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黄花菜智能水肥一体化控制系统的制作方法

来源：花匠小妙招时间：2024-11-26 21:14

1.本发明涉及农作物种植领域，具体为黄花菜智能水肥一体化控制系统。

背景技术：

2.目前黄花菜的种植基本上处于人工栽培阶段，未涉及智能养护领域，截止2021年，中国各地方的黄花菜的种植技术环节包括选地整地施基肥、种苗采集、栽植、水肥管理、田间管理、采收、加工及贮存，其中与本专利相关的，主要是在水肥管理上的改进，目前的水肥管理分为浇水、追肥，具体情况如下，浇水方面，黄花菜全生育期共浇水7次，第1次浇水在出苗期进行，亩滴灌用水量为40m3，第2次浇水在抽薹前进行，亩滴灌用水量为40m3，第3次浇水在抽薹期进行，亩滴灌用水量为40m3，从采摘开始至终花期共浇水3次，间隔10天左右1次，保持土壤湿润，10月中下旬浇足越冬水，亩滴灌用水量为40m3，采用直接灌溉和漫灌的方式，水源需求大，追肥方面，黄花菜出苗期，亩沟施生物有机肥50kg，抽薹前，亩滴施尿素10kg，在植株叶片出齐、花薹抽出15～20cm时，亩滴施尿素5kg+磷酸二氢钾100g，采摘期，亩滴施尿素5kg，采摘结束后，结合滴灌浇水亩沟施生物有机肥50kg作越冬肥，肥料直接撒在地面，利用率低。
3.黄花菜的产量与品质受到虫害、土壤和灌溉等多种因素影响，传统的灌溉和施肥方式浪费严重，利用率低，效果差，人工劳动强度大。因此，如何提高水肥利用效率、减少人力和时间浪费，正是现有技术面临的重要问题

技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了黄花菜智能水肥一体化控制系统，解决了传统灌溉施肥模式水源浪费严重、施肥效果不佳的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：黄花菜智能水肥一体化控制系统，包括水肥一体化控制系统，水肥一体化控制系统包括基层、植物储水区、种植区、智能管控系统、手持智能设备、过滤器安置区、水肥一体机和小型气象监测装置；
8.智能管控系统包括主控制模块、环境监测模块、监控模块、辅助监测模块、环境改善模块、报警模块、存储模块和电源供电模块，环境监测模块、监控模块、辅助监测模块、环境改善模块、报警模块、电源供电模块分别与主控制模块电性连接；
9.主控制模块包括微控制器和网关，微控制器与网关电性连接，网关与手持智能设备通信连接。
10.优选的，环境监测模块包括空气环境监测模块、土壤环境监测模块和光照强度传感器，空气环境监测模块包括空气温湿度传感器、pm2.5监测传感器、co2浓度传感器和有机挥发物传感器，土壤环境监测模块包括土壤水分监测传感器和土壤酸碱度传感器。
11.优选的，监控模块包括摄像头和co2红外传感器。
12.优选的，辅助监测模块包括肥料液罐液位传感器和水位传感器。
13.优选的，环境改善模块包括空气环境改善模块、土壤环境改善模块和补光灯，空气环境改善模块包括加湿器、co2钢瓶、空气净化器和负氧离子发生器，土壤环境改善模块包括植物储水区水泵和肥料液泵。
14.优选的，报警模块包括喇叭和报警器。
15.优选的，电源供电模块包括蓄电池和太阳能电池板。
16.优选的，手持智能设备设为手机或平板电脑，存储模块设为sd卡或tf卡。
17.工作原理：运行时，通过空气温湿度传感器、pm2.5检测传感器、co2浓度传感器、有机挥发物传感器将检测空气中的温度、湿度、pm2.5的值、co2的浓度、有机挥发物的情况传输给微控制器，微控制器判断空气中的温度、湿度、pm2.5的值、co2的浓度、有机挥发物是否在设定范围内，从而控制加湿器、co2钢瓶、空气净化器和负氧离子发生器进行相应的工作；
18.通过土壤水分检测传感器和土壤酸碱度传感器将检测土壤中的水分、酸碱度情况传输给微控制器，微控制器判断土壤中的水分、酸碱度是否在设定范围内，从而控制植物储水区水泵和肥料液泵进行相应的工作；
19.通过光照强度传感器将感受到的光照强度传输给微控制器，微控制器进行判断后操作补光灯进行相应的工作；
