集群式灌溉装置及灌溉方法与流程

1.本发明涉及农作物灌溉技术领域，尤其涉及一种集群式灌溉装置及灌溉方法。


背景技术：

2.水肥营养液的精准性是实现作物高产优质的基本条件，而为了节约建造成本，整个规模化园区的灌溉主管道基本上共用一套灌溉首部，过长的管道中可存储较大体量的营养液。而实际规模化种植园区中普遍存在种植作物品种、种植区划、种植温室栋数都较多的现象，每次灌溉结束后残留在灌溉主管道的营养液较多，如果不及时排空会导致每次灌溉营养液有可能和种植作物不匹配，因此如何准确排空规模化管道中营养液的残留量是集群化灌溉能否胜任多品种、多种植区划、多栋温室种植的关键因素。


技术实现要素：

3.本发明提供一种集群式灌溉装置及灌溉方法，用以解决现有技术中无法排空主灌溉系统的主灌溉管道中肥水的缺陷，实现在主灌溉系统的主灌溉管道上增设副灌溉系统，从而利用副灌溉系统实现对主灌溉管道的残留肥水进行高效排空。
4.本发明提供一种集群式灌溉装置，包括：
5.主灌溉系统，用于给作物灌溉肥水；
6.副灌溉系统，设置在所述主灌溉系统的主灌溉管道上，包括负压动力机构、储存室和输出动力机构，所述负压动力机构设置在所述储存室的进口，所述输出动力机构设置在所述储存室的出口；
7.所述副灌溉系统在所述主灌溉系统停止工作后启动。
8.根据本发明提供的集群式灌溉装置，所述副灌溉系统还包括第一电磁阀和止回阀，所述第一电磁阀设置在所述主灌溉管道与所述负压动力机构之间，所述止回阀设置在所述主灌溉管道与所述输出动力机构之间。
9.根据本发明提供的集群式灌溉装置，所述储存室的海拔高度低于所述主灌溉管道的最低点的海拔高度。
10.根据本发明提供的集群式灌溉装置，所述副灌溉系统还包括第一液位计和第二液位计，所述第一液位计设置在靠近所述储存室的进口处，所述第二液位计设置在靠近所述储存室的出口处，
11.所述第二液位计用于触发所述输出动力机构的关闭。
12.本发明提供的一种上述的集群式灌溉装置的灌溉方法，包括：
13.开启主灌溉系统进行灌溉，关闭副灌溉系统，
14.确定所述主灌溉系统已灌溉体积等于预设总灌溉体积，关闭所述主灌溉系统，开启所述副灌溉系统，
15.控制所述副灌溉系统对所述主灌溉系统的主灌溉管道的肥水进行收集并二次灌溉。
16.根据本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法，所述开启所述副灌溉系统，控制所述副灌溉系统对所述主灌溉系统的主灌溉管道的肥水进行收集并重新灌溉，包括：
17.开启第一电磁阀，
18.确认所述第一电磁阀的开启时间到达预设时间，
19.开启输出动力机构，
20.收到第一液位提示，关闭所述输出动力机构，其中，所述第一电磁阀用于打开所述副灌溉系统的储存室进行存储肥水，所述输出动力机构用于排出所述储存室存储的肥水。
21.根据本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法，所述开启输出动力机构之后，收到第一液位提示之前，还包括：
22.确认进入所述储存室的肥水流量小于预设流量，
23.开启负压动力机构，其中，所述负压动力机构用于抽吸所述主灌溉管路内的肥水进入所述储存室。
24.根据本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法，所述确定所述主灌溉系统已灌溉体积等于预设总灌溉体积之前，还包括：
25.确认进入所述主灌溉系统的水量达到预设水量值，
26.关闭所述主灌溉系统的进水，
27.确认所述主灌溉系统正常工作。
28.根据本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法，所述确定所述主灌溉系统已灌溉体积等于预设总灌溉体积，关闭所述主灌溉系统，包括：收到第二液位提示，关闭所述主灌溉系统。
29.根据本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法，所述输出动力机构的输出流量等于流经所述第一电磁阀的回流流量。
