【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水肥一体化，尤其涉及一种平移式喷灌机水肥一体化控制方法及装置。
技术介绍
1、水肥一体化技术具有显著节水、减肥、增产等效果，目前已成为我国提高水肥利用效率、实施大面积粮食单产提升行动的关键措施。平移式喷灌机具有自动化程度高、单机控制面积大、适应性强等特点，且能够显著降低水资源消耗及劳动成本。相关研究表明，应用大型喷灌机进行水肥一体化喷施能够减少劳动力投入，且能够避免常规与农机具作业冲突，在提高肥料利用率的同时提升作物的产量和品质。
2、目前，应用广泛的大型喷灌机主要是中心支轴式喷灌机和平移式喷灌机。中心支轴式喷灌机绕其中心支座转动，控制面积为圆形，无法覆盖四个地角；而平移式喷灌机的运动方式是沿设备垂直方向行走，所灌溉面积为矩形，适合我国传统农业种植区的条田或方形地块，覆盖率能达到95％以上。
3、然而，由于平移式喷灌机的灌溉主管路入口随主驱动台车移动，其注肥设备和储肥容器通常安装于主驱动台车上，为保持平移式喷灌机运行稳定性，往往选取容积较小的肥料桶作为储肥容器。但对于灌溉地块长距离、多跨、控制面积较大的平移式喷灌机，较小容积的储肥容器将导致平移式喷灌机的频繁停机，严重影响了平移式喷灌机的水肥一体化作业效率及稳定性。此外平移式喷灌机运行速率较低，对较长地块水肥一体化作业需要时间较长，部分地块喷灌肥液与喷灌清水的间隔时间较长，未能及时对作物冠层截留肥液进行淋洗，从而导致养分大量蒸挥发，肥料利用率降低。
4、因此开展适用于集约化农业的平移式喷灌机水肥一体化专用装备及与之配套灌溉施肥策略
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种注肥流量稳定，适用于平移式喷灌机的水肥一体化装置，可通过灌溉施肥策略精确控制施肥浓度和施肥量，并基于控制方法实现水肥一体化的全自动精量作业。同时，基于分块往复灌溉施肥的水肥一体化策略，有效解决平移式喷灌机水肥一体化过程中频繁停机、肥液蒸挥发等问题，能够有效提高平移式喷灌机水肥一体化作业效率、系统运行稳定性及肥料利用率。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、本专利技术第一方面提供的一种平移式喷灌机水肥一体化控制方法，用于控制平移式喷灌机水肥一体化设备，所述平移式喷灌机水肥一体化设备包括相互连接的平移式喷灌机、注肥泵和储肥单元，所述控制方法包括：
4、获取喷灌机的固有参数，并设置本次灌溉施肥的灌溉地块长度、每亩肥料施用量、灌水定额和肥料类型；
5、采集本次注肥灌溉开始前喷灌机的入机流量、喷灌机主管路内清水的ec值或ph值；
6、根据所述喷灌机的固有参数，所述本次灌溉施肥的灌溉地块长度、每亩肥料施用量、灌水定额和肥料类型，以及所述注肥开始前喷灌机的入机流量计算喷灌机及注肥泵的工作参数，形成本次灌溉施肥策略，具体为将所述灌溉地块划分为若干子地块，依序对各子地块分别进行灌溉施肥作业，其中对当前作业子地块按照先进行正向喷灌肥液、后进行反向喷灌清水、再进行正向喷灌清水的策略，并在喷灌清水期间配制下一子地块所需的肥液；
7、控制所述平移式喷灌机水肥一体化设备执行所述本次灌溉施肥策略；
8、在所述控制平移式喷灌机水肥一体化设备执行所述本次灌溉施肥策略的过程中，对喷灌肥液浓度进行监控和反馈调节：根据肥料类型选择对应的肥液浓度反演预测模型，根据喷洒肥液浓度和所选择的肥液浓度反演预测模型得到本次灌溉施肥喷洒肥液的ec预测值或ph预测值，将该预测值与注肥开始后采集的喷洒肥液的ec值或ph值进行比对，基于比对结果形成平移式喷灌机水肥一体化设备的调控指令。
9、进一步地，所述喷灌机的固有参数包括喷灌机整机长度、安装在喷灌机末端喷头的射程、田间喷洒水利用系数、田面滑移系数、驱动电动机额定转速、配套轮胎有效半径、驱动电动机减速器传动比、车轮减速器传动比、注肥泵的额定频率和校核后注肥泵的实际流量。
