水肥一体化智能浇灌装置的组件及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及水肥一体化智能浇灌装置的组件及工艺，其包括第一传送装置、设置在第一传送装置输出端的第一筛选箱体、设置在第一筛选箱体输出端的第二筛选箱体、设置在第二筛选箱体输出端的第二传送装置、设置在第二传送装置输出端的第三筛选箱体、设置在第三筛选箱体输出端的风干消毒箱体、设置在风干消毒箱体输出端的清洗箱体、设置在清洗箱体输出端的缓冲箱体、设置在缓冲箱体输出端的发酵箱体、设置在发酵箱体输出端的稀释罐、通过泵站与稀释罐输出端连接的输出总管、以及输入端通过输出总管浇灌装置。本发明专利技术设计合理、结构紧凑且使用方便。

【技术实现步骤摘要】
水肥一体化智能浇灌装置的组件及工艺
本专利技术涉及水肥一体化智能浇灌装置的组件及工艺；其母案是CN201910755531.4；申请日：20190815。
技术介绍
目前，水肥一体化是当今世界公认的一项高效节水省肥农业新技术，主要根据土壤特性和作物生长规律，利用灌溉设备同时把水分和养分均匀、准确、适时适量地供应给作物。在水肥与作物生长产量品质关系研究方面，陈晓楠等（2006）采用遗传算法求解作物水分生产函数模型，但只能解决单输出问题。王康等（2002）从水分和氮素的投入与作物生长的内在关系出发，建立了一个水分-氮素生产函数动态产量机理模型。H.Wang等（2013）使用BP神经网络建立了温室黄瓜需水量预测模型。郭丽等（2017）研究了滴灌水肥一体化条件下施氮量对夏玉米氮素吸收利用及土壤硝态氮含量的影响。蔡树美等（2018）研究了不同灌溉方式下施氮水平对设施春黄瓜产量及氮肥利用率的影响。以上研究仅考虑环境因素、土壤状况或某种肥料施用的影响，导致模型适应性差，关于水肥调控系统的研究，国外如荷兰的Priva、以色列的Netafim、Eldar-Shany等公司的灌溉施肥系统，近年来在国内有一定程度的示范推广。国内李颖慧等（2013）开发了一套基于WSN的设施无土栽培营养液EC在线监测系统。何青海等（2015）设计了一个基于LabVIEW的水肥药一体化系统和一个模糊控制器，但其控制效果并未得到试验验证。李加念等（2013）将文丘里施肥器与电磁阀相结合，通过控制电磁阀的开关时间实现肥液浓度的控制。魏全盛等（2017）设计了温室智能水肥一体化微喷灌装置。郝明（2018）对大田微喷灌水肥一体化技术与设备进行研究。在水肥过程浓度控制和pH控制技术研究方面，HiroakiMurata等（2014）设计实现了对作物根区养分浓度的连续测量。殷鹏飞等（2018）对水肥一体化系统中水肥混合效果数值模拟进行研究。于蒙等（2012）针对pH过程控制提出了一种二次型优化的单神经元PID学习算法。薛薇等（2007）将模糊神经网络控制与PI控制相结合，并在DSP中实现了pH过程控制器的设计。以上研究与应用虽然针对水肥浓度控制过程和pH值控制过程进行了一定的研究，但由于未能综合考虑控制过程的非线性、时滞性、时变性、不确定性等特点，导致混肥控制精度差，且未见有基于大数据的不确定性人工智能理论在水肥过程控制方面的研究报道，目前基于大数据的不确定性人工智能理论在水肥过程控制方面的研究尚属空白。主要包括灌溉量、施肥量、施肥频率、施肥浓度、施肥次序等。作物生理生态指标主要包括植株生长形态（如植株高度、叶面积等）、干物质积累、根系生长、生理作用（如光合作用）等。研究水肥管理因子对植株生长形态的影响；研究水肥管理因子对植株生理活动的影响；研究水肥管理因子对植株根系生长的影响；研究水肥管理因子与作物生长发育关系。研究土壤水分运动方程；研究土壤养分运动方程；研究土壤水分与养分运移分布规律。解析环境因子对作物蒸腾速率影响关系，对基于彭曼-蒙特斯方程(P-M方程)的作物蒸腾速率进行修正和优化，得到作物蒸腾速率计算模型。