基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统

摘要

本发明公开了基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统，属于农业领域，基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统，通过纺锤体式转管的设置，可以有效避免该处被土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长，在溢水凹盘的作用下，配合下落液滴的重力，导液动球处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，同时配合预脱彩块的作用，在半滴水孔处发生堵塞情况后，预脱彩块处在聚集的液滴作用下产气并脱落，既能对预脱彩块产生一定的疏通作用，也能使半滴水孔裸露，辅助液滴的溢出，进而有效保证灌溉的连续性，使农作物生长更好。

说明书

技术领域

本发明涉及农业领域，更具体地说，涉及基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统。

背景技术

水肥一体化属于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、适时定量地供应给作物。现有技术中在对水肥与作物产量品质关系、水肥调控系统装备、水肥过程控制技术等方面还存在着不适应现代设施农业发展的问题，影响了水肥一体化技术的推广使用，同时我国农业生产中过量灌溉施肥导致水肥资源浪费、土壤酸化和水体环境污染问题突出，也影响到农业可持续发展和粮食安全生产。

水肥与作物产量的关系十分复杂，除了灌水量和施肥量等因素外，土壤的理化特性、作物品种、生长环境条件、地域差异都会影响作物的品质和产量。现有技术中的机理模型从作物内在机理角度出发建立水肥与作物产量的关系模型，有的从作物生长的动力学原理出发，考虑水、肥、光、热对作物生长的影响；有的从水分和氮素的投入与作物生长的内在关系出发，建立一个水分-氮素生产函数动态产量的机理模型。

现有技术中的水肥一体化系统在实际使用中，为了节水节液体肥，通常采用滴灌的模式，在实际使用中滴灌的滴头一般位于泥土上方，距离较近，在不断的灌溉和停止灌溉的过程中，其附近的泥土不断发生泥泞-晾干的过程，导致滴头存在被泥土堵塞的情况发生，同时由于该处水和液态肥含量较高，部分作用的藤部会缠绕在该处，同时易导致堵塞，导致其附近的作用难以及时被灌溉，影响其生长。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统，它通过纺锤体式转管的设置，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长，在溢水凹盘的作用下，配合下落液滴的重力，导液动球处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，同时配合预脱彩块的作用，在半滴水孔处发生堵塞情况后，预脱彩块处在聚集的液滴作用下产气并脱落，既能对预脱彩块产生一定的疏通作用，也能使半滴水孔裸露，辅助液滴的溢出，进而有效保证灌溉的连续性，使农作物生长更好。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统，包括监测模块、北斗定位模块、移动客户端以及智能滴灌模块，所述智能滴灌模块、监测模块和北斗定位模块均与移动客户端信号连接，所述智能滴灌模块包括多个用于滴灌的气管，所述气管上的灌溉带滴头处套设有纺锤体式转管，所述监测模块包括分别位于多个纺锤体式转管外的多组温度传感器、湿度传感器的PH传感器以及与三者信号连接的气象站，多组所述温度传感器、湿度传感器的PH传感器分别安装在多个纺锤体式转管周边的土壤内，所述纺锤体式转管中部开凿有多个均匀分布的动滴水孔，所述动滴水孔内固定连接有，所述纺锤体式转管左右外端分别开凿有多个均与分布的半滴水孔，所述半滴水孔内设有预脱彩块，通过纺锤体式转管的设置，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长，在溢水凹盘的作用下，配合下落液滴的重力，导液动球处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，同时配合预脱彩块的作用，在半滴水孔处发生堵塞情况后，预脱彩块处在聚集的液滴作用下产气并脱落，既能对预脱彩块产生一定的疏通作用，也能使半滴水孔裸露，辅助液滴的溢出，进而有效保证灌溉的连续性，使农作物生长更好。

