技术领域
[0001] 本实用新型涉及水肥灌溉技术领域，特别涉及一种番茄水肥区域化智能灌溉系统。
背景技术
[0002] 在
农作物的日常管理中，需要按量浇水
施肥，
温室种植番茄作为现代农业发展的重要组成部分，若要促进番茄的产量和品质的提高，需要对其进行合理施肥灌溉。绝大多数菜农是以经验施肥为主，为了追求产量而盲目增加施肥量，不仅造成
肥料资源浪费，生产成本增加，且易引起
土壤酸化、盐渍化、连作障碍加剧、土传病害频繁发生等土壤
质量退化问题，同时制约设施蔬菜产量和品质的提高。由于蔬菜施肥量大，利用率低，造成氮、磷、
钾等养分在土体中积累，土壤全氮、
碱解氮、有效磷、速效钾含量与种植年限呈极显著正相关，种植年限越长，养分积累越明显。因此，合理施用肥料，提高肥料利用效率，防止土壤退化，提高设施栽培土壤环境质量，是番茄种植产业可持续发展的前提和保障。
[0003] 水肥一体化技术是现代农业的发展方向，是精准施肥的重要手段，根据不同的环境条件和作物水肥需求规律，运用科学合理的控制方法实施水肥一体化，是实现高效灌溉与施肥的必由之路。但是，在实施水肥一体化技术的时候仍存在如下问题：水溶肥易溶解不完全，水溶肥配方不尽合理，影响灌溉效果，以及如何进行
灌溉施肥时期、灌溉施肥量、灌溉施肥频次及施肥浓度等方面的控制，还缺乏操作性强的方法，导致水肥一体化应用困难，实施效果不佳。同时，在大规模农场种植中，不同区域往往具有不同的生长环境差异，导致番茄种植的生长速率和水肥吸收情况产生不同，单纯采用一体化的灌溉系统已经无法满足上述区域化管理的需求。
[0004] 因此，如何提供一种适用于区域化管理的番茄水肥智能灌溉系统及方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。实用新型内容
[0005] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种番茄水肥区域化智能灌溉系统，根据不同区域检测系统检测的番茄生长环境及生长状态，进行远程调控，采用一套系统满足各区域间不同的水肥灌溉需求。为实现上述目的其具体方案如下：
[0006] 本实用新型公开了一种番茄水肥区域化智能灌溉系统，包括检测系统、
控制器、灌溉装置和
服务器；所述检测系统和所述灌溉装置均与所述控制器连接，所述控制器远程连接所述服务器；
[0007] 所述检测系统包括
传感器模
块和
图像采集模块，分别用于检测番茄的生长环境信息和种植区域的图像，每个温室种植区域均配置一个检测系统；
[0008] 所述控制器接收所述检测系统检测的检测信息，所述检测信息包括番茄生长环境信息和种植区域的图像，并进行编码处理，得到检测码段，并将所述检测码段发送至所述服务器；
[0009] 所述服务器根据所述检测码段分析生成控制码段，并发送至所述控制器，所述控制器解码所述控制码段内的控制信息，并对所述灌溉装置进行
开关操作。
[0010] 优选的，每个温室种植区域均配置一个检测系统，包括每一个温室划分为一个种植区域，和每一个温室内划分为多个种植区域；其中，所述图像采集模块包括高
光谱图像采集器，用于动态监控并采集种植区域叶面图像；
[0011] 所述传感器模块包括土壤氮离子传感器、土壤磷离子传感器、土壤钾离子传感器、室内温
湿度传感器、土壤湿度传感器、
风量传感器；
[0012] 所述土壤氮离子传感器用于检测土壤中氮离子的养分浓度；
[0013] 所述土壤磷离子传感器用于检测土壤中磷离子的养分浓度；
[0014] 所述土壤钾离子传感器用于检测土壤中钾离子的养分浓度；
[0015] 所述室内温湿度传感器用于检测室内空气的温湿度；
[0016] 所述土壤湿度传感器用于检测土壤的湿度；
[0017] 所述风量传感器用于检测室内风量大小。
[0018] 优选的，所述控制器包括通信单元、编解码单元和缓存单元；