采用BP神经网络建立控制模型。以土壤植物大气关系模型为基础，将环境因子、土壤指标、作物生长阶段生理指标作为输入量，最优调控模式作为输出量，建立数学模型，得出作物不同生育阶段水肥供液浓度、供液时间、供液量、供液间隔等控制策略，建立最优调控模式数学模型。设计开发智能水肥一体机控制系统、硬件平台，研制智能水肥一体机。采用模块化的设计思想，利用嵌入式技术，研制一种低成本的智能水肥一体机。本专利技术提出水肥一体化系统的架构，研究分析各层的主要功能，整个系统自下而上分为四个层次：种植层、控制层、本地管理层和远程决策层。种植层是温室作物生长的各种形态，如土壤栽培、无土栽培、水培、立体栽培等，是整个系统的被控对象。控制层是对种植层作物生长状态的直接监管层，主要由若干种类的智能装备完成过程信息采集和过程控制任务，该层的好坏直接影响整个系统平台的工作性能，并直接决定作物生长发育状况和作物产量。本地管理层是连接远程决策层与控制层的“桥梁”：一方面从控制层获得种植层的监管信息，对本地若干个智能装备的工作状态进行统一管理，并将监管信息通过广域网形式上传至远程数据库服务器；另一方面从远程决策层获得不同种类的决策信息，并作用于控制层，实现种植过程的决策内容。远程决策层旨在为各类专家知识的应用和种植过程的管理提供一个开放、互连、互操作的平台，为数据分析、信息融合、故障诊断、控制决策等行为提供一个便捷的空间。对各层数据的管理方式和访问操作方式是平台架构设计需要关注的主要问题。研究明确各层的功能结构，对各层的功能进行详细划分。远程决策层的平台主要由数据库平台、WEB服务平台和客户端组成。本地监控站与控制层的各类智能装备共同组成一个基于CAN总线的分布式控制系统。控制层是衔接本地管理层与种植层之间的重要层次，该层设计的好坏直接影响到作物种植。控制层是以若干智能装备为核心的感知层和执行层的集合。感知层是整个智能水肥控制系统平台一切数据最原始的来源，主要由以下三类传感器组成：室外气象站、室内传感器、智能装备传感器。设计开发设施农业水肥一体化系统在项目实施基地，选择不同产量水平与栽培方式的作物，通过水肥一体化智能精准技术与产品进行管理调控，设置肥料投入水平与灌溉水用量试验，分别进行对比与示范，重点对比水肥利用率；同时研究农艺配套措施，建立农艺配套措施操作技术规程，并进行大面积示范推广。本项目以水肥一体化智能精准技术为研究示范对象，项目的创新点及先进性主要体现在以下几个方面：（1）针对浓度控制和pH值控制的特点，基于大数据，采用模糊控制理论和不确定性人工智能理论，在前述国内外研究综述基础上，建立混肥控制过程的机理模型，研究精准混肥控制算法与控制策略，开发高性能专用控制器和智能化操作软件。（2）根据作物的水肥控制需求分层设计智能水肥控制平台，提出并开发以大数据为导向，以智能装备为基础的综合性服务系统。针对当前各农业物联网应用呈现出碎片化、垂直化、异构化等问题，运用分层设计思想，设计提出了一种基于物联网的智能水肥控制系统的4层平台架构：种植层、控制层、本地管理层和远程决策层，在此基础上研究开发设施农业水肥一体化系统。（3）以模糊理论为基础，采用智能优化等方法，解明土壤植物大气（SPA）指标间动态相关关系，构建土壤植物大气连续体（SPAC）大数据平台，提高灌溉水肥与作物生长产量品质间关系的精度，建立最优水肥调控模式数学模型，提出作物水肥按需供给自适应调控模式。设计智能水肥一体机控制系统、硬件平台，研制智能水肥一体机。（2）建立最优水肥调控模式数学模型，研制智能水肥一体机；第一步：研究水肥管理因子与作物生理生态指标间的相关关系。第二步：研究土壤水分与养分运移分布规律。第三步：构建土壤植物大气连续体（SPAC）大数据平台。第四步：解析环境因子对作物蒸腾速率影响关系，建立作物蒸腾速率计算模型。...

