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一种应用于盐碱地区的小麦玉米智能化水肥调控设备及方法

花匠小妙招
2025-10-13 11:40

本发明涉及为一种应用于盐碱地区的小麦玉米智能化水肥调控设备及方法。

背景技术：

1、传统的农业灌溉方式简陋，大部分是以人工作业为主，普遍采用扬肥后灌溉，水浪费与肥料下沉堆积严重，造成土壤板结。随着科学技术的发展，农业上逐渐开始尝试新的灌溉施肥方式。水肥一体化是解决传统灌溉施肥的一种普遍方式，目前主要应用于果园、大棚种植等便于集中管理的农业生产中，获得良好的效果。但是符合小麦玉米等大田农业技术应用很少，现有的针对果园、大棚的集中种植水肥一体化系统不能满足小麦玉米大田大面积种植要求。山东作为重要的小麦玉米粮食产区，水肥一体化若能在大田中得到应用对于节水节肥，增产增效，保重粮食安全，土壤生态保护具有重要意义。

2、目前，小麦玉米水肥一体化系统主要面临种植面积大不便于集中管理、基础铺设成本高、维护成本高、受外部天气影响大、监测难度高、智能化程度低等问题，使小麦玉米水肥一体化一直没有得到普遍应用。

技术实现思路

1、本发明提供一种应用于盐碱地区的小麦玉米智能化水肥调控设备及方法，提供周期流动性的水肥一体化作业系统，解决小麦玉米种植面积大不便于集中管理、基础铺设成本高、维护成本高、受外部天气影响大、监测难度高、智能化程度低的问题。

2、为解决上述问题，本发明所述的一种应用于盐碱地区的小麦玉米智能化水肥调控设备及方法，包括主工作站、流动工作台、环境监测系统和微喷装置，所述主工作站为固定位置建设在种植范围的中心位置，与所述流动工作台和所述环境监测系统进行无线信号传输控制；所述流动工作台形式为可移动工作车，可以转换地点流动作业，所述流动工作台工作时处于静止状态，与所述微喷装置连接；所述环境监测系统设置在种植田内，并将数据实时传送回所述主工作站；所述主工作站分析数据将分析结果发送到所述流动工作台控制所述流动工作台完成作业。

3、进一步的，所述主工作站包括中央处理单元、存储单元、显示单元、信号处理单元、人工操控单元、供电单元和维护单元，所述供电单元一端连接常规供电电源和应急电源，另一端连接用电设备，所述供电单元管理电源分配与特殊情况对用电设备的保护，所述中央处理单元分别电连接所述存储单元、所述显示单元、所述信号处理单元、所述人工操控单元和所述维护单元，所述信号处理单元包括信号接收装置和信号预处理模块，所述信号接收装置与所述环境监测系统和所述流动工作台无线通信，将接收的数据通过信号预处理模块传送给所述中央处理单元分析后传送给所述存储单元存储同时将实时状态传送给所述显示单元，所述维护单元设有原料分配模块、作业分配模块和维护记录模块。

4、进一步的，所述流动工作台包括车体、自吸泵、过滤塔、高浓肥液箱、稀释肥液箱、高浓肥液加注泵、稀释肥液加注泵、主水管和控制柜，所述车体为牵引式，所述车体前端设有所述自吸泵，所述自吸泵通过出水管与所述过滤塔连接，所述自吸泵抽取水源中水注入所述过滤塔，所述过滤塔出水口与所述主水管连接，所述主水管通过小水管与所述稀释肥液箱相连，所述过滤塔与所述稀释肥液箱之间设有所述高浓肥液箱，所述高浓度肥液箱底部出口处设有所述高浓肥液加注泵，所述高浓肥液加注泵通过小水管与所述稀释肥液箱相连，所述稀释肥液箱底部出口设有所述稀释肥液加注泵，所述稀释肥液加注泵通过小水管与所述主水管连接。

5、进一步的，所述过滤塔包括过滤塔体、过滤塔盖、过滤总成和压力监测器，所述过滤塔体上方设有所述过滤塔盖，所述过滤塔体内设有所述过滤总成，所述过滤塔盖可打开将所述过滤总成从所述过滤塔体中取出清洗，所述过滤总成中上方设有一级过滤网，所述过滤总成中下方设有二级过滤网。