20.通过摄像头对植物养护的过程进行监控，红外传感器检测是否有小动物从而使微控制器进行相应的喇叭播放和报警器报警；存储模块对每个操作过程进行存储；太阳能电池将光能转换为电能，为蓄电池进行充电和智能管控系统提供电源；
21.通过肥料液罐液位传感器检测肥料液罐中的肥料液是否用完，当肥料液用完时微控制器控制报警器进行报警并通过网关传送至手持智能设备；通过水位传感器检测植物储水区中的水是否用完，当水用完时微控制器控制报警器进行报警并通过网关传送至手持智能设备；
22.微控制器通过网关用wifi、3g、4g或5g网络将每个操作过程传输给手持智能设备，手持智能设备可实时进行查看并发出相应的指令控制智能管控系统进行相应的操作。
23.(三)有益效果
24.本发明提供了黄花菜智能水肥一体化控制系统。具备以下有益效果：
25.本发明提供了黄花菜智能水肥一体化控制系统，该系统可减少人力和时间浪费，传统模式需耗费大量人力和时间，需农民进行浇水、施肥等劳作，水肥一体化技术通过机械方法浇灌，农民作业时只需手持app控制阀门即可，能够很好地减少人力投入，达到降低成本的目的。
26.本发明提供了黄花菜智能水肥一体化控制系统，该系统有效减少病害发生率，传统的浇灌方法，病害可通过灌溉水流动进行传播，导致大面积发生，滴灌直接浇灌玉米的根部，切断了病害的传播途径，同时，减少了蒸发量，降低了田间的空气湿度，降低了病虫害的发生率。
27.本发明提供了黄花菜智能水肥一体化控制系统，该系统可实现增产增收，通过运用水肥一体化的方法种植黄花菜，可提高水肥的利用率，在降低生产成本的基础上满足黄花菜生长所需，实现黄花菜种植的节本增效。
28.本发明提供了黄花菜智能水肥一体化控制系统，该系统可提高资源利用率，滴灌
设备直接将水运到黄花菜根部附近，保持了土壤表面干燥，避免因土壤湿润而滋生病菌，减少了农药的使用量，不仅能够保证农作物安全，还能够减少环境污染。
附图说明
29.图1为本发明安装剖面示意图；
30.图2为本发明组成示意图；
31.图3为本发明智能管控系统组成示意图；
32.图4为本发明主控制模块组成示意图；
33.图5为本发明环境监测组成示意图；
34.图6为本发明监控模块组成示意图；
35.图7为本发明辅助监测模块组成示意图；
36.图8为本发明环境改善模块组成示意图；
37.图9为本发明报警模块组成示意图；
38.图10为本发明电源供电模块组成示意图；
39.图11为本发明空气环境改善模块组成示意图；
40.图12为本发明土壤环境改善模块组成示意图；
41.图13为本发明空气环境监测模块组成示意图；
42.图14为本发明土壤环境监测模块组成示意图。
43.其中，1、基层；2、植物储水区；3、种植区；4、智能管控系统；5、手持智能设备；6、水肥一体化控制系统；7、过滤器安置区；8、水肥一体机；9、小型气象监测设备；401、主控制模块；402、环境监测模块；403、监控模块；404、辅助监测模块；405、环境改善模块；406、报警模块；407、存储模块；408、电源供电模块；40101、微控制器；40102、网关；40201、空气环境监测模块；40202、土壤环境监测模块；40203、光照强度传感器；40301、摄像头；40302、红外传感器；40401、肥料液罐液位传感器；40402、水位传感器；40501、空气环境改善模块；40502、土壤环境改善模块；40503、补光灯；40601、喇叭；40602、报警器；40801、蓄电池；40802、太阳能电池板；4050101、加湿器；4050102、co2钢瓶；4050103、空气净化器；4050104、负氧离子发生器；4050201、植物储水区水泵；4050202、肥料液泵；4020101、空气温湿度传感器；4020102、pm2.5监测传感器；4020103、co2浓度传感器；4020104、有机挥发物传感器；4020201、土壤水分监测传感器；4020202、土壤酸碱度传感器。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
45.实施例：
46.如图1-14所示，本发明实施例提供黄花菜智能水肥一体化控制系统，包括水肥一体化控制系统6，水肥一体化控制系统6包括基层1、植物储水区2、种植区3、智能管控系统4、手持智能设备5、过滤器安置区7、水肥一体机8和小型气象监测装置9，水肥一体机8的施肥
