基于精准混配及输送的水肥药一体机控制系统的制作方法

本技术涉及农业灌溉，尤其涉及一种基于精准混配及输送的水肥药一体机控制系统。

背景技术：

1、在现代农业生产中，为了提高农作物的产量和质量，合理的灌溉、施肥以及施药至关重要。传统的农业灌溉、施肥和施药大多是分开进行的，这种方式不仅耗费大量的人力、物力，而且效率低下。随着农业现代化的发展，水肥药一体化技术应运而生，旨在实现灌溉、施肥和施药的同步进行，提高农业生产效率。

2、然而，现有的水肥药一体化设备存在诸多不足之处。首先，在混配环节，精准度难以保证。许多设备采用较为简单的比例控制方式，无法根据不同农作物在不同生长阶段对水肥药的精确需求进行准确混配。例如，不同作物在幼苗期和成熟期对肥料的浓度需求差异较大，如果混配比例不准确，可能导致农作物生长不良，影响产量和品质。以蔬菜种植为例，幼苗期肥料浓度过高可能烧苗，而成熟期肥料浓度过低则无法满足作物生长需求。

3、其次，现有设备对于输送距离和压力的控制不够灵活，难以适应不同规模和地形的农作物种植区。在大型农作物种植区中，长距离输送可能导致压力不足，使得水肥药无法均匀送达各个角落；而在复杂地形的农作物种植区，如山地，设备难以根据地势变化调整输送压力，导致灌溉和施肥施药效果不佳。

4、另外，现有水肥药一体机的控制系统智能化程度较低。大多数设备需要人工频繁干预，例如手动调节混配比例、开启或关闭输送装置等，这增加了操作人员的工作强度，并且容易因人为疏忽导致操作失误。同时，缺乏对环境因素的实时监测和反馈机制，无法根据土壤湿度、温度、养分含量以及气象条件等因素自动调整水肥药的混配和输送，难以实现真正的精准农业生产。

5、综上所述，现有的水肥药一体化设备在精准混配及输送方面存在诸多问题，迫切需要一种更加精准、高效、智能的水肥药一体机控制系统来满足现代农业发展的需求。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种基于精准混配及输送的水肥药一体机控制系统，以解决现有技术中水肥药一体化设备在精准混配及基准输送方面存在的问题。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一种基于精准混配及输送的水肥药一体机控制系统，包括：

4、数据采集模块，用于采集农作物的生长状况数据、土壤养分数据及生长环境数据；

5、控制模块，用于对所述数据采集模块采集的数据进行深入分析，计算出当前最适合农作物生长的水肥药混合比例和各个种植区水肥药的输送量；

6、混配模块，包括存储容器、计量装置及混配装置，其中：

7、所述存储容器用于分类存储水、肥料及农药；

8、所述计量装置用于根据所述控制模块计算的水肥药混合比例，分别从存储有对应组分的所述存储容器中精确抽取设定计量的组分，并输送至所述混配装置；

9、所述混配装置用于将所述计量装置输送的各组分进行充分搅拌混合，完成水肥药营养液的混配；

10、输送模块，包括输送管道、压力检测装置及压力调节装置，其中：

11、所述输送管道用于与所述混配装置连接，并均匀分布在所述农作物的各个种植区；

12、所述压力检测装置分布在所述输送管道内，用于实时获取所述输送管道内关键位置的压力；

13、所述压力调节装置用于根据所述控制模块计算的各个种植区水肥药的输送量，及所述压力检测装置的压力数据反馈，动态调节所述输送管道内的压力，实现各个种植区水肥药的精准输送。