30.本发明提供的集群式灌溉装置，在主灌溉系统的主灌溉管道上设置副灌溉系统，通过副灌溉系统实现主灌溉管道残留肥水的排空用尽；副灌溉系统通过重力和负压动力机构的作用使存储在主灌溉管道内的肥水流入储存室，并经由置于储存室出口处的输出动力机构将肥水二次排入待施肥地，一方面可以在更换不同种类肥水灌溉的过程中避免在主灌溉管道中的残留肥水发生不良混合，从而使灌溉作物产量受影响；另一方面副灌溉系统可以适用于各种不同的主灌溉系统，只需要在主灌溉管道中简单改装即可实现安装，无需对整个主灌溉系统进行大幅度改进，节省设备成本。
31.进一步地，本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法依赖于集群式灌溉装置实现，因此也具备以上优势。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本发明提供的集群式灌溉装置的结构示意图；
34.图2是本发明提供的灌溉方法的流程示意图之一；
35.图3是本发明提供的灌溉方法的流程示意图之二；
36.图4是本发明提供的灌溉方法的流程示意图之三；
37.图5是本发明提供的灌溉方法的流程示意图之四。
38.附图标记：
39.100：主灌溉系统；
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200：副灌溉系统；
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101：主灌溉管道；
40.102：施肥机；
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103：施肥支路；
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104：流量计；
41.105：水源泵；
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106：第二电磁阀组；
ꢀꢀ
107：待施肥地；
42.201：负压动力机构；
ꢀꢀ
202：储存室；
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203：输出动力机构；
43.204：第一电磁阀；
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205：止回阀；
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206：第一液位计；
44.207：第二液位计。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
49.下面结合图1至图5，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。
50.精准供给作物所需营养液是温室生产高产优质的关键，在灌溉设备中灌溉首部的作用是很重要的，主要作用就是对灌溉用水进行过滤和在此处加入营养成分随水流一起进入到田间。但是由于灌溉首部的价格昂贵，将大规模园区的温室进行集群化管理是目前比较常规的节省成本的灌溉方式。虽然集群化管理降低了灌溉设备的投入，但是由于管道距
离较长，主管径较大，每次灌溉结束之后残留在主灌溉系统的主灌溉管道中的营养液较多，一方面造成了资源的浪费；另一方面，针对不同作物所用的营养液含量和配比是不同，残留在主灌溉管道中的大量不同种类的营养液会造成与作物不匹配从而影响一部分作物的产量。
51.在本发明中提到的营养液也叫肥水是作物所需液体的一种，当然还可以是其它成分的液体，比如药液、肥料等有助于作物生长的液体。
52.如图1所示，本发明提供了一种集群式灌溉装置，包括：
53.主灌溉系统100，用于给作物灌溉肥水；
