智慧農(nóng)業(yè)-物聯(lián)網(wǎng)智能水肥一體化滴灌系統(tǒng)

水肥一體化技術(shù)又稱灌溉施肥技術(shù)，是將滴灌與施肥結(jié)合在一起發(fā)展起來的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。這項技術(shù)主要是借助滴灌系統(tǒng)，利用滴灌系統(tǒng)中的水為載體，在灌溉的同時進(jìn)行施肥，實現(xiàn)水和肥一體化利用和管理，使水和肥料在土壤中以優(yōu)化的組合狀態(tài)供給給作物吸收利用。按照作物生長需求，進(jìn)行全生育期養(yǎng)分需求設(shè)計把作物所需要的水分和養(yǎng)分適時、定量、定時的根據(jù)植物不同的生長期按比例直接提供給作物。這樣可使灌水量、灌水時間、施肥量、施肥時間都達(dá)到很高的精度，具有水肥同步、集中供給、一次 、多年受益的特點，從而達(dá)到提高水肥利用率的目的。這一技術(shù)可適用于大棚、日光溫室蔬菜等設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培，以及農(nóng)田、果樹、等經(jīng)濟(jì)效益較好的作物。
水肥一體智能系統(tǒng)無需人為控制，系統(tǒng)自動感測何時需要灌溉，以及施肥，系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動開啟灌溉點，自動關(guān)閉灌溉點；可以按恒定的月、周、日運(yùn)行表進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，按灌溉日內(nèi)循環(huán)時長、間隔間隔時長運(yùn)行，可設(shè)定土壤水分參數(shù)自動啟停灌溉系統(tǒng)，可根據(jù)時間或比例、水量決定注入的肥量或根據(jù)EC/PH值進(jìn)行施肥的編程。

智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的背景
說起滴灌技術(shù)，幾乎所有種植者都能想到以色列，以色列利用滴灌節(jié)水的優(yōu)勢，解決了缺水的痛點，把一片沙漠變成了“果蔬之鄉(xiāng)”。以色列滴灌技術(shù)的成功，也被很多的國家和地區(qū)引進(jìn)學(xué)習(xí)。但是隨著技術(shù)的不斷更新迭代，滴灌技術(shù)也將面臨更新迭代！中國作為農(nóng)業(yè)大國，同時也意味著是用水大國，而且中國水資源 短缺，水資源危機(jī)已成為制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要的因素。我國農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，灌溉水利用系數(shù)低，因此走科技節(jié)水型農(nóng)業(yè)之路來實現(xiàn)水資源的合理利用，不僅可以節(jié)約水資源， 重要的是可以提高農(nóng)業(yè)用水效率，節(jié)省人力成本，改善生態(tài)環(huán)境，這是實現(xiàn)我國 農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵。
中國農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%左右，由于農(nóng)業(yè)灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的已達(dá)70%~80%，因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題，緩解水資源緊缺問題是非常重要的。我們的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。
智能農(nóng)業(yè)灌溉施肥系統(tǒng)就是不需要人為的控制，系統(tǒng)自動感測到什么時候需要灌溉，灌溉多長時間，系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動開啟灌溉點，自動關(guān)閉灌溉點；可以按恒定的月、周、日運(yùn)行表進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，按灌溉日內(nèi)循環(huán)時長、間隔間隔時長運(yùn)行，可設(shè)定土壤水分參數(shù)自動啟停灌溉系統(tǒng)，可根據(jù)時間或比例、水量決定注肥量或根據(jù)EC/PH值進(jìn)行施肥的編程。
（一）節(jié)水節(jié)肥——按照比例調(diào)控，使水肥達(dá)到化利用。
  （二）提高產(chǎn)量——投運(yùn)該系統(tǒng)可增產(chǎn)30-50%。
  （三）省時省力——減少人力成本投入， 管理。
  （四）智能控制——根據(jù)土壤水分溫度等相關(guān)參數(shù)自動反饋控制灌溉。
  （五）科學(xué)研究——本系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)。

智慧水肥一體化滴灌系統(tǒng)是集“物聯(lián)網(wǎng)”、“移動互聯(lián)網(wǎng)”、“自動控制”等高、精、尖技術(shù)為一體的先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施。系統(tǒng)依托土壤傳感器和無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)土壤濕度的自動感知、自動預(yù)警、自動分析、自動控制，通過控制電磁閥、水泵等灌溉設(shè)備對作物土壤濕度自動調(diào)節(jié)，極大降低對人工的依賴性，經(jīng)濟(jì)節(jié)能，實現(xiàn)灌溉作業(yè)的無人值守自動化運(yùn)行

建設(shè)智慧水肥一體化滴灌系統(tǒng)

水肥一體化灌溉系統(tǒng)可以幫助生產(chǎn)者實現(xiàn)自動水肥一體化管理。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、數(shù)據(jù)采集終端組成。通過與供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)自動化控制。可實現(xiàn)監(jiān)測、控制灌溉中的供水時間、施肥濃度以及供水量。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實時監(jiān)測的灌溉狀況，當(dāng)灌區(qū)土壤濕度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當(dāng)監(jiān)測的土壤含水量及液位達(dá)到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)。可根據(jù)時間段調(diào)度整個灌區(