器、滴灌带、滴灌管、过滤器安装要合理布局，主管位于水源一侧与垄垂直，进水口与施肥器相连，每一垄垄顶上摆放一条滴灌带。滴灌带选用管径为16mm、滴头间距300mm单边翼迷宫式滴灌带，支管主管选用内径5cm的聚乙烯软水带；
47.智能管控系统4包括主控制模块401、环境监测模块402、监控模块403、辅助监测模块404、环境改善模块405、报警模块406、存储模块407和电源供电模块408，环境监测模块402、监控模块403、辅助监测模块404、环境改善模块405、报警模块406、电源供电模块408分别与主控制模块401电性连接；
48.主控制模块4010包括微控制器40101和网关40102，微控制器40101与网关40102电性连接，网关40102与手持智能设备5通信连接，网关40102通过wifi、2g、3g或4g网络实现微控制器40101与手持智能设备5之间的数据交换；
49.环境监测模块402包括空气环境监测模块40201、土壤环境监测模块40202、光照强度传感器40203，空气环境监测模块40201包括空气温湿度传感器4020101、pm2.5监测传感器4020102、co2浓度传感器4020103和有机挥发物传感器4020104，土壤环境监测模块40202包括土壤水分监测传感器4020201和土壤酸碱度传感器4020202，空气温湿度传感器4020101用于监测空气的温度和湿度，pm2.5监测传感器4020102用于监测空气中的pm2.5的值，co2浓度传感器4020103用于监测co2的浓度，有机挥发物传感器4020104用于监测空气中的有机挥发物，土壤水分监测传感器4020201用于监测土壤的温度和湿度，土壤酸碱度传感器4020202用于土壤的酸碱度，光照强度传感器40203用于监测光照强度；
50.监控模块403包括摄像头40301和红外传感器40302，摄像头40301用于监控植物的生长和养护状态，红外传感器40302用于监测是否有外来动物来对植物的生长进行干扰，辅助监测模块404包括肥料液罐液位传感器40401和水位传感器40402，肥料液罐液位传感器40401用于监测肥料液罐的肥料液是否已经用完，水位传感器40402用于监测植物储水区2的水是否已经用完，环境改善模块405包括空气环境改善模块40501、土壤环境改善模块40502和补光灯40503，空气环境改善模块40501包括加湿器4050101、co2钢瓶4050102、空气净化器4050103和负氧离子发生器4050104，土壤环境改善模块40502包括植物储水区水泵4050201和肥料液泵4050202，加湿器4050101用于在空气干燥环境下加湿空气，co2钢瓶4050102用于在空气co2含量较少的时候提供co2，空气净化器4050103用于pm2.5的值或有机挥发物超出预定值时对空气进行净化，负氧离子发生器4050104用于在设定的时间内向植物提供负氧离子，植物储水区水泵4050201用于土壤水分含量较低时抽取植物储水区2的水对土壤进行浇灌，肥料液泵4050202用于在土壤中的酸碱度超过预定值时肥料液对土壤中进行浇灌，补光灯40503用于在光照强度不够的情况下补充灯光，报警模块406包括喇叭40601和报警器40602，喇叭40601用于红外传感器40302监测到有动物等干扰源时播放凶猛动物的声音，报警器40602用于在植物收到严重干扰时进行报警；
51.电源供电模块408包括蓄电池40801和太阳能电池板40802，蓄电池40801用于为智能管控系统4提供电源，太阳能电池482用于在有太阳的情况下为智能管控系统4提供电源盒为蓄电池40802充电，存储模块407设为sd卡或tf卡，sd卡或tf卡用于记录管控系统的每个操作程序；
52.该系统在使用时应注意：
53.1、制订水肥计划