10、进一步地，所述ec值和所述ph值分别通过安装于注肥管路与喷灌机主管路的汇合处下游的ec传感器和ph传感器采集得到，所述入机流量通过安装于喷灌机主管路的入水口处的流量计采集得到。
11、进一步地，形成所述本次灌溉施肥策略的具体步骤包括：
12、预设程序：根据所述喷灌机的固有参数确定喷灌机的覆盖面积a0；
13、喷灌肥液：根据给定肥料在常温下的最大溶解度s、每亩肥料施用量m和喷灌机的覆盖面积a0确定本次喷灌肥液的总注肥量vf，并根据所述本次喷灌肥液的总注肥量vf和储肥单元中储肥容器的容积vt确定本次喷灌肥液的配肥次数n，对灌溉地块划分的子地块数量取为与配肥次数n相等；根据本次喷灌肥液的配肥次数n和储肥单元中储肥容器的容积vt确定本次喷灌肥液的实际注肥量v，并根据灌溉地块长度lb、喷灌机的覆盖面积a0和本次喷灌肥液的配肥次数n确定划分的单个子地块的长度l和面积a；根据子地块长度l和喷灌机的最大行走速度确定喷灌机在单个子地块运行一趟的最短时间tmin；根据喷灌机入机流量q0、喷灌肥液过程的肥液深度hf、喷灌机的覆盖面积a0和喷灌机在单个子地块运行一趟的最短时间tmin确定单个子地块喷灌肥液过程喷灌机的百分率计时器设定值xf；根据喷灌机在单个子地块运行一趟的最短时间tmin和单个子地块喷灌肥液过程喷灌机的百分率计时器设定值xf，计算单个子地块喷灌肥液过程喷灌机的运行时长tf；根据注肥泵的额定频率fd、校核后注肥泵的实际流量qd和单个子地块喷灌肥液过程喷灌机的运行时长tf确定注肥泵的工作频率f；
14、喷灌清水：根据本次灌水定额h和喷灌肥液过程的肥液深度hf计算喷灌清水的灌水深度hw；根据喷灌机的入机流量q0、喷灌机的覆盖面积a0、喷灌机在单个子地块运行一趟的最短时间tmin和喷灌清水的灌水深度hw，确定单个子地块喷灌清水过程喷灌机的百分率计时器设定值xw；根据喷灌机在单个子地块运行一趟的最短时间tmin和单个子地块喷灌清水过程喷灌机的百分率计时器设定值xw，计算单个子地块喷灌清水过程喷灌机的运行时长tw；
15、最后根据上述计算的单个子地块喷灌肥液过程喷灌机的运行时长tf和注肥泵的工作频率f，单个子地块喷灌清水过程喷灌机的运行时长tw，单个子地块运行时长ta＝tf+tw，以及喷灌机水肥一体化作业的总时长t＝nta，形成本次灌溉施肥策略。
16、进一步地，所述喷灌机覆盖面积a0，按照下式计算：
17、
18、式中，ls为喷灌机整机长度，r1、r2分别安装在喷灌机末端喷头的射程；对于单侧平移式喷灌机，ls为主驱动台车至桁架输水管末端喷头之间的距离，且取r2＝0；对于双侧平移式喷灌机，ls为喷灌机桁架输水管两侧末端喷头之间的距离；
19、所述本次喷灌肥液的总注肥量vf，按照下式计算：
20、
21、式中，k为确保肥料充分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种平移式喷灌机水肥一体化控制方法，其特征在于，用于控制平移式喷灌机水肥一体化设备，所述平移式喷灌机水肥一体化设备包括相互连接的平移式喷灌机、注肥泵和储肥单元，所述控制方法包括：
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述喷灌机的固有参数包括喷灌机整机长度、安装在喷灌机末端喷头的射程、田间喷洒水利用系数、田面滑移系数、驱动电动机额定转速、配套轮胎有效半径、驱动电动机减速器传动比、车轮减速器传动比、注肥泵的额定频率和校核后注肥泵的实际流量。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述Ec值和所述pH值分别通过安装于注肥管路与喷灌机主管路的汇合处下游的EC传感器和pH传感器采集得到，所述入机流量通过安装于喷灌机主管路的入水口处的流量计采集得到。