54.副灌溉系统200，设置在主灌溉系统100的主灌溉管道101上，包括负压动力机构201、储存室202和输出动力机构203，负压动力机构201设置在储存室202的进口，输出动力机构203设置在储存室202的出口；
55.其中，副灌溉系统200在主灌溉系统100停止工作后启动。
56.针对本发明的主灌溉系统100而言，其正常运行来给待施肥地107进行灌溉肥水。例如，在本实施例中，主灌溉系统100包括水源处的水源泵105、施肥机102、主灌溉管道101、施肥支路103以及第二电磁阀组106。水源泵105将水泵送到施肥机102中，在施肥机102中水和肥料有机配合后通过主灌溉管道101输出，主灌溉管道101与施肥支路103连接且延伸至待施肥地107，通过控制在施肥支路103上的第二电磁阀组106的电磁阀给待施肥地107输送肥水。
57.其中，每条施肥支路103对应一块待施肥地107，每条施肥支路103上均设置一个第二电磁阀组106中的电磁阀，该第二电磁阀组106中的电磁阀可以通过远程控制开关，从而决定对应的待施肥地107是否需要施此种肥水。并且，在本实施例中，副灌溉系统200尽量靠近施肥支路103，从而在副灌溉系统200进行二次灌溉时减少在主灌溉管道101中的流淌路程。
58.具体地，在本实施例中，例如，负压动力机构201可以为负压泵用于将主灌溉管道101中的肥水抽吸入储存室202；输出动力机构203可以为输出泵用于将储存室202内的肥水重新灌溉到待施肥地107，可以与主灌溉系统100共用同一套施肥支路103进行灌溉；储存室202可以为槽结构，也可以为水池结构等可以用于存储液体的空间。通过在主灌溉系统100的主灌溉管道101上设置副灌溉系统200，在主灌溉系统100完成灌溉停止工作之后，启动副灌溉系统200将剩余在主灌溉管道101中的大量残留肥水重新灌溉到待施肥地107。一方面可以保证灌溉的肥水分量充足，另一方面可以避免其它肥水种类进行灌溉时，在主灌溉管道101中造成的不良混合，从而影响作物产量。
59.进一步地，在本实施例中举例的主灌溉系统100还可以包括流量调节阀，流量调节阀设置在水源泵105与施肥机102之间的管路上，调节进入施肥机102的水流量。主灌溉系统100还可以包括流量计104，流量计104设置在施肥机102出口的主灌溉管道101上。
60.继续参考图1，在本发明的一个实施例中，副灌溉系统200还包括第一电磁阀204和止回阀205，第一电磁阀204设置在主灌溉管道101与负压动力机构201之间，止回阀205设置在主灌溉管道101与输出动力机构203之间。
61.换句话说，第一电磁阀204设置在主灌溉管道101与储存室202的进口之间，止回阀205设置在主灌溉管道101与储存室202的出口之间。具体来说，第一电磁阀204控制副灌溉
系统200的开启，止回阀205防止主灌溉管道101的肥水回流。
62.在本发明的另一个实施例中，储存室202的海拔高度低于主灌溉管道101的最低点的海拔高度。因此，在开启副灌溉系统200之后，在重力作用下，不开启负压动力机构201，存储在主灌溉管道101中的肥水也会流入到储存室202内。为了减少储存室202空间，可以在开启第一电磁阀204后将输出动力机构203开启，使得存留在储存室202内的肥水满足一定条件下，再次进入到储存室202内的多少流量的肥水就通过输出动力机构203输出多少流量的肥水，维持储存室202内的肥水体积在一定范围内。有效控制储存室202体积，减小占用空间。
63.此外，在主灌溉管道101中的肥水无法靠重力自主流入储存室202内后，启动负压动力机构201对主灌溉管道101中的肥水进行抽吸。此时，输出动力机构203运行不变，直至储存室202内的肥水无法满足输出动力机构203工作，从而关闭输出动力机构203，完成此次副灌溉系统200的二次灌溉过程，并将第一电磁阀204关闭，等待下一次灌溉。