[0019] 所述通信单元包括有线通信单元和无线通信单元；所述有线通信单元与所述检测系统和所述灌溉装置电连接，所述无线通信单元与所述服务器进行无线双向通信；
[0020] 所述编解码单元连接所述通信单元，对所述检测信息进行编码生成检测码段，所述检测码段包括区域编号码段、检测信息和采集时间码段，并对所述控制码段进行解码得到控制信息；
[0021] 所述缓存单元连接所述编解码单元，用于缓存当次检测码段，防止通讯故障导致检测数据丢失而无法恢复，当编解码单元下一次收到相同区域编号码段的控制码段后，缓存单元移除存储的当次检测码段。
[0022] 优选的，所述控制码段包括区域编号码段、设备号和控制时间码段。
[0023] 优选的，所述灌溉装置包括搅拌罐、混液罐、灌溉网管；
[0024] 所述搅拌罐设有N个，N个所述搅拌罐并连且分别通过电磁
阀一与进水管连通；N个所述搅拌罐分别通过
电磁阀二与所述混液罐的进液口连通；所述电磁阀一和所述电磁阀二均为N个；
[0025] 所述混液罐的进水口与所述进水管连通，出液口与所述灌溉网管连通。
[0026] 优选的，所述搅拌罐为凹底圆柱形，内部形成环形凹腔；搅拌器深入所述搅拌罐进行搅拌作业；所述搅拌器包括
电机，与电机连接的倒Y型传动杆，所述倒Y型传动杆的两侧分支上设有倒Y型搅拌桨叶，并置于所述环形凹腔内；所述倒Y型搅拌桨叶设有两层，分别位于所述环形凹腔的上层液位和下层液位。
[0027] 优选的，所述灌溉网管设有M个支管，分布于不同的温室种植区域，每个所述支管上设有一个电磁阀三。
[0028] 优选的，所述混液罐连接有水肥测定仪，所述水肥测定仪与所述控制器连接，用于测定所述混液罐内混合的水肥成分和浓度。
[0029] 本实用新型还公开了一种番茄水肥区域化智能灌溉方法，包括如下步骤：
[0030] 步骤1，控制器接收检测系统的检测信息；
[0031] 步骤2，对检测信息进行编码：在检测信息前增加区域编号码段，在检测信息后增加采集时间码段，得到检测码段；并将检测码段发送至服务器和缓存单元；
[0032] 步骤3，服务器内设定控制
阈值，提取检测码段内的检测信息，与控制阈值进行比较，若超出控制阈值范围，则生成控制信息，控制信息包括设备号和时间区间码段，并在控制信息前增加区域编号码段，生成控制码段，服务器将控制码段发送至控制器；
[0033] 步骤4，控制器根据控制码段中的区域编号码段
定位对应区域的灌溉装置，根据设备号确定需要进行开关操作的灌溉装置的具体设备，包括设置在进水管与搅拌罐之间的电磁阀一，设置在搅拌罐与混液罐之间的电磁阀二，设置在混液罐与灌溉管网各路支管之间的电磁阀三，以及搅拌器的电机。
[0034] 优选的，所述控制器接收的检测信息包括检测系统获取的生长环境信息、种植区域的图像，以及与混液罐连接的水肥测定仪的测定数据；其中，对所述种植区域图像获得
像素点光谱数据，得到图像上不同坐标的像素值，并作为检测信息进一步构成检测码段。
[0035] 本实用新型相较
现有技术具有以下有益效果：
[0036] 本实用新型能够利用检测系统实时获取番茄的生长环境信息和种植区域的图像，并进行编码处理得到检测码段，通过检测码段可以定位不同温室种植区域，以便于服务器快速识别控制对应区域的灌溉装置，其中传感器模块能够获取番茄种植土壤中氮离子的养分浓度、磷离子的养分浓度、钾离子的养分浓度、湿度，以及空气的温湿度和室内风量大小，图像采集模块通过实时监控并采集种植区域叶面图像，判断番茄的生长状态，反馈至控制器，以从番茄叶面的外部形态直观的获取生长态势信息，检测效果更全面、更准确。本实用新型的控制过程同样采用控制码段的方式，首先对种植区域进行精准定位，并且通过设备号分别控制不同管路的电磁阀设备的开关，并通过控制时间码段控制开关状态的维持时间，从而适应不同种植区域的不同灌溉需求。
附图说明
[0037] 为了更清楚地说明本实用新型
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0038] 图1为本实用新型番茄水肥区域化智能灌溉系统的结构示意图；