4.根权利要求1所述的控制方法，其特征在于，形成所述本次灌溉施肥策略的具体步骤包括：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述喷灌机覆盖面积A0，按照下式计算：
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在控制所述平移式喷灌机水肥一体化设备执行所述本
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当肥料选用强电解质时，所述肥液浓度反演预测模型为：
8.根据权利要求1～7中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述本次灌溉施肥策略还包括，将在最后一个子地块喷灌清水期间进行的肥液配制操作替换为对注肥泵进行反冲洗操作，设定反冲洗过程注肥泵的运行时长tc及额定工作频率fc；其中，tc设为固定时长，一般取为10min；fc取为注肥泵的额定频率。
9.一种根据权利要求8所述控制方法的平移式喷灌机水肥一体化装置，其特征在于，包括施肥设备、喷灌机的主驱动台车、控制系统及若干管路，所述施肥设备包括注肥泵和储肥单元，所述主驱动台车包括行走机构、安装于所述行走机构上的主驱动台车支架和安装于所述主驱动台车支架中部的喷灌机主管路；
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二控制柜包括设置于第二柜体内部的变频器和第二控制器，以及设置于所述第二柜体外侧的人机交互单元，所述第二控制器内集成有灌溉施肥策略生成模块和灌溉肥液浓度调控模块，所述第二控制器通过所述变频器控制所述注肥泵的工作频率，所述第二控制器与所述传感单元、阀门组和混肥器连接；所述第一控制柜包括分别设置于第一柜体外侧和内部的百分率计时器和第一控制器，所述第一控制器与所述第二控制器之间进行通讯，所述第一控制器通过所述百分率计时器控制所述喷灌机的行走速度；
...【技术特征摘要】
1.一种平移式喷灌机水肥一体化控制方法，其特征在于，用于控制平移式喷灌机水肥一体化设备，所述平移式喷灌机水肥一体化设备包括相互连接的平移式喷灌机、注肥泵和储肥单元，所述控制方法包括：
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述喷灌机的固有参数包括喷灌机整机长度、安装在喷灌机末端喷头的射程、田间喷洒水利用系数、田面滑移系数、驱动电动机额定转速、配套轮胎有效半径、驱动电动机减速器传动比、车轮减速器传动比、注肥泵的额定频率和校核后注肥泵的实际流量。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述ec值和所述ph值分别通过安装于注肥管路与喷灌机主管路的汇合处下游的ec传感器和ph传感器采集得到，所述入机流量通过安装于喷灌机主管路的入水口处的流量计采集得到。
4.根权利要求1所述的控制方法，其特征在于，形成所述本次灌溉施肥策略的具体步骤包括：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述喷灌机覆盖面积a0，按照下式计算：
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在控制所述平移式喷灌机水肥一体化设备执行所述本次灌溉施肥策略的过程中，对肥液浓度进行监控和反馈调节，具体包括：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当肥料选用强电...
【专利技术属性】
技术研发人员：严海军，康邵暄，黎耀军，王晶晶，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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