方且靠近出水口35，用于排泄混合緩沖箱3中的殘余肥液或清洗液。
[0008]所述流量變送器2為工作電壓為DC12V、輸出信號為0~lkHz的電磁流量變送器。無堵流部件，對入口水流幾乎無壓力損失，電磁流量變送器的輸出端與單片機MSP430F2132的外部中斷INTO端口相連，利用單片機的外部計數(shù)功能實現(xiàn)電磁流量變送器輸出頻率的檢測，然后根據(jù)電磁流量變送器的輸出頻率與流量的關(guān)系換算為入口水流的流量。單片機與電磁流量變送器的連接及對頻率的檢測均為常規(guī)技術(shù)。
[0009]所述水流電磁閥1、第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52、第三母液電磁閥53和清洗電磁閥6均為脈沖電磁閥，其閥門的開/關(guān)動作只需正向/反向通過一個寬度約30ms、幅度為3~9V的直流脈沖電壓即可完成，而且閥門的開/關(guān)狀態(tài)無需電能維持，屬于低功耗器件；各個閥門的尺寸應(yīng)與其接口的管徑相適應(yīng)，其中第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52、第三母液電磁閥53的規(guī)格相同。
[0010]所述第一母液罐41、第二母液罐42和第三母液罐43的規(guī)格相同，由透明有機玻璃材質(zhì)一體化成型而制成，包括上下兩大部分，上部分呈圓柱體狀，且在該圓柱體上底面中心處設(shè)有一個直徑為上底面直徑1/3的圓形敞口，用于向母液罐中添加肥料母液或營養(yǎng)液母液，下部分呈漏斗狀，易于母液罐中的肥料母液或營養(yǎng)液母液流出；第一母液罐41、第二母液罐42和第三母液罐43分別盛裝不同成分的肥料母液或營養(yǎng)液母液，并分別垂直豎立安裝于混合緩沖箱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，三個母液罐(第一母液罐41、第二母液罐42和第三母液罐43)分別通過三個母液電磁閥(第一母液電磁閥51、第二母液電磁閥52和第三母液電磁閥53)與三個母液入口(第一母液入口 31、第二母液入口 32和第三母液入口 33)相連，這樣可對每個母液罐中的流出母液進行單獨控制，當相應(yīng)的母液電磁閥打開時，母液罐中的母液在重力作用下自行流出，由于母液流量相對較小，母液各個時刻在重力作用下的流量可近似相等，從而可根據(jù)母液電磁閥的打開時間控制母液流出量。不同母液入口管徑下，母液在重力作用下的流量可通過試驗得出。
[0011]更進一步地，可根據(jù)灌溉施肥的實際應(yīng)用情況，在混合緩沖箱3上增設(shè)母液入口，同時相應(yīng)地增設(shè)母液罐和母液電磁閥。
[0012]進一步地，所述人機交互單元由筆段式液晶顯示模塊HT1621和4個按鍵組成，主要用于設(shè)定施肥濃度、施肥量和控制方式等，以及顯示當前