14、作为本技术的进一步改进，所述数据采集模块采集农作物的生长状况数据、土壤养分数据及生长环境数据，包括：

15、选取各个种植区不同位置的农作物，获取所述农作物关键部位的光谱数据，通过对所述光谱数据的分析，获取所述生长状态数据；

16、根据各个种植区的面积、形状及作物种植分布，采用网格化布局，在土壤中埋设土壤养分传感器，对土壤中的元素含量、盐分含量及酸碱度进行精确测量；

17、在各个农作物种植区不同高度及不同方位均匀布置温湿度传感器，全面获取各个种植区不同层次、不同区域的温湿度数据。

18、作为本技术的进一步改进，所述通过对所述光谱数据的分析，获取所述生长状态数据，包括：

19、通过对大量已知生长状况和健康状况的农作物的光谱数据进行分析，提取出不同生长状态及病虫害相关的特征光谱；

20、将大量所述特征光谱的数据作为训练样本，对机器学习模型进行训练，学习特征光谱与农作物实际状态之间的映射关系；

21、将采集的所述光谱数据输入训练好的所述机器学习模型，预测和判断所述光谱数据对应的农作物的生长信息。

22、作为本技术的进一步改进，所述对所述数据采集模块采集的数据进行深入分析，计算出当前最适合农作物生长的水肥药混合比例和各个种植区水肥药的输送量，包括：

23、基于农作物的生理学、生态学原理及田间实验数据，构建农作物的生长模型；

24、将所述数据采集模块实时采集的生长状况数据、土壤养分数据及生长环境数据，输入所述农作物生长模型进行模拟，预测农作物当前条件下的生长状态；

25、根据所述生长状态的预测结果，预测农作物未来一段时间对水、肥、药的需求量。

26、作为本技术的进一步改进，所述计量装置用于根据所述控制模块计算的水肥药混合比例，分别从存储有对应组分的所述存储容器中精确抽取设定计量的组分，并输送至所述混配装置，包括：

27、根据计算出的水肥药混合比例，分别确定出待混配的水肥药混合液中，各组分输送至所述混配装置的设定流量值；

28、根据各组分的设定流量值，分别发送对应的脉冲信号给对应的计量装置，通过控制脉冲频率和脉冲宽度，调节所述计量装置的流量；

29、获取所述计量装置的实际流量值，并计算所述实际流量值与所述设定流量值之间的偏差，并根据所述偏差的变化趋势，提前调整所述计量装置的脉冲控制量。

30、作为本技术的进一步改进，所述混配装置将所述计量装置输送的各组分进行充分搅拌混合，完成水肥药营养液的混配，包括：

31、根据待混配的水肥药混合液中肥料的溶解性、农药的粘度及混配量，设定所述混配装置的最佳搅拌速度和最佳搅拌时间；

32、根据在混配过程中实时监测所述混配装置内各个位置，水肥药混合液的浓度变化，实时调整所述最佳搅拌速度和最佳搅拌时间。

33、作为本技术的进一步改进，所述混配装置将所述计量装置输送的各组分进行充分搅拌混合，完成水肥药营养液的混配，还包括：

34、在初始混配阶段，以初始搅拌速度启动搅拌，并维持所述初始搅拌速度稳定运行第一时间，其中，所述初始搅拌速度小于所述最佳搅拌速度，所述第一时间小于所述最佳搅拌时间；

35、所述混配装置在维持初始搅拌速度稳定运行第一时间后，以设定的提升速率开始提升搅拌速度，直至达到所述最佳搅拌速度。

36、作为本技术的进一步改进，所述混配装置将所述计量装置输送的各组分进行充分搅拌混合，完成水肥药营养液的混配，还包括：

37、根据预设的转向切换周期，使所述混配装置每隔一个第二时间，切换一次搅拌转向；

38、在所述混配装置切换搅拌转向时，先逐渐降低搅拌速度，直至接近停止状态，然后改变搅拌方向，并逐渐加速至最佳搅拌速度。

39、作为本技术的进一步改进，所述压力检测装置分布在所述输送管道的起点位置、末端位置、管道分支连接位置，以及，每隔一个预设距离的中间位置，用于全面实时获取所述输送管道形成的输送管道网的关键位置的内部压力。

40、作为本技术的进一步改进，所述压力调节装置分布在所述输送管道的起点位置、末端位置及管道分支连接位置；

41、所述控制模块根据不同的农作物种植区地形，以及农作物种植区域的分布，预先设定不同的压力控制阈值，并在水肥药输送过程中，实时分析所述压力检测装置反馈的压力数据，结合以往水肥药输送过程中的所述输送管道内的历史压力变化趋势和当前的水肥药输送量，动态调节所述输送管道内的压力，实现各个种植区水肥药的精准输送。

42、本技术的有益效果如下：

43、首先，通过数据采集模块实时获取农作物的生长状况数据、土壤养分数据及生长环境数据，通过控制模块的智能算法对数据采集模块采集的数据进行分析，精准计算水肥药混配比例，这极大提升了混配的精准度。相比传统粗放式混配，能精准满足农作物在不同生长阶段的需求。

44、其次，通过计量装置根据控制模块计算的水肥药混合比例，分别从存储有对应组分的所述存储容器中精确抽取设定计量的组分，通过混配装置进行均匀混合，极大提升了混配的精准度。

45、最后，在输送模块中，通过压力检测装置与压力调节装置的配合，可根据控制模块计算的各个种植区水肥药的输送量，及压力检测装置的压力数据反馈，动态调节输送管道内的压力，实现各个种植区水肥药的精准输送，提高了资源利用效率，使农作物生长更加均匀一致。