【技术保护点】
1.一种水肥一体化智能浇灌装置的组件，其特征在于: 组件包括破袋装置（3）；/n破袋装置（3）包括机械臂、设置在机械臂端部的破袋机械臂震动头（23）、设置在破袋机械臂震动头（23）下端的破袋伸缩杆（24）、通过连接杆设置在破袋机械臂震动头（23）下端且破袋伸缩杆（24）在其中心处升降运动的破袋上固定盘（25）、设置在破袋上固定盘（25）下端的破袋固定架（26）、交错分布在破袋固定架（26）下端的破袋第一连接架（28）与破袋第二连接架（29）、均带有工艺豁口且设置在破袋第一连接架（28）与破袋第二连接架（29）下端且与破袋伸缩杆（24）同轴的破袋下插头（27）、设置在破袋伸缩杆（24）下端的破袋升降头（30）、下端根部铰接在破袋升降头（30）上且穿过破袋第一连接架（28）的工艺豁口的破袋第一驱动杆（33）、下端与破袋第一驱动杆（33）上端铰接且上端铰接在破袋第一连接架（28）外侧壁上端的破袋第一支撑杆（34）、下端根部铰接在破袋升降头（30）上且穿过破袋第二连接架（29）的工艺豁口的破袋第二驱动摆杆（31）、下端与破袋第二驱动摆杆（31）上端铰接且上端铰接在破袋第二连接架（29）外侧壁上端的破袋第二刀座（32）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种水肥一体化智能浇灌装置的组件，其特征在于:组件包括破袋装置（3）；
破袋装置（3）包括机械臂、设置在机械臂端部的破袋机械臂震动头（23）、设置在破袋机械臂震动头（23）下端的破袋伸缩杆（24）、通过连接杆设置在破袋机械臂震动头（23）下端且破袋伸缩杆（24）在其中心处升降运动的破袋上固定盘（25）、设置在破袋上固定盘（25）下端的破袋固定架（26）、交错分布在破袋固定架（26）下端的破袋第一连接架（28）与破袋第二连接架（29）、均带有工艺豁口且设置在破袋第一连接架（28）与破袋第二连接架（29）下端且与破袋伸缩杆（24）同轴的破袋下插头（27）、设置在破袋伸缩杆（24）下端的破袋升降头（30）、下端根部铰接在破袋升降头（30）上且穿过破袋第一连接架（28）的工艺豁口的破袋第一驱动杆（33）、下端与破袋第一驱动杆（33）上端铰接且上端铰接在破袋第一连接架（28）外侧壁上端的破袋第一支撑杆（34）、下端根部铰接在破袋升降头（30）上且穿过破袋第二连接架（29）的工艺豁口的破袋第二驱动摆杆（31）、下端与破袋第二驱动摆杆（31）上端铰接且上端铰接在破袋第二连接架（29）外侧壁上端的破袋第二刀座（32）。


2.一种水肥一体化智能浇灌装置的组件，其特征在于:包括
第二传送装置（5），第二传送装置（5）包括第三传送网带（37）、分布在第三传送网带（37）上的第三热风口（38）、设置在第三传送网带（37）上行段上方的吸风机、设置在第三传送网带（37）上行段下方的热风机；
在第二传送装置（5）输出端设置有第三筛选箱体（6）；在第三筛选箱体（6）的内腔顶部设置有第三上挡板（42），第三筛选箱体（6）的内腔底部设置有第三下挡板（43），在第三筛选箱体（6）进口处设置有位于第三传送网带（37）输出端的第三进入通道（39），在第三进入通道（39）的顶部设置有向下吹风的第三进口送风管道（40），在第三筛选箱体（6）的内腔进风侧壁上设置有第三辅助送风嘴（41），通过第三上挡板（42）与第三下挡板（43）在第三筛选箱体（6）的内腔中形成第三送料通道（44），根据预粉碎作物与风力参数在第三送料通道（44）底部对应设置有第三出料通道（45），在第三筛选箱体（6）出口处设置有第三排气口（46）。


3.一种水肥一体化智能浇灌装置，其特征在于:包括风干消毒组件风干消毒组件包括风干消毒箱体（7）；
在风干消毒箱体（7）内设置有风干传送搅龙或传送带（47），在风干消毒箱体（7）侧壁上分布有风热风管（48）、消毒器（49）、和/或抽风管（50）；