进一步的，所述温度传感器和湿度传感器与纺锤体式转管的距离均不超过20cm，使传感器能够较为准确的反应纺锤体式转管附近土壤的温度和湿润度，配合北斗定位模块的作用，可以监测灌溉带滴头处的灌溉通常情况，所述PH传感器与纺锤体式转管的距离不低于50cm，使土壤PH值不易受到灌溉的水或液体肥料的影响，提高准确性，同时在纺锤体式转管作用下，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长。

进一步的，所述灌溉带滴头的出水端固定连接有多个与动滴水孔对应的Y形聚水杆，Y形聚水杆可以有效聚集灌溉带滴头处的水滴或者液体肥滴，使滴落的液滴重力相对较大。

进一步的，所述动滴水孔中部固定连接有溢水凹盘，所述溢水凹盘与Y形聚水杆位于同一截面上，使聚集的液滴能够刚好滴落在导液动球处，在重力作用下使导液动球处于一定的动态，有效避免动滴水孔处液滴因液压作用而堵塞的情况发生。

进一步的，所述溢水凹盘包括与纺锤体式转管内壁固定连接有弹性凹盘，所述弹性凹盘中心处设有导液动球，所述弹性凹盘中心处固定连接有连线，所述连线活动贯穿导液动球，所述导液动球与Y形聚水杆相匹配，液滴落在导液动球上时，导液动球受到液滴的冲击在连线上发生转动或者抖动，从而使其处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，使对于农作物的灌溉作用更好。

进一步的，所述连线长度大于弹性凹盘中心处的内径，且连线长度为弹性凹盘内径的1.5-2倍，使导液动球在弹性凹盘的中心处处于偏下方的位置，从而使导液动球与弹性凹盘中心处内壁之间存在较大的空隙，便于液滴下落，进一步有效避免液滴在弹性凹盘内的聚集。

进一步的，所述导液动球外端中心处固定连接有多个均匀分布的聚液触点，多个所述聚液触点所在平面与导液动球内部的连线垂直。

进一步的，所述聚液触点包括与导液动球连接的内定层以及固定包裹在内定层外端的外聚液层，所述外聚液层为多孔隙结构，在液滴下落时，会首先落在多个聚液触点所在的平面，部分液滴会被外聚液层聚集，使该处聚液触点重力增大，当液滴较多时，配合液滴的重力冲击，导液动球会发生一定位置的转动或者抖动，另一方面液滴被外聚液层聚集，有效降低液滴散落在导液动球表面的量，从而有效加速被聚集液滴的下落速度，使对于农作物的灌溉效果更好。

进一步的，所述预脱彩块包括与半滴水孔朝向外侧孔口处贴附的半透膜层以及位于半透膜层口部的内嵌膜层，所述内嵌膜层与半透膜层相互靠近的部分通过水溶胶粘接，所述半透膜层位于半滴水孔内侧口部的一端为多孔结构，且孔隙内填充有水溶胶，当动滴水孔处被堵塞时，液滴聚集在纺锤体式转管内，聚集的液滴液面逐渐上升从而与预脱彩块接触，使半透膜层上水溶胶被溶解，此时混合物与液滴中水反应产生气体，一方面部分气体朝向纺锤体式转管内溢出，对堵塞的动滴水孔具有移动的挤压通堵作用，另一方面部分气体来不及从预脱彩块内溢出，对内嵌膜层产生挤压力，同时部分渗入的水松动溶解半透膜层和内嵌膜层连接处的水溶胶，从而可以使半透膜层和内嵌膜层分离，使与水反应后剩余的采砂颗粒掉落至土壤上，同时失去混合物的支撑作用，半透膜层在半滴水孔塌陷，聚集的液滴渗进半滴水孔和半透膜层之间，使半透膜层脱落，此时液滴可以从半滴水孔处渗出，继续进行灌溉，既能有效保证灌溉的连续性，同时彩砂可以对巡视农作物的工作人员起到提醒作用，进而进行转动纺锤体式转管，使不同的预脱彩块对准下方，或者进行更换维护，提高农作物的生长效果。

