背景技术：

在传统灌溉施肥技术领域中，大多数作物的浇水与施肥通常是分开的，且通常采用大水漫灌与一次性施肥，这种传统灌溉施肥方式存在如下问题：

1、无法满足作物不同成长阶段对于水分跟养分的需求，对于作物的生长是极其不利的。

2、传统的灌溉方式会造成过多的水资源浪费。

3、一次性大量施肥的方式还会造成养分流失，未被吸收的肥料会在空气中氧化，还造成土地板结。

现有的一些水肥一体化灌溉设备，虽初步解决了以上存在的部分问题，但其结构较复杂，制造成本高导致售价较高，影响了农户购买和使用的积极性，传统的施灌方式仍然是普遍存在。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种水肥一体化设备及其控制方法，设备结构较为简单，制造成本低，操作简便并且自动化程度高。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种水肥一体化设备，包括水平设置的文丘里管，以及固定于支撑架上的吸水泵和吸肥泵，所述吸水泵的出口通过管道与所述文丘里管的入口连通，所述吸肥泵的出口通过管道与所述文丘里管的喉道处连通，所述文丘里管的出口连通有混液管道，所述混液管道内安装有搅拌装置。

本方案利用吸水泵吸水，利用吸肥泵吸取浓度较高的水肥溶液，水肥溶液和吸水泵吸取的水进入混液管道，经过搅拌装置的搅拌后形成均匀溶液，进行作物施灌，利于作物对肥料的均匀吸收；同时利用设置的文丘里管自身尺寸结构特点，利用流体的压差进行液体流量的测量。

作为优化，所述吸水泵与文丘里管之间的管道上安装有水溶液流量管，所述水溶液流量管的管径自上而下逐渐减小，水溶液流量管内放置有尖端朝下的陀螺状指示物。由于陀螺状指示物会根据水的流量上升或下降，因此可以通过其位置判断水的流量变化，进而根据所需来调节进水开关，最终实现控制进水量，进行水肥浓度的调节。

作为优化，所述吸肥泵与文丘里管之间的管道上安装有肥水流量计。通过肥水流量计调控水肥溶液的流量，从而达到科学的配比水肥浓度。

作为优化，还包括土壤湿度传感器，以及与所述土壤湿度传感器、吸肥泵和吸水泵电性连接的控制器。本优化方案利用土壤湿度传感器检测土壤湿度值，并传给控制器，控制器将接收到的湿度值与设定值作比较，通过比较结果进行吸水泵和吸肥泵启闭选择，大幅提高了设备自动化程度。

作为优化，所述控制器包括手动控制模块、定时控制模块和自动控制模块。本优化方案可以使农户根据实际情况选择所需的施灌模式，适用的农田情况更加广泛，更利于推广和使用。

一种水肥一体化设备的控制方法，包括手动模式、定时模式和自动模式；

手动模式，依次启动吸水泵、吸肥泵，根据溶液流量管的水位调节吸水泵的进水量，根据肥水流量计的水位调节吸肥泵的吸肥量，根据观察到的土壤湿度情况选择停止施灌的时间；

定时模式，通过控制器设定所要灌溉的开始时间和结束时间，以及设定时间内设备所需的进水量与进肥量，到达设定的开始时间后，控制器依次启动吸水泵和吸肥泵进行水肥施灌；

自动模式，通过控制器设定土壤湿度临界值，控制器接收到土壤湿度传感器传输的数值后，与设定的土壤湿度临界值进行比较，如果低于土壤湿度临界值，则控制器依次启动吸水泵和吸肥泵进行水肥施灌。

本发明的有益效果为：

1、在组成上：结构简单、体积小、质量轻；

2、在操作模式上:可以完成手动操作，自动操作，定时操作，操作模式具有多样性；

3、在功能上：可以实现定时定量的水肥供给，自动实现开启关闭的功能，功能上更为丰富；

4、在操作上:可以极大减轻劳动强度，节省劳动时间，保证作物良好生长，提高作物的产量。

附图说明

图1为本发明设备结构示意图；

图2为本发明设备正视图；

图3为本发明设备后侧视图；

图4为本发明箱体盖前视图；

图5为本发明箱体盖后视图；

图6为本发明水溶液流量管结构示意图；

图7为本发明混液管道结构示意图；

图中所示：

1、电磁阀，2、吸水泵，3、支撑架，4、水溶液流量管，401、陀螺状指示物，5、文丘里管，6、混液管道，601、螺旋状叶片，602、连接轴，7、肥水流量计，8、箱体盖， 9、连接管头，10、吸肥泵，801、电源指示灯，802、手动操作指示灯，803、自动操作指示灯，804、定时操作指示灯，805、把手，806、箱体锁，807、操作屏，808、模式调节开关，809、整机总开关，810、RS485接口，811、继电器输出接口，812、电源线接口，813、转轴。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种水肥一体化设备，包括固定于支撑架3上的吸水泵2和吸肥泵10，以及位于吸水泵2和吸肥泵10上方且水平设置的文丘里管5，本实施例将文丘里管置于整机设备的最顶端，利用其自身尺寸结构特点，利用流体的压差进行液体流量的测量。