6、进一步的，所述稀释肥液箱包括箱体、搅动电机、叶片和环流网，所述箱体上方设有所述搅动电机，所述搅动电机下方设有所述叶片，所述搅动电机带动所述叶片旋转，所述箱体中下方设有所述环流网。

7、进一步的，所述环流网中间下垂成弧形并与上方通过垂直网束相连。

8、进一步的，所述控制柜设有控制单元，所述稀释肥液箱与所述主水管之间设有电磁阀，所述控制单元与所述高浓肥液加注泵、稀释肥液加注泵、电磁阀电连接进一步的环境监测系统包括环境监测主塔和土壤监测装置，所述环境监测主塔设有太阳能电池板、无线通信单元、空气温湿度监测单元和定位单元，所述太阳能电池板为所述环境监测系统提供电力，所述无线通信单元将采集的信号传送回所述主工作站，所述空气温湿度监测单元监测空气环境变化，所述环境监测主塔与土壤监测装置电连接，所述定位单元内含有每个所述环境监测系统的唯一标记信息与位置信息。

9、本发明包含小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统的实施方法：该实施方法包括对小麦玉米大田进行单元划分，具体是确定每个单元的宽度wu和微喷装置管道铺设间距wp，方法步骤包括：

10、步骤s01，确定流动工作台中自吸泵所能提供的最大水压与主水管208所能达到的最大水压，取这两个水压中较小的定义为pmax；步骤s02，确定农田地块的最大长度，定义为lmax；步骤s03，确定微喷装置中管道的管径r；

11、需要说明的是pmax、lmax为已知量，pmax为流动工作台的设计额定参数，不同设计要求会导致pmax不同，同一台pmax值一致，lmax为区域农田的尺度，lmax取区域农田长度的最大值，也可以看做已知量；

12、步骤s04，根据管径r、管子两端的压强差δp，长度lmax，以及流体的粘滞系数η，流量q＝πr4δp/8ηlmax，q＝vs，v是流体速度，s是流体面积，v＝q/s，wp＝2v2cosα/g*sinα；wu＝nwp；其中，α为水流射出角度，g为重力系数；

13、本发明包含小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统的工作方法：

14、步骤s01，系统通电启动并自检；

15、步骤s02，自检通过，主工作站主动向环境监测系统请求获取区域内单元的空气环境与土壤环境数据；

16、步骤s03，主工作站对数据进行分析，筛选出需要灌溉施肥的单元，计算出单元面积、确定位置、确定此区块所需的肥料量、所需肥料种类；

17、步骤s04，根据主工作站计算出的肥料量配置好高浓肥液，并将高浓肥液注入流动工作台的高浓肥液箱；

18、步骤s05，流动工作台获取主工作站的针对此单元的作业数据，精确控制加水稀释后释放管道中完成水肥一体化灌溉。

19、本发明有效的解决了小麦玉米种植面积大不便于集中管理、基础铺设成本高、维护成本高、受外部天气影响大、监测难度高、智能化程度低等问题。

技术特征：

1.一种应用于盐碱地区的小麦玉米智能化水肥调控设备及方法，其特征在于，包括条形承载基座(1.小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：包括主工作站(100)、流动工作台(200)、环境监测系统(300)和微喷装置(400)，所述主工作站(100)为固定位置建设在种植范围的中心位置，与所述流动工作台(200和所述环境监测系统(300)进行无线信号传输控制；所述流动工作台(200)形式为可移动工作车，可以转换地点流动作业，所述流动作台(200)工作时处于静止状态，与所述微喷装置(400)连接；所述环境监测系统(300)设置在种植田内，并将数据实时传送回所述主工作站(100)；所述主工作站(100)分析数据将分析结果发送到所述流动工作台(200)控制所述流动工作台(200)完成作业。

2.根据权利要求1所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述主工作站(100)包括中央处理单元(101)、存储单元(102)、显示单元(103)、信号处理单元(104)、人工操控单元(105)、供电单元(106)和维护单元(107)，所述供电单元(106)一端连接常规供电电源和应急电源，另一端连接用电设备，所述供电单元(106)管理电源分配与特殊情况对用电设备的保护，所述中央处理单元(101)分别电连接所述存储单元(102)、所述显示单元(103)、所述信号处理单元(104)、所述人工操控单元(105)和所述维护单元(107)，所述信号处理单元(104)包括信号接收装置和信号预处理模块，所述信号接收装置与所述环境监测系统(300)和所述流动工作台(200)无线通信，将接收的数据通过信号预处理模块传送给所述中央处理单元(101)分析后传送给所述存储单元(102)存储同时将实时状态传送给所述显示单元(103)，所述维护单元(107)设有原料分配模块、作业分配模块和维护记录模块。

