一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统及方法与流程

1.本发明属于水肥一体化技术领域，具体是一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统及方法。


背景技术：

2.近年来我国的蔬菜产业发展迅猛，在我国经济发展特别是在农业结构调整过程中占有重要的地位；施肥和灌溉是蔬菜生产中两项重要的田间作业，肥料成本是生产成本的重要组成，灌溉水资源的利用与保护，关系到农业的可持续发展和生态保护；因此，水资源的高效利用和肥料利用率的提升是高效农业生产中非常重要的两个方面。
3.目前水肥一体化设备是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术；采用灌溉施肥技术，可按照作物生长需求，进行全生育期需求设计，把水分和养分定量、定时，按比例直接提供给作物。在我国设施蔬菜水肥管理的过程中主要存在以下问题：(1)灌水量过大：大多数设施栽培蔬菜的水分管理模式仍然延用经验式的灌溉管理方式，尚没有形成准确的灌水指标；(2)灌水频率不合理：灌水时间上存在很大的随意性，不能根据植株各生育时期对水分的需求规律适时适宜地调整每次的用水量以及灌溉频率；(3)施肥方法、方式不当：肥料的施用方法以及施用时间都有高度的可变性和随意性，施用氮磷钾比例失调，导致蔬菜品质下降和生理性病害的发生；(4)灌水施肥智能程度较低：对土壤的水肥变化跟踪分析不连续导致在灌水施肥过程中没能根据土壤含水率、肥力情况自动进行补水、补肥等。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统及方法。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统，包括设置于田地中的滴灌装置、一号土壤传感器及二号土壤传感器，与滴灌装置相连的一号泵，与一号泵相连的集中桶，分别与集中桶相连的二号泵和三号泵，以及控制装置，所述二号泵还连接设置有水箱，所述三号泵还连接设置有供肥装置，所述供肥装置包括相连通的若干肥箱，若干所述肥箱连通处均设置有四号泵；
7.所述控制装置包括plc控制器以及与其通过网络连接的web服务器，所述一号泵、二号泵、三号泵、一号土壤传感器及二号土壤传感器均与所述plc控制器电性连接。
8.优选的，所述一号土壤传感器及二号土壤传感器用于实时采集作物生长环境土壤温度、含水量和养分信息，数据实时上传到plc控制系统。
9.优选的，所述一号土壤传感器及二号土壤传感器均包括若干无线探头，若干无线探头均匀分布于田间，用于对作物生长环境土壤温度、含水量和养分信息进行多点监控。
10.优选的，所述web服务器包括：
11.models模型层:负责数据库建模与数据库交互；
12.templates模板层:用于处理用户显示的网页内容；
13.views视图层:用于处理与用户交互的部分，处理用户的请求并给出响应。
14.优选的，还包括视觉采集系统，利用摄像头对冠层进行拍照，获得作物冠层数字照片，自动剔除非叶片背景，对照片色彩参数进行筛选，实现叶面图像红、绿、蓝3个色彩通道信息的计算，根据作物冠层在不同缺氮状态下在红、绿、蓝3个色彩参数的反应差异，结合田间试验，筛选出图像的可见光大气阻抗植被指数，对植物氮素营养进行诊断，依据不同产量目标下作物对氮肥的需求，给出相应的氮肥追肥量，进行农田氮肥的科学管理。
15.优选的，所述plc控制系统通过网络将数据上传到云端服务器,web服务器对云端服务器发送get/post请求,云端服务器收到请求后会做一个响应,向web 服务器发送json格式的数据，web服务器将获取到的数据存入mysql数据库。
16.优选的，所述滴灌装置包括两种操作模式，手动模式及自动模式；
17.所述手动模式是通过手动按下启动按钮进行启动，并按照设定时间手动灌溉或手动施肥；
18.所述自动模式是系统判断含水率低于低限，自动灌溉，直到含水率高于高限值，并监测是否允许水肥一体化，如果允许则同时定量施肥。
19.还公开了一种设施蔬菜智能水肥一体化控制方法，包括以下步骤：
20.判断系统模式是手动模式还是自动模式，并按照系统模式进行灌溉及施肥，其中，自动模式，判断含水率是否低于低限；手动模式，判断手动启动按钮是否被按下；
21.系统运行结束后，关闭阀门、一号泵、二号泵和三号泵等。
22.优选的，所述按照系统模式进行灌溉及施肥，包括：
23.手动灌溉步骤，按照设定时间手动灌溉，监测是否允许水肥一体化，如果允许则同时定量施肥；
24.自动灌溉步骤，自动灌溉，直到含水率高于高限值，监测是否允许水肥一体化，如果允许则同时定量施肥；
25.其中，所述定量施肥为通过定时施肥，实现定量施肥。
26.优选的，还包括报警监控：
27.传感器超过高限报警：传感器采集数值高于传感器量程高限则报警；
28.传感器低于低限报警：传感器采集数值低于传感器量程低限则报警；
29.灌溉超过最长监视时间报警：设定最长灌溉时间，当自动灌溉时，灌溉时间大于最长时间则报警；
30.肥料罐液位低报警：肥料罐液位低于下部液位开关，则报警。
31.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
32.本发明中，将plc输入随水灌溉的肥量进行编程，结合蠕动泵进行加肥，并通过触摸屏显示施肥量，实现数据的实时监测、存储和控制，大大减少了系统的体积和成本，使得操作更为便捷。
33.本发明中，采用传感器并通过均匀设置于田间的无线探头实时采集土壤含水量信息，对根据相应作物、相应生长期需水标准分析后，进行及时灌溉；同时结合云端储存技术，对采集数据进行分析以及储存，根据平台内开发的相关程序进行分析，以达到实时监测、精准分析、精准施策的效果。
34.本发明中，利用摄像头对冠层拍照，通过筛选照片色彩参数，实现叶面信息计算，从而筛选出图像的可见光大气阻抗植被指数，由此建立植物模型对作物的营养进行诊断并给出相应的追肥量，根据植物缺肥情况单独进行施肥控制。