进一步的，所述半透膜层和内嵌膜层围成的空间内填充有泡腾片颗粒与彩砂颗粒的混合物，所述泡腾片颗粒与彩砂颗粒的体积混合比为1-2:1。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过纺锤体式转管的设置，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长，在溢水凹盘的作用下，配合下落液滴的重力，导液动球处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，同时配合预脱彩块的作用，在半滴水孔处发生堵塞情况后，预脱彩块处在聚集的液滴作用下产气并脱落，既能对预脱彩块产生一定的疏通作用，也能使半滴水孔裸露，辅助液滴的溢出，进而有效保证灌溉的连续性，使农作物生长更好。

（2）温度传感器和湿度传感器与纺锤体式转管的距离均不超过20cm，使传感器能够较为准确的反应纺锤体式转管附近土壤的温度和湿润度，配合北斗定位模块的作用，可以监测灌溉带滴头处的灌溉通常情况，PH传感器与纺锤体式转管的距离不低于50cm，使土壤PH值不易受到灌溉的水或液体肥料的影响，提高准确性，同时在纺锤体式转管作用下，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长。

（3）灌溉带滴头的出水端固定连接有多个与动滴水孔对应的Y形聚水杆，Y形聚水杆可以有效聚集灌溉带滴头处的水滴或者液体肥滴，使滴落的液滴重力相对较大。

（4）动滴水孔中部固定连接有溢水凹盘，溢水凹盘与Y形聚水杆位于同一截面上，使聚集的液滴能够刚好滴落在导液动球处，在重力作用下使导液动球处于一定的动态，有效避免动滴水孔处液滴因液压作用而堵塞的情况发生。

（5）溢水凹盘包括与纺锤体式转管内壁固定连接有弹性凹盘，弹性凹盘中心处设有导液动球，弹性凹盘中心处固定连接有连线，连线活动贯穿导液动球，导液动球与Y形聚水杆相匹配，液滴落在导液动球上时，导液动球受到液滴的冲击在连线上发生转动或者抖动，从而使其处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，使对于农作物的灌溉作用更好。

（6）连线长度大于弹性凹盘中心处的内径，且连线长度为弹性凹盘内径的1.5-2倍，使导液动球在弹性凹盘的中心处处于偏下方的位置，从而使导液动球与弹性凹盘中心处内壁之间存在较大的空隙，便于液滴下落，进一步有效避免液滴在弹性凹盘内的聚集。

（7）导液动球外端中心处固定连接有多个均匀分布的聚液触点，多个聚液触点所在平面与导液动球内部的连线垂直。

（8）聚液触点包括与导液动球连接的内定层以及固定包裹在内定层外端的外聚液层，外聚液层为多孔隙结构，在液滴下落时，会首先落在多个聚液触点所在的平面，部分液滴会被外聚液层聚集，使该处聚液触点重力增大，当液滴较多时，配合液滴的重力冲击，导液动球会发生一定位置的转动或者抖动，另一方面液滴被外聚液层聚集，有效降低液滴散落在导液动球表面的量，从而有效加速被聚集液滴的下落速度，使对于农作物的灌溉效果更好。