[0039] 图2为本实用新型搅拌罐的结构示意图；
[0040] 图3为本实用新型一种番茄水肥区域化智能灌溉方法的
流程图。
具体实施方式
[0041] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0042] 实施例1
[0043] 参见附图1，为一种番茄水肥区域化智能灌溉系统的结构示意图，该实施例提供的一种番茄水肥区域化智能灌溉系统，包括检测系统、控制器、灌溉装置和服务器；检测系统和灌溉装置均与控制器连接，控制器远程连接服务器；检测系统包括传感器模块和图像采集模块，分别用于检测番茄的生长环境信息和种植区域的图像，每个温室种植区域均配置一个检测系统；控制器接收检测系统检测的检测信息，检测信息包括番茄生长环境信息和种植区域的图像，并进行编码处理，得到检测码段，并将检测码段发送至服务器；服务器根据检测码段分析生成控制码段，并发送至控制器，控制器解码控制码段内的控制信息，并对灌溉装置进行开关操作。
[0044]
有机肥及化学肥料的中的磷肥和钾肥常被用作番茄种植的基肥使用，番茄生长期包括缓苗期、开花期、结果期和采摘期，番茄定植后1-2周，生长较慢，土壤中的养分可以满足其生长需求，不需施肥补充养分，可以充分利用土壤养分；磷钾肥作为基肥施入土壤后，部分磷钾可由速效态转换为缓效态，影响番茄对其吸收利用。此外，氮肥过早过多投入更易加剧挥发损失。在番茄生长期追施氮磷钾肥，与番茄作物养分需求一致，能提高作物产量与肥料利用效率。
[0045] 根据不同时期番茄作物对养分需求的不同，对每个温室种植区域均配置一个检测系统，包括每一个温室划分为一个种植区域，和每一个温室内划分为多个种植区域；其中，图像采集模块包括高光谱图像采集器，用于动态监控并采集种植区域叶面图像；传感器模块包括土壤氮离子传感器、土壤磷离子传感器、土壤钾离子传感器、室内温湿度传感器、土壤湿度传感器、风量传感器；
[0046] 土壤氮离子传感器用于检测土壤中氮离子的养分浓度；土壤磷离子传感器用于检测土壤中磷离子的养分浓度；土壤钾离子传感器用于检测土壤中钾离子的养分浓度；室内温湿度传感器用于检测室内空气的温湿度；土壤湿度传感器用于检测土壤的湿度；风量传感器用于检测室内风量大小。
[0047] 控制器包括通信单元、编解码单元和缓存单元；通信单元包括有线通信单元和无线通信单元；有线通信单元与检测系统和灌溉装置电连接，无线通信单元与服务器进行无线双向通信；编解码单元连接通信单元，对检测信息进行编码生成检测码段，检测码段包括区域编号码段、检测信息和采集时间码段，并对控制码段进行解码得到控制信息；缓存单元连接编解码单元，用于缓存当次检测码段。控制码段包括区域编号码段、设备号和控制时间码段。
[0048] 控制器通过对检测码段的编码和对控制码段的解码操作，实现对不同区域不同设备的实时控制，该控制过程通过灌溉装置的管路设置实现，具体的：
[0049] 本实用新型提供的灌溉装置包括搅拌罐、混液罐、灌溉网管；搅拌罐设有N个，N个搅拌罐并连且分别通过电磁阀一与进水管连通；N个搅拌罐分别通过电磁阀二与混液罐的进液口连通；电磁阀一和电磁阀二均为N个；混液罐的进水口与进水管连通，出液口与灌溉网管连通。操作时，在N个搅拌罐内投入不同养份的固体肥料，并对N个电磁阀一进行设备号编码，且各个设备号具有唯一性，每一个搅拌罐内搅拌得到不同的水肥原料。根据不同种植区域的需求，服务器选择特定设备号的电磁阀一通断，以调节水肥原料的浓度，以及选择特定设备号的电磁阀二的通断，以对不同水肥原料进行混合，实现多种养分的一次灌溉。进一步的，灌溉网管设有M个支管，分布于不同的温室种植区域，每个支管上设有一个电磁阀三，服务器选择特定设备号的电磁阀三的通断，以对应区域编号码段，对特定种植区域进行定向灌溉。上述选取的设备号均在一个控制码段内编码。控制器根据单次接收的控制码段，实现多个设备的同步控制，大幅提高了工作效率。