54.关于施肥装置，北方通常采用碾压式的施肥罐，但有时也采用自动灌溉施肥系统，在制订水肥计划时，要充分了解黄花菜的需水和需肥特性，黄花菜耗水量一般保持在400mm，前、后期黄花菜的水分需求有所不同，分别保持在60％和70％左右，也就是说，为了获得较高的产量，后期需要的水分更大一些，在灌溉时，须将水量保持在60％左右，根据实际情况，在灌溉中，为了保证生育期最合适的水量，滴灌的次数一般为8次，水量一般为75％左右，灌溉定额一般为55m3/亩，在播种时期，必须按照一定的规律来施肥，以便让菜种尽快发芽，根据黄花菜生长对营养的需求，当发现土壤干裂时，要马上松土，以便为菜种补充充足的营养，到了幼苗时期，为了让幼苗茁壮成长，必须严防病虫害，可以撒一些氨肥来保证营养，在块茎形成和增长的时期，为了保证生长过程的养分占到50％，要增加化肥的施用量，在淀粉积累时期，要将化肥减少到总量的25％，在这个过程中，需要施7次肥，每9d施肥1次，使养分与基肥的比例为1∶3；
55.2、科学应用标准化灌溉系统
56.在黄花菜种植过程中，应用标准化灌溉系统是水肥一体化效果的重要保证，但在标准化灌溉系统应用过程中，由于种植地点环境、位置的不同，对于管道的铺设也有所不同，应根据灌溉的要求调整管道铺设长度，并根据灌溉管道所能够达到的土壤面积来设计滴头距离，滴灌带中水的流速控制在1～1.35l/h，滴头距离大约在26cm，以土壤中的水分控制在50％、温度在16℃最为适宜，要遵循少量多次的灌溉原则，提高灌溉的合理性和科学性，达到灌溉时间2.6h，灌溉面积为0.45-0.55hm2，灌溉系统在使用后要进行清理，防止藻类生长堵塞管道，清理方法是在肥水灌溉后再灌溉一定量的清水，进行管道冲洗；
57.3、合理控制营养液
58.营养液的控制应当从三个方面进行：
59.其一，ec值的控制，ec值表示溶液中的可溶性盐浓度，也被称之为电导率，在幼苗之后，营养液的ec值应当保持在1.8ms/cm左右，随着幼苗的生长，应当逐渐加大营养液的浓度，一般来说，当第一穗番茄出现转色的时候ec值应当达到2.8ms/cm左右，除此之外，ec值的调节还要视温度情况而定，夏天和晴天的时候应当低一些，而冬天和阴天的时候则适当调高一些，
60.其二，ph值的控制，营养液的ph值对各项营养元素的利用和吸收有直接的影响，一般来说，ph值尽量控制在5.5到6.5之间，这个范围内的ph值适合作物生长，假如ph值低于5.5，营养液中mo、s、mg、ca、k、p、n等元素的吸收率将会受到影响，假如ph值高于6.5，营养液中的cu、zn、mn、fe等元素的吸收率将会受到影响，在实际工作中，如果出现ph值过低的情况，工作人员应当适当加入氢氧化钾进行调节，假如ph值过高，工作人员则适当加入硝酸进行调节，
61.其三，循环次数的控制，阴雨天气的时候应当循环10次左右，每次时间控制在30min以内，晴天的时候每天循环10次左右，每次的时间可以适当增加，当第一株黄花菜开始有花苞的时候，黄花菜的植株基本上已经到达成年苗状态，在这之后，黄花菜植株的蒸腾
62.量不会再继续增加，所以每次的循环时间可以控制在40min左右，而间隔时间可以稳定在0.5h左右，与此同时，工作人员应当依据作物的废液回收量确定循环次数，尽量阴雨天掌握在10％-15％之间，而晴天的时候掌握在20％-25％之间，高温季节可以适当提高5％；
63.4、施肥灌溉的具体操作
64.在营养液控制好之后，就要进行施肥灌溉的具体操作，通常来说，施肥灌溉应当分成三个步骤进行：第一步，选择不含肥料的水进行湿润，旨在检查系统的性能，包括过滤设备、施肥装置等，确保各个部件牢固连接，尤其是承压部位，要处于密封状态，而且所有接口位置正确，阀门启闭灵活，压力表灵敏，第二步，严格按照操作系统的操作要求，利用肥料溶液进行灌溉，在进行水肥耦合管理的过程中，农业技术人员要根据技术措施、设施条件、土壤性质、根系分布、土壤水分条件、黄花菜需水规律等要素制定科学的灌溉制度，包括灌溉定额、灌水定额、灌水时间、灌水次数等，与此同时，农业技术人员或种植户还要结合黄花菜的根系状况对湿润层的深度进行预测并确定计划，一般来说，对于黄花菜，湿润层的深度通常控制在0.2m-0.3m左右，第三步，使用不含肥料的水对灌溉系统进行清洗，最后一步的清洗工作非常重要，这样可以冲洗干净系统内的肥液，在一定程度上延长系统的寿命。