（9）预脱彩块包括与半滴水孔朝向外侧孔口处贴附的半透膜层以及位于半透膜层口部的内嵌膜层，内嵌膜层与半透膜层相互靠近的部分通过水溶胶粘接，半透膜层位于半滴水孔内侧口部的一端为多孔结构，且孔隙内填充有水溶胶，当动滴水孔处被堵塞时，液滴聚集在纺锤体式转管内，聚集的液滴液面逐渐上升从而与预脱彩块接触，使半透膜层上水溶胶被溶解，此时混合物与液滴中水反应产生气体，一方面部分气体朝向纺锤体式转管内溢出，对堵塞的动滴水孔具有移动的挤压通堵作用，另一方面部分气体来不及从预脱彩块内溢出，对内嵌膜层产生挤压力，同时部分渗入的水松动溶解半透膜层和内嵌膜层连接处的水溶胶，从而可以使半透膜层和内嵌膜层分离，使与水反应后剩余的采砂颗粒掉落至土壤上，同时失去混合物的支撑作用，半透膜层在半滴水孔塌陷，聚集的液滴渗进半滴水孔和半透膜层之间，使半透膜层脱落，此时液滴可以从半滴水孔处渗出，继续进行灌溉，既能有效保证灌溉的连续性，同时彩砂可以对巡视农作物的工作人员起到提醒作用，进而进行转动纺锤体式转管，使不同的预脱彩块对准下方，或者进行更换维护，提高农作物的生长效果。

（10）半透膜层和内嵌膜层围成的空间内填充有泡腾片颗粒与彩砂颗粒的混合物，泡腾片颗粒与彩砂颗粒的体积混合比为1-2:1。

附图说明

图1为本发明的主要的示意图；

图2为本发明的主要的系统框图；

图3为本发明的纺锤体式转管正面的结构示意图；

图4为图3中A处的结构示意图；

图5为本发明的溢水凹盘立体的结构示意图；

图6为本发明的导液动球处正面的结构示意图；

图7为本发明的导液动球处截面的结构示意图；

图8为本发明的预脱彩块的结构示意图；

图9为本发明的预脱彩块从纺锤体式转管上脱离后的结构示意图。

图中标号说明：

1纺锤体式转管、21动滴水孔、22半滴水孔、3预脱彩块、31半透膜层、32内嵌膜层、4Y形聚水杆、5弹性凹盘、6导液动球、7连线、8聚液触点、81内定层、82外聚液层。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，基于北斗定位和物联网技术的农业水肥一体化系统，包括监测模块、北斗定位模块、移动客户端以及智能滴灌模块，智能滴灌模块、监测模块和北斗定位模块均与移动客户端信号连接，智能滴灌模块包括多个用于滴灌的气管，气管上的灌溉带滴头处套设有纺锤体式转管1，监测模块包括分别位于多个纺锤体式转管1外的多组温度传感器、湿度传感器的PH传感器以及与三者信号连接的气象站，多组温度传感器、湿度传感器的PH传感器分别安装在多个纺锤体式转管1周边的土壤内，温度传感器和湿度传感器与纺锤体式转管1的距离均不超过20cm，使传感器能够较为准确的反应纺锤体式转管1附近土壤的温度和湿润度，配合北斗定位模块的作用，可以监测灌溉带滴头处的灌溉通常情况，PH传感器与纺锤体式转管1的距离不低于50cm，使土壤PH值不易受到灌溉的水或液体肥料的影响，提高准确性，同时在纺锤体式转管1作用下，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长。

请参阅图3-4，纺锤体式转管1中部开凿有多个均匀分布的动滴水孔21，动滴水孔21内固定连接有，纺锤体式转管1左右外端分别开凿有多个均与分布的半滴水孔22，半滴水孔22内设有预脱彩块3，灌溉带滴头的出水端固定连接有多个与动滴水孔21对应的Y形聚水杆4，Y形聚水杆4可以有效聚集灌溉带滴头处的水滴或者液体肥滴，使滴落的液滴重力相对较大。