[0050] 参见
说明书附图2，为本实用新型提供的搅拌罐的结构示意图，搅拌罐为凹底圆柱形，内部形成环形凹腔；搅拌器深入搅拌罐进行搅拌作业；搅拌器包括电机，与电机连接的倒Y型传动杆，倒Y型传动杆的两侧分支上设有倒Y型搅拌桨叶，并置于环形凹腔内；倒Y型搅拌桨叶设有两层，分别位于环形凹腔的上层液位和下层液位。环形凹腔的结构更利于搅拌罐内形成环流，并有效控制水肥颗粒的不充分溶解导致在搅拌罐底部中心沉积，影响水肥浓度的定量控制，本实用新型通过控制电机的转向和转速，水肥原料更易于在搅拌罐内形成
对流，加快了固体肥料的溶解速度。同时，倒Y型搅拌桨叶的双层设计，能够有效防止水肥原料出现分层或浓度不一的现象。
[0051] 基于上述特征，本实用新型提供的搅拌罐兼具储液罐的功能，能够在搅拌罐内预存水肥原料，以备随时灌溉的需求。
[0052] 混液罐连接有水肥测定仪，水肥测定仪与控制器连接，用于测定混液罐内混合的水肥成分和浓度，并将该检测信息反馈至控制器，以实现对水肥原料配比的微调。
[0053] 实施例2
[0054] 本实施例提供了一种番茄水肥区域化智能灌溉方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0055] S1，控制器接收检测系统的检测信息；
[0056] 通过有线方式接收传感器模块检测的土壤中氮离子的养分浓度、磷离子的养分浓度、钾离子的养分浓度、湿度，以及空气的温湿度和室内风量的大小。同时定期通过有线方式接收高光谱图像采集器采集的叶面图像，通过图像内显示的叶面面积和叶绿素分布，了解番茄作物的生长状态。
[0057] S2，对检测信息进行编码：在检测信息前增加区域编号码段，在检测信息后增加采集时间码段，得到检测码段；并将检测码段发送至服务器和缓存单元；
[0058] 组码方式包括直接将传感器
信号作为检测信息，或对种植区域图像获取像素点光谱数据，得到图像上不同坐标的像素值，并将像素值作为检测信息。
[0059] S3，服务器内设定控制阈值，提取检测码段内的检测信息，与控制阈值进行比较，若超出控制阈值范围，则生成控制信息，控制信息包括设备号和时间区间码段，并在控制信息前增加区域编号码段，生成控制码段，服务器将控制码段发送至控制器；
[0060] 控制阈值包括：土壤氮离子的养分浓度阈值、磷离子的养分浓度阈值、钾离子的养分浓度阈值、湿度阈值，以及空气的温湿度阈值和室内风量阈值。还包括，番茄缓苗期、开花期、结果期和采摘期的叶面图像模型，根据不同时期的叶面图像模型，判断像素点光谱数据的像素数量和像素值大小是否达标，由此达到了番茄种植的标准统一。
[0061] S4，控制器根据控制码段中的区域编号码段定位对应区域的灌溉装置，根据设备号确定需要进行开关操作的灌溉装置的具体设备，包括设置在进水管与搅拌罐之间的电磁阀一，设置在搅拌罐与混液罐之间的电磁阀二，设置在混液罐与灌溉管网各路支管之间的电磁阀三，以及搅拌器的电机，还包括室内
加湿器和风机。
[0062] 作为其中一个实施例，当土壤中氮离子浓度和钾离子浓度低时，控制器根据控制码段控制两组电磁阀一开启，实现氮肥的水溶液和钾肥水溶液的调配，并根据控制时间区间码段控制注水时间，同时控制电机开启，搅拌器进行搅拌动作，以实现不同浓度氮肥水溶液和钾肥水溶液的调配。固定时间的搅拌动作结束后，开启对应两组电磁阀二，将两种水肥原料进行混合，并通过水肥测定仪进行养分和浓度测试，若不达标，则进一步控制电磁阀一的通断，以获得符合要求的水肥。最后根据区域编号码段，控制对应种植区域支管上的电磁阀三，对该种植区域进行灌溉。
[0063] 以上对本实用新型所提供的一种番茄水肥区域化智能灌溉系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
[0064] 在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
