智能農(nóng)業(yè)中的水肥一體化系統(tǒng)分析

摘要

水肥一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是灌溉施肥肥效快，養(yǎng)分利用率提高。可以避免肥料施入干燥的表土?xí)r揮發(fā)損失、溶解慢、比最終肥料見效慢的問(wèn)題。特別是避免了地表施用的銨態(tài)氮肥和尿素氮肥的揮發(fā)損失問(wèn)題，既節(jié)約了氮肥，又有利于環(huán)境保護(hù)。

序

水肥一體化管理系統(tǒng)由水肥一體化灌溉設(shè)備、農(nóng)業(yè)環(huán)境傳感設(shè)備、綜合管理平臺(tái)、配套通信設(shè)備、手機(jī)APP終端等軟硬件組成。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)感知、自動(dòng)上傳、自動(dòng)分析、自動(dòng)管理的功能，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)管理的完美結(jié)合。

自動(dòng)灌溉施肥機(jī)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)水、肥供應(yīng)的自動(dòng)化管理和分配。施肥器的基本工作原理是:系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)置的施肥比例、施肥時(shí)間和周期模式、EC/pH平衡條件，設(shè)置各種邏輯組。

最后，控制器會(huì)通過(guò)一套肥料注射器的電磁閥和一套EC/pH監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在合適的時(shí)間將各種肥料按一定的比例混合。

將物料注入灌溉管道，自動(dòng)完成施肥任務(wù)，合理控制水肥供應(yīng)。

施肥技術(shù)是以自動(dòng)灌溉為基礎(chǔ)，以自控單元為核心，結(jié)合傳感檢測(cè)技術(shù)和微處理器。

技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)。一套完整的自動(dòng)灌溉施肥管理系統(tǒng)通常包括肥料注入系統(tǒng)、肥料混合系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)等附件。

首先，系統(tǒng)概述

水肥一體化技術(shù)是一項(xiàng)集灌溉和施肥于一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。水肥一體化是指借助壓力系統(tǒng)(或地形自然落差)，將可溶性固體或液體肥料，根據(jù)土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點(diǎn)，與灌溉水一起配制成肥液，通過(guò)可控的管道系統(tǒng)供應(yīng)水肥，使水肥混合后，通過(guò)管道和滴頭形成滴灌，均勻、定時(shí)、定量入滲， 使主根土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時(shí)根據(jù)不同生長(zhǎng)階段的需水需肥規(guī)律，設(shè)計(jì)蔬菜不同生長(zhǎng)階段的需求，定期按比例直接給作物提供水分和養(yǎng)分。

水肥一體化的重要組成部分是土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。水肥一體化控制是以土壤水分測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照土壤水分監(jiān)測(cè)規(guī)范的要求設(shè)計(jì)的。它不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分這一主要參數(shù)，還可以根據(jù)用戶需求添加探頭監(jiān)測(cè)土壤溫度、土壤電導(dǎo)率、土壤PH值、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速風(fēng)向、二氧化碳、降雨量等信息。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器和數(shù)據(jù)采集終端組成。通過(guò)與供水系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能控制?？梢灾悄鼙O(jiān)控灌溉中的供水時(shí)間、肥料濃度、供水量。變送器(土壤濕度變送器、流量變送器等。)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控灌溉情況。當(dāng)灌區(qū)土壤水分達(dá)到預(yù)設(shè)的下限值時(shí)，電磁閥可自動(dòng)打開，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的土壤含水量和液位達(dá)到預(yù)設(shè)的灌溉定額時(shí)，電磁閥系統(tǒng)可自動(dòng)關(guān)閉。根據(jù)時(shí)間段，可以調(diào)度整個(gè)灌區(qū)的電磁閥輪流工作，可以手動(dòng)控制灌溉和土壤水分收集。整個(gè)系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)實(shí)施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)電，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)力投入成本。

用戶通過(guò)操作觸摸屏進(jìn)行控制，控制器會(huì)自動(dòng)控制水肥過(guò)程中的重要參數(shù)，如灌溉量、吸肥量、肥料濃度、pH值等。，根據(jù)用戶設(shè)定的配方和灌溉工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量控制灌溉施肥，節(jié)水節(jié)肥，省工省時(shí)，提高產(chǎn)量，專用于連棟溫室、日光溫室、大棚、大田的種植灌溉作業(yè)。

三、系統(tǒng)功能:

(1)用水量控制和管理

實(shí)現(xiàn)兩級(jí)水量計(jì)量，出口流量監(jiān)測(cè)作為本區(qū)域總水量計(jì)量，通過(guò)各支管壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算出各支管的輪灌水量。結(jié)合閥門自動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)了各閥門控制單元的用水量統(tǒng)計(jì)。同時(shí)水泵引入流量控制。當(dāng)總用水量超過(guò)時(shí)，將通過(guò)遠(yuǎn)程控制限制該區(qū)域的用水量。

(2)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

通過(guò)水位和視頻監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控滴灌系統(tǒng)的水源狀況，及時(shí)發(fā)出缺水預(yù)警。通過(guò)水泵電流電壓監(jiān)測(cè)、出水口壓力流量監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)支管流量壓力監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滴灌系統(tǒng)爆管、漏水、低壓運(yùn)行等不合理灌溉事件，及時(shí)通知系統(tǒng)維護(hù)人員，保證滴灌系統(tǒng)高效運(yùn)行。

(3)閥門自動(dòng)控制功能

通過(guò)對(duì)農(nóng)田土壤墑情信息、小氣候信息和作物生長(zhǎng)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用無(wú)線或有線技術(shù)實(shí)現(xiàn)閥門的遠(yuǎn)程控制開關(guān)和定時(shí)輪灌開關(guān)。根據(jù)采集到的信息，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物需水量和灌溉輪灌情況，自動(dòng)開啟水泵和閥門，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)灌溉，分段控制，防止人為誤操作。

(4)運(yùn)維管理功能

包括系統(tǒng)維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)控和系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)管理；實(shí)現(xiàn)區(qū)域用水量計(jì)量管理的遠(yuǎn)程決策管理、旱澇預(yù)測(cè)的專家決策、信息發(fā)布等功能；以及水、電、灌溉量、維護(hù)、材料消耗等的統(tǒng)計(jì)和成本核算。，生成灌溉設(shè)備定期維護(hù)計(jì)劃，記錄維護(hù)情況，實(shí)現(xiàn)灌溉工程精細(xì)化維護(hù)和運(yùn)行管理。

節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)可以充分發(fā)揮現(xiàn)有節(jié)水設(shè)備的作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益。通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量，使灌溉更加科學(xué)便捷，提高管理水平。

(5)移動(dòng)終端APP

方便管理人員通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)終端隨時(shí)隨地查看系統(tǒng)信息，遠(yuǎn)程操作相關(guān)設(shè)備。

總體而言，水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

(1)節(jié)水、節(jié)肥——高效水肥灌溉、精準(zhǔn)控制；

(2)省時(shí)省力——可以大面積快速灌溉施肥；

(3)智能控制——根據(jù)土壤水分等相關(guān)參數(shù)自動(dòng)反饋控制灌溉；

(4)提高產(chǎn)量——系統(tǒng)投入運(yùn)行可提高產(chǎn)量30~50%。

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