64.在本发明的一个可选实施例中，副灌溉系统200还包括第一液位计206和第二液位计207，第一液位计206设置在靠近储存室202的进口处，第二液位计207设置在靠近储存室202的出口处，其中，第二液位计207用于触发输出动力机构203的关闭。第一液位计206用于防止储存室202内的肥水过满溢出。
65.在一些实施例中，第一液位计206与主灌溉管道101最低点的距离小于等于20cm。
66.换句话说，通过在储存室202设置第一液位计206和第二液位计207得知储存室202内的肥水情况，从而对进水流量和出水流量的控制做出判断和调整。
67.下面结合图2至图5描述本发明实施例的集群式灌溉装置的灌溉方法。该集群式灌溉装置的执行主体可以为集群式灌溉装置的控制器，或者集群式灌溉装置本身。集群式灌溉装置可以为上述任一实施例的集群式灌溉装置。
68.如图2所示，本发明实施例的集群式灌溉装置的灌溉方法可以包括以下步骤：
69.s1：开启主灌溉系统100进行灌溉，关闭副灌溉系统200，
70.s2：确定主灌溉系统100已灌溉体积q
灌
等于预设总灌溉体积q
总
，关闭主灌溉系统100，开启副灌溉系统200，
71.s3：控制副灌溉系统200对主灌溉系统100的主灌溉管道101的肥水进行收集并二次灌溉。
72.其中，开启主灌溉系统100表现为启动整个主灌溉系统100进行正常灌溉，可以为按动总开关之后，整个主灌溉系统100的各部分均同时开启或依次开启，也可以分别开启主灌溉系统100中的各个部分。并且在步骤s1中，可以同时开启主灌溉系统100和关闭副灌溉系统200，也可以先关闭副灌溉系统200，再开启主灌溉系统100，或者在开启主灌溉系统100后，合适时间内，关闭副灌溉系统200。当然也可以理解为在开启主灌溉系统100时，副灌溉系统200为关闭状态。
73.针对本实施例的步骤s2而言，在q
灌
＝q
总
时，系统可以自动关闭主灌溉系统100，也可以手动关闭。在关闭主灌溉系统100时，可以对主灌溉系统100的各个部分同时关闭，也可以依次将各个部分关闭。在主灌溉系统100关闭后或关闭的同时将副灌溉系统200开启。当然也包括在主灌溉系统100的最后一个部分关闭后或最后一个部分关闭的同时开启副灌溉系统200。换句话说，在本发明的灌溉方法中，主灌溉系统100和副灌溉系统200在同一个时
间段内只能有一个在工作。
74.其中，已灌溉体积q
灌
指的是从主灌溉系统100中输出的肥水总量，并不是实际灌溉到待施肥地107的肥水体积，因为在实际灌溉过程中，主灌溉系统100的主灌溉管道101中会存留一部分待灌溉的肥水无法完全排空。因此，q
灌
＝q
总
＝q
管
q
地
，其中q
管
为主灌溉管道101中存留的肥水体积，q
地
为实际灌溉到待施肥地107的肥水体积。
75.针对本实施例的步骤s3而言，副灌溉系统200主要是将存留在主灌溉管道101中的肥水q
管
收集，并重新灌溉到待施肥地107中。
76.如图3所示，在本发明的另一个可选实施例中，针对步骤s2开启副灌溉系统200，和步骤s3控制副灌溉系统200对主灌溉系统100的主灌溉管道101的肥水进行收集并重新灌溉，包括：
77.s11：开启第一电磁阀204，
78.s12：确认所述第一电磁阀204的开启时间到达预设时间，
79.s13：开启输出动力机构203，
80.s14：收到第一液位提示，关闭输出动力机构203，其中，第一电磁阀204用于打开副灌溉系统200的储存室202进行存储肥水，输出动力机构203用于排出储存室202存储的肥水。
81.针对本实施例的步骤s12而言，为了防止开启第一电磁阀204后进入储存室202内的肥水无法满足输出动力机构203的排出条件，导致第一液位错误提示，因此需要设定第一电磁阀204的开启时间与输出动力机构203的开始时间差也就是预设时间。在预设时间内，储存室202内的肥水体积满足输出动力机构203的排出条件后，不会造成第一液位的错误提示，导致中断输出动力机构203。提高副灌溉系统200的效率。