3.根据权利要求1所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述流动工作台(200)包括车体(201)、自吸泵(202)、过滤塔(203)、高浓肥液箱(204)、稀释肥液箱(205)、高浓肥液加注泵(206)、稀释肥液加注泵(207)、主水管(208)和控制柜(209)，所述车体(201)为牵引式，所述车体(201)前端设有所述自吸泵(202)，所述自吸泵(202)通过出水管与所述过滤塔(203)连接，所述自吸泵(202)抽取水源中水注入所述过滤塔(203)，所述过滤塔(203)出水口与所述主水管(208)连接，所述主水管(208)通过小水管与所述稀释肥液箱(205)相连，所述过滤塔(203)与所述稀释肥液箱(205)之间设有所述高浓肥液箱(204)，所述高浓度肥液箱(204)底部出口处设有所述高浓肥液加注泵(206)，所述高浓肥液加注泵(206)通过小水管与所述稀释肥液箱(205)相连，所述稀释肥液箱(205)底部出口设有所述稀释肥液加注泵(207)，所述稀释肥液加注泵(207)通过小水管与所述主水管(208)连接。

4.根据权利要求3所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述过滤塔(203)包括过滤塔体(2031)、过滤塔盖(2032)、过滤总成(2033)和压力监测器(2034)，所述过滤塔体(2031)上方设有所述过滤塔盖(2032)，所述过滤塔体(2031)内设有所述过滤总成(2033)，所述过滤塔盖(2032)可打开将所述过滤总成(2033)从所述过滤塔体(2031)中取出清洗，所述过滤总成(2033)中上方设有一级过滤网，所述过滤总成(2033)中下方设有二级过滤网。

5.根据权利要求3所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述稀释肥液箱(205)包括箱体(2051)、搅动电机(2052)、叶片(2053)和环流网(2054)，所述箱体(2051)上方设有所述搅动电机(2052)，所述搅动电机(2052)下方设有所述叶片(2053)，所述搅动电机(2052)带动所述叶片(2053)旋转，所述箱体(2051)中下方设有所述环流网。

6.根据权利要求5所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述环流网(2054)中间下垂成弧形并与上方通过垂直网束相连。

7.根据权利要求3所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述控制柜(209)设有控制单元，所述稀释肥液箱(205)与所述主水管(208)之间设有电磁阀，所述控制单元与所述高浓肥液加注泵(206)、稀释肥液加注泵(207)、电磁阀电连接。

8.根据权利要求1所述的小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，其特征在于：所述环境监测系统(300)包括环境监测主塔(301)和土壤监测装置(302)，所述环境监测主塔(301)设有太阳能电池板、无线通信单元、空气温湿度监测单元和定位单元，所述太阳能电池板为所述环境监测系统(300)提供电力，所述无线通信单元将采集的信号传送回所述主工作站(100)，所述空气温湿度监测单元监测空气环境变化，所述环境监测主塔(301)与土壤监测装置(302)电连接，所述定位单元内含有每个所述环境监测系统(300)的唯一标记信息与位置信息。

9.小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统的实施方法，其特征在于：该实施方法包括对小麦玉米大田进行单元划分，具体是确定每个单元的宽度wu和微喷装置管道铺设间距wp。

10.小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统的实施方法，其特征在于：步骤包括：

技术总结
本发明涉及一种应用于盐碱地区的小麦玉米智能化水肥调控设备及方法，具体为小麦玉米智能化监测及水肥一体化系统，包括主工作站、流动工作台、环境监测系统和微喷装置，所述主工作站为固定位置建设在种植范围的中心位置，与所述流动工作台和所述环境监测系统进行无线信号传输控制；所述流动工作台形式为可移动工作车，可以转换地点流动作业，所述流动工作台工作时处于静止状态，与所述微喷装置连接；所述环境监测系统设置在种植田内，并将数据实时传送回所述主工作站；所述主工作站分析数据将分析结果发送到所述流动工作台控制所述流动工作台完成作业。

技术研发人员：李升东,赵凯男
受保护的技术使用者：山东省农业科学院作物研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/17