吸水泵2为小型单相自吸清水泵，通过a端口吸水，功率在90W,体积小，质量轻，吸力大，可以很好的适用于此灌溉设备。

吸肥泵10要通过 c端口吸取经过充分混合且肥料浓度较高的水肥溶液，因此在吸肥泵10的进口管道上安装有过滤网，以防止不溶固体杂质堵塞泵的进口。

文丘里管5的入口通过安装有水溶液流量管4的管道与吸水泵2的出口连通，吸水泵2的进口管道上安装有电磁阀1。本实施中的水溶液流量管4竖向设置，且其管径自上而下逐渐减小，水溶液流量管4内放置有尖端朝下的塑料材质的陀螺状指示物401，陀螺状指示物401可以根据水的流量上升或下降，水的流量增大时，陀螺状指示物401会旋转着上升，水的流量减小时，陀螺状指示物401则会下降。

文丘里管5的喉道处通过安装有肥水流量计7的管道与吸肥泵10的出口连通，方便根据肥水流量计的水位调节吸肥泵的吸肥量，为方便安装，连接吸肥泵10出口的管道与文丘里管之间通过连接管头9过渡。

文丘里管5的出口连通有竖直固定的混液管道6，混液管道6内的液体通过设备的b端口流入农田。为保证流入农田的肥料的均匀性，在混液管道6内安装有搅拌装置，该搅拌装置包括连接轴602和固定在连接轴上并沿连接轴轴向布置的螺旋状叶片601，连接轴的两端通过轴承与固定在混液管道6内的支架连接，连接轴可以由电机带动旋转，也可以在液体冲击螺旋叶片时自行转动。

本实施例还包括土壤湿度传感器，以及与所述土壤湿度传感器、吸肥泵10和吸水泵2电性连接的控制器，所述控制器包括手动控制模块、定时控制模块和自动控制模块。

为方便操作，将控制器安装在与支撑架3固接的控制箱内，控制箱的箱体盖8上安装有把手805和箱体锁806，箱体盖8的上下两端通过转轴813与箱体铰接。

在控制箱的箱体盖8的外侧面设有4个指示灯、两个开关旋钮，及一个操作屏。其中4个指示灯依次为电源指示灯801、手动操作指示灯802、自动操作指示灯803、定时操作指示灯804，功能上可以实现手动操作、自动操作、定时操作；两个开关旋钮分别为模式调节开关808和整机总开关809，模式调节开关808可以转换设定的模式，整机总开关809可以控制整机的启闭；操作屏807采用规格为19264液晶屏幕，可以通过屏幕向控制器录入参数，也可以通过屏幕下方的一排按钮进行参数录入，在屏幕的后端有三个接线端口，分别为电源线接口812、继电器输出接口811、RS485接口810，电源线接到防漏电开关，小型继电器常开节点接交流接触器线圈，交流接触器常开触点控制吸水泵和吸肥泵工作，土壤湿度传感器直接接线到操作屏的RS485端口。

设备工作时，吸水泵通过连通水源的a端口吸水，并通过水溶液流量管、文丘里管泵入混液管道内，吸肥泵通过连通高浓度液体肥料的c端口吸肥，并通过文丘里管泵入混液管道内，与泵入的水进行充分混合，最后由b端口流出。

针对上述水肥一体化设备的控制方法，包括手动模式、定时模式和自动模式三种，其中：

手动模式，首先，将模式调节开关调到手动模式，然后依次启动吸水泵、吸肥泵，根据溶液流量管的水位调节吸水泵的进水量，根据肥水流量计的水位调节吸肥泵的吸肥量，根据观察到的土壤湿度情况选择停止施灌的时间。

定时模式，首先，将模式调节开关调到定时模式，然后通过控制器设定所要灌溉的开始时间和结束时间，以及设定时间内设备所需的进水量与进肥量，到达设定的开始时间后，控制器依次启动吸水泵和吸肥泵进行水肥施灌。

自动模式，首先，将模式调节开关调到自动模式，然后通过控制器设定土壤湿度临界值，同时在屏幕上显示，控制器接收到土壤湿度传感器传输的数值后，与设定的土壤湿度临界值进行比较，如果低于土壤湿度临界值，则控制器依次启动吸水泵和吸肥泵进行水肥施灌，当土壤湿度达到所设定的数值的临界值时，设备便会终止作业。

通过三种模式的设置，方便了更多土壤情况的使用，各操作模式的操作难度小，简单易学，并且该设备在施灌时大幅减轻了劳动强度。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。