请参阅图5，动滴水孔21中部固定连接有溢水凹盘，溢水凹盘与Y形聚水杆4位于同一截面上，使聚集的液滴能够刚好滴落在导液动球6处，在重力作用下使导液动球6处于一定的动态，有效避免动滴水孔21处液滴因液压作用而堵塞的情况发生，溢水凹盘包括与纺锤体式转管1内壁固定连接有弹性凹盘5，弹性凹盘5中心处设有导液动球6，弹性凹盘5中心处固定连接有连线7，连线7活动贯穿导液动球6，导液动球6与Y形聚水杆4相匹配，液滴落在导液动球6上时，导液动球6受到液滴的冲击在连线7上发生转动或者抖动，从而使其处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，使对于农作物的灌溉作用更好，连线7长度大于弹性凹盘5中心处的内径，且连线7长度为弹性凹盘5内径的1.5-2倍，使导液动球6在弹性凹盘5的中心处处于偏下方的位置，从而使导液动球6与弹性凹盘5中心处内壁之间存在较大的空隙，便于液滴下落，进一步有效避免液滴在弹性凹盘5内的聚集。

请参阅图6-7，导液动球6外端中心处固定连接有多个均匀分布的聚液触点8，多个聚液触点8所在平面与导液动球6内部的连线7垂直，聚液触点8包括与导液动球6连接的内定层81以及固定包裹在内定层81外端的外聚液层82，外聚液层82为多孔隙结构，在液滴下落时，会首先落在多个聚液触点8所在的平面，部分液滴会被外聚液层82聚集，使该处聚液触点8重力增大，当液滴较多时，配合液滴的重力冲击，导液动球6会发生一定位置的转动或者抖动，另一方面液滴被外聚液层82聚集，有效降低液滴散落在导液动球6表面的量，从而有效加速被聚集液滴的下落速度，使对于农作物的灌溉效果更好。

请参阅图8-9，预脱彩块3包括与半滴水孔22朝向外侧孔口处贴附的半透膜层31以及位于半透膜层31口部的内嵌膜层32，内嵌膜层32与半透膜层31相互靠近的部分通过水溶胶粘接，半透膜层31和内嵌膜层32围成的空间内填充有泡腾片颗粒与彩砂颗粒的混合物，泡腾片颗粒与彩砂颗粒的体积混合比为1-2:1，半透膜层31位于半滴水孔22内侧口部的一端为多孔结构，且孔隙内填充有水溶胶，当动滴水孔21处被堵塞时，液滴聚集在纺锤体式转管1内，聚集的液滴液面逐渐上升从而与预脱彩块3接触，使半透膜层31上水溶胶被溶解，此时混合物与液滴中水反应产生气体，一方面部分气体朝向纺锤体式转管1内溢出，对堵塞的动滴水孔21具有移动的挤压通堵作用，另一方面部分气体来不及从预脱彩块3内溢出，对内嵌膜层32产生挤压力，同时部分渗入的水松动溶解半透膜层31和内嵌膜层32连接处的水溶胶，从而可以使半透膜层31和内嵌膜层32分离，使与水反应后剩余的采砂颗粒掉落至土壤上，同时失去混合物的支撑作用，半透膜层31在半滴水孔22塌陷，聚集的液滴渗进半滴水孔22和半透膜层31之间，使半透膜层31脱落，此时液滴可以从半滴水孔22处渗出，继续进行灌溉，既能有效保证灌溉的连续性，同时彩砂可以对巡视农作物的工作人员起到提醒作用，进而进行转动纺锤体式转管1，使不同的预脱彩块3对准下方，或者进行更换维护，提高农作物的生长效果。

通过纺锤体式转管1的设置，可以有效隔绝灌溉带滴头与泥土，从而有效避免该处被灌溉的水或者液体肥打湿的土壤堵塞的情况发生，有效保证灌溉均匀连续进行，进而有效保证农作物的生长，在溢水凹盘的作用下，配合下落液滴的重力，导液动球6处于动态，有效避免液滴在该处的聚集，从而有效保证滴灌的水或者液体肥的连续均匀性的灌溉，同时配合预脱彩块3的作用，在半滴水孔22处发生堵塞情况后，预脱彩块3处在聚集的液滴作用下产气并脱落，既能对预脱彩块3产生一定的疏通作用，也能使半滴水孔22裸露，辅助液滴的溢出，进而有效保证灌溉的连续性，使农作物生长更好。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。