82.其中，步骤s14中的第一液位提示，可以通过设置在储存室202的出口处的第二液位计207提供数据，在第二液位计207检测到储存室202内的肥水到位后，将数据发送到控制器，控制器接收第二液位计207的第一液位提示，控制输出动力机构203关闭，从而完成副灌溉系统200的重新浇灌过程。
83.当然，可以理解的是，在输出动力机构203关闭之前或关闭之后，第一电磁阀204也实现关闭。
84.如图4所示，在步骤s13开启输出动力机构203之后，且在步骤s14收到第一液位提示之前，灌溉方法还包括：
85.s21：确认进入储存室202的肥水流量小于预设流量，
86.s22：开启负压动力机构201，其中，负压动力机构201用于抽吸主灌溉管路内的肥水进入储存室202。
87.在一些实施例中，由于重力影响主灌溉管道101中的肥水，会自动流入储存室202内。因此开启第一电磁阀204就可以满足输出动力机构203的运行需求。在流入储存室202内的肥水流量过小即小于预设流量，表示重力作用无法满足正常输出需求，因此开启负压动力机构201主动进行抽吸。实现最大限度的将主灌溉管道101中的肥水抽吸到储存室202内，然后经过输出动力机构203重新灌溉到待施肥地107。
88.当然，可以理解的是，在输出动力机构203关闭之前或关闭之后，负压动力机构201也实现关闭。
89.如图5所示，在本发明的另一个可选实施例中，在步骤s2确定主灌溉系统100已灌溉体积等于预设总灌溉体积之前，灌溉方法还包括：
90.s31：确认进入主灌溉系统100的水量达到预设水量值，
91.s32：关闭主灌溉系统100的进水，
92.s33：确认主灌溉系统100正常工作。
93.在一些实施例中，主灌溉系统100通过输入水源到施肥机102内，与施肥机102内的肥料有机混合之后输出。确定预设总灌溉体积q
总
之后，相应的水源的总的用水量也就是预设水量值即确认。由于在施肥机102内需要混合时间，因此，会将输入施肥机102内的水源分成多个输水周期输入到施肥机102内，以实现最佳的混合效果。
94.在待灌溉系统需要进行肥水种类的更换或停止灌溉时，需要通过副灌溉系统200排空主灌溉管道101中的肥水之后才能进行。因此，水源供应到最后一个输水周期后达到了预设水量值将关闭主灌溉系统100也就是施肥机102的进水。但是施肥机102内仍然存在最后一个输水周期的肥水，主灌溉系统100的施肥机102继续正常工作。直至q
灌
＝q
总
。
95.进一步地，在本发明的可选实施例中，在步骤s2确定主灌溉系统100已灌溉体积等于预设总灌溉体积，关闭主灌溉系统100，包括：收到第二液位提示，关闭主灌溉系统100。
96.换句话说，第二液位提示来自于主灌溉系统100的液位监控，在本实施例中，例如，在施肥机102内设置第三液位计，用于发送到位信号给控制器，从而表示q
灌
＝q
总
，控制器将关闭主灌溉系统100。具体可以是关闭施肥机102。
97.此外，在本发明的另一个实施例中，输出动力机构203的输出流量等于流经第一电磁阀204的回流流量。可以有效地减小储存室202的体积，使输入储存室202的回流流量等于输出储存室202的输出流量。
98.本发明提供的集群式灌溉装置，通过在主灌溉系统的主灌溉管道上设置副灌溉系统，通过副灌溉系统实现主灌溉管道残留肥水的排空用尽；副灌溉系统通过重力和负压动力机构的作用使存储在主灌溉管道内的肥水流入储存室，并经由置于储存室出口处的输出动力机构将肥水二次排入待施肥地，一方面可以在更换不同种类肥水灌溉的过程中避免在主灌溉管道中的残留肥水发生不良混合，从而使灌溉作物产量受影响；另一方面副灌溉系统可以适用于各种不同的主灌溉系统，只需要在主灌溉管道中简单改装即可实现安装，无需对整个主灌溉系统进行大幅度改进，节省设备成本。
99.进一步地，本发明提供的集群式灌溉装置的灌溉方法依赖于集群式灌溉装置实现，因此也具备以上优势。
100.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。