65.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.黄花菜智能水肥一体化控制系统，包括水肥一体化控制系统(6)，其特征在于：所述水肥一体化控制系统(6)包括基层(1)、植物储水区(2)、种植区(3)、智能管控系统(4)、手持智能设备(5)、过滤器安置区(7)、水肥一体机(8)和小型气象监测设备(9)；所述智能管控系统(4)包括主控制模块(401)、环境监测模块(402)、监控模块(403)、辅助监测模块(404)、环境改善模块(405)、报警模块(406)、存储模块(407)和电源供电模块(408)，所述环境监测模块(402)、监控模块(403)、辅助监测模块(404)、环境改善模块(405)、报警模块(406)、电源供电模块(408)分别与主控制模块(401)电性连接；所述主控制模块(4010)包括微控制器(40101)和网关(40102)，所述微控制器(40101)与网关(40102)电性连接，所述网关(40102)与手持智能设备(5)通信连接。2.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述环境监测模块(402)包括空气环境监测模块(40201)、土壤环境监测模块(40202)和光照强度传感器(40203)，所述空气环境监测模块(40201)包括空气温湿度传感器(4020101)、pm2.5监测传感器(4020102)、co2浓度传感器(4020103)和有机挥发物传感器(4020104)，所述土壤环境监测模块(40202)包括土壤水分监测传感器(4020201)和土壤酸碱度传感器(4020202)。3.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述监控模块(403)包括摄像头(40301)和co2红外传感器(40302)。4.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述辅助监测模块(404)包括肥料液罐液位传感器(40401)和水位传感器(40402)。5.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述环境改善模块(405)包括空气环境改善模块(40501)、土壤环境改善模块(40502)和补光灯(40503)，所述空气环境改善模块(40501)包括加湿器(4050101)、co2钢瓶(4050102)、空气净化器(4050103)和负氧离子发生器(4050104)，所述土壤环境改善模块(40502)包括植物储水区水泵(4050201)和肥料液泵(4050202)。6.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述报警模块(406)包括喇叭(40601)和报警器(40602)。7.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述电源供电模块(408)包括蓄电池(40801)和太阳能电池板(40802)。8.根据权利要求1所述的黄花菜智能水肥一体化控制系统，其特征在于：所述手持智能设备(5)设为手机或平板电脑，所述存储模块(407)设为sd卡或tf卡。

技术总结
本发明提供黄花菜智能水肥一体化控制系统，涉及农作物种植领域。该黄花菜智能水肥一体化控制系统，包括水肥一体化控制系统。该系统是在互联网技术下，种植户手持智能系统，借助压力系统或者地形的自然落差，结合土壤养分含量以及作物种类的需肥情况，将可溶性肥料配兑成肥液，利用管道系统与灌溉水一起完成水肥供给，该系统原理是在水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌，将营养物质均匀、定时、定量地输送到作物根系土壤，确保作物对肥料养分及适宜的水分进行有效吸收，可根据土壤环境和不同作物需肥特点，针对性地施肥和灌溉，弥补了传统水肥分离方式造成的各种弊端，同时种植户可以通过互联网技术，实时了解黄花菜生长情况。实时了解黄花菜生长情况。实时了解黄花菜生长情况。

技术研发人员：张青肖智雄
受保护的技术使用者：湖南新发食品有限公司
技术研发日：2022.09.01
技术公布日：2022/12/1