附图说明
35.图1是本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统的整体结构示意图；
36.图2是本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统中智能处理终端工作流程图；
37.图3是本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统中web服务器结构示意图；
38.图4是本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统的工作原理示意图；
39.图5是本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制方法的流程图。
40.附图说明：1、滴灌装置；2、一号土壤传感器；3、二号土壤传感器；4、一号泵；5、集中桶；6、二号泵；7、三号泵；8、水箱；9、肥箱；10、四号泵； 11、plc控制器；12、web服务器；13、无线探头；14、触摸屏。
具体实施方式
41.以下结合附图1-5，进一步说明本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统及方法的具体实施方式。本发明一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统不限于以下实施例的描述。
42.实施例1：
43.本实施例给出一种设施蔬菜智能水肥一体化控制系统的具体结构，如图1-4 所示，包括设置于田地中的滴灌装置1、一号土壤传感器2及二号土壤传感器3，与滴灌装置1相连的一号泵4，与一号泵相连的集中桶5，分别与集中桶相连的二号泵6和三号泵7，以及控制装置，二号泵6还连接设置有水箱8，三号泵还连接设置有供肥装置，供肥装置包括相连通的若干肥箱9，若干肥箱连通处均设置有四号泵10；
44.控制装置包括plc控制器11以及与其通过网络连接的web服务器12，一号泵4、二号泵6、三号泵7、一号土壤传感器2及二号土壤传感器3均与plc控制器11电性连接。
45.一号土壤传感器2及二号土壤传感器3均包括若干无线探头13，若干无线探头13均匀分布于田间，用于对作物生长环境土壤温度、含水量和养分信息进行多点监控。
46.具体地，一号土壤传感器2及二号土壤传感器3用于实时采集作物生长环境土壤温度、含水量和养分信息，数据实时上传到plc控制系统11。
47.具体地，web服务器12包括：
48.models模型层:负责数据库建模与数据库交互；
49.templates模板层:用于处理用户显示的网页内容；
50.views视图层:用于处理与用户交互的部分，处理用户的请求并给出响应。
51.具体地，还包括视觉采集系统，利用摄像头对冠层进行拍照，获得作物冠层数字照片，自动剔除非叶片背景，对照片色彩参数进行筛选，实现叶面图像红、绿、蓝3个色彩通道信息的计算，根据作物冠层在不同缺氮状态下在红、绿、蓝3个色彩参数的反应差异，结合田间试验，筛选出图像的可见光大气阻抗植被指数，对植物氮素营养进行诊断，依据不同产量
目标下作物对氮肥的需求，给出相应的氮肥追肥量，进行农田氮肥的科学管理。
52.具体地，plc控制系统11通过网络将数据上传到云端服务器,web服务器12 对云端服务器发送get/post请求,云端服务器收到请求后会做一个响应,向web 服务器12发送json格式的数据，web服务器12将获取到的数据存入mysql数据库。
53.进一步的，滴灌装置包括两种操作模式，手动模式及自动模式；
54.手动模式是通过手动按下启动按钮进行启动，并按照设定时间手动灌溉或手动施肥；
55.自动模式是系统判断含水率低于低限，自动灌溉，直到含水率高于高限值，并监测是否允许水肥一体化，如果允许则同时定量施肥。
56.实施例2：
57.本实施例给出一种设施蔬菜智能水肥一体化控制方法的具体实施方式，如图5所示，包括以下步骤：
58.判断系统模式是手动模式还是自动模式，并按照系统模式进行灌溉及施肥，其中，自动模式，判断含水率是否低于低限；手动模式，判断手动启动按钮是否被按下；
59.系统运行结束后，关闭阀门、一号泵、二号泵和三号泵等。
60.进一步的，按照系统模式进行灌溉及施肥，包括：
61.手动灌溉步骤，按照设定时间手动灌溉，监测是否允许水肥一体化，如果允许则同时定量施肥；
62.自动灌溉步骤，自动灌溉，直到含水率高于高限值，监测是否允许水肥一体化，如果允许则同时定量施肥；
63.其中，定量施肥为通过定时施肥，实现定量施肥。
64.进一步的，还包括报警监控：
65.传感器超过高限报警：传感器采集数值高于传感器量程高限则报警；
66.传感器低于低限报警：传感器采集数值低于传感器量程低限则报警；
67.灌溉超过最长监视时间报警：设定最长灌溉时间，当自动灌溉时，灌溉时间大于最长时间则报警；
68.肥料罐液位低报警：肥料罐液位低于下部液位开关，则报警。
69.工作原理：如图1-5所示，首先，将plc输入随水灌溉的肥量进行编程，结合蠕动泵进行加肥，并通过触摸屏14显示施肥量，实现数据的实时监测、存储和控制，大大减少了系统的体积和成本，使得操作更为便捷。
70.其次，采用传感器实时采集土壤含水量信息，根据相应作物、相应生长期需水标准分析后，进行及时灌溉；同时结合云端储存技术，对采集数据进行分析以及储存，根据平台内开发的相关程序进行分析，以达到实时监测、精准分析、精准施策的效果。
71.最后，利用摄像头对冠层拍照，通过筛选照片色彩参数，实现叶面信息计算，从而筛选出图像的可见光大气阻抗植被指数，由此建立植物模型对作物的营养进行诊断并给出相应的追肥量，根据植物缺肥情况单独进行施肥控制。
72.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。