在风干消毒箱体（7）输出端设置有清洗箱体（8）；在清洗箱体（8）中设置有搅拌桨（51）；
在清洗箱体（8）输出端设置有缓冲箱体（9）；在缓冲箱体（9）中设置有除氧器（52）、热交换器（53）、和/或二氧化碳注入管（54）；
在发酵箱体（10）上设置有发酵菌罐体（11），发酵菌罐体（11）通过发酵菌输入管（61）连接有抽样罐体（12）；
在缓冲箱体（9）输出端设置有发酵箱体（10）；在发酵箱体（10）的罐体内腔（55）中设置有肥料进入管（56）、除氧器（57）、保水剂注入管（59）、上浮网板（63）、和/或二氧化碳注入管（58）；在肥料进入管（56）的输出口连接有浸没于罐体内腔（55）液体中的肥料m型排出架（60），在抽样罐体（12）的输出口连接有浸没于罐体内腔（55）液体中的发酵菌m型排出架（62）；
肥料m型排出架（60）与发酵菌m型排出架（62）相对且交错设置，在肥料m型排出架（60）与发酵菌m型排出架（62）上分布有通孔；
在发酵箱体（10）输出端设置有稀释罐（13）；在稀释罐（13）上设置有注水孔（64）；
稀释罐（13）输出端通过泵站连接有输出总管（14）；
输出总管（14）输入端连接有浇灌装置（15）。


4.一种水肥一体化智能浇灌装置的组件，其特征在于:包括舀料滤水装置；舀料滤水装置用于将预粉碎作物从水中捞起来并送至缓冲箱体（9）中；
舀料滤水装置包括由一电机轴驱动旋转的台阶式舀爪（65）、平行设置在一电机轴一侧的另一电机轴、分布设置在另一电机轴上的直线式舀爪（68）、设置在另一电机轴斜下方的固定架（69）、倾斜设置在固定架（69）上的清理指（70）、设置在清理指（70）下方的中间输出壳体（71）、水平设置在中间输出壳体（71）中的中间输出搅龙（72）、设置在中间输出壳体（71）底部且与中间输出搅龙（72）对应的中间弧形底槽（73）；
台阶式舀爪（65）沿一电机轴心线圆周阵列分布且沿电机轴轴向分布；
当台阶式舀爪（65）位于一电机轴下方的时候，台阶式舀爪（65）将水中的预粉碎作物捞起来；
台阶式舀爪（65）包括立杆头部安装在一电机轴上的第一L型爪臂（66）、立杆头部安装在第一L型爪臂（66）横杆头部的第二L型爪臂（67）、
直线式舀爪（68）位于相邻的台阶式舀爪（65）之间的轴向间隙中；
清理指（70）位于相邻的直线式舀爪（68）之间的轴向间隙中；
直线式舀爪（68）从台阶式舀爪（65）之间的间隙旋转大于一百八十度后或大于二百七十度后进入清理指（70）之间的间隙。


5.一种水肥一体化智能浇灌装置的组件，其特征在于:组件包括浇灌装置（15），浇灌装置（15）包括与输出总管（14）连接的输出分支管路（74）、输入端与输出分支管路（74）连接的输出外壳体（75）、设置在输出外壳体（75）径向进人口处的输出内环槽（76）、旋转设置在输出外壳体（75）中的输出旋转套管（77）、设置在输出旋转套管（77）上且位于输出内环槽（76）处的输出进水口（78）、外壳体设置在输出旋转套管（77）下端且带动输出旋转套管（77）旋转的输出直线驱动件（86）、设置在输出直线驱动件（86）下端的输出中空轴电机（79）或变速箱、设置在输出旋转套管（77）中且下端与输出直线驱动件（86）伸缩杆连接且下部与输出旋转套管（77）连通且上端有输出出口孔（88）的输出空心杆（85）、设置在输出空心杆（85）上部的外台阶、设置在外台阶上的输出旋转头（80）、分布设置在输出旋转头（80）上的输出工艺豁口（81）、上端铰接在输出工艺豁口（81）上方且带有喷射开口的输出第一铰接板（84）、上端与输出第一铰接板（84）下端铰接且带有喷射开口且下端铰接在输出空心杆（85）上部的输出第二铰接板（82）、设置在输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：马德新，张群，员玉良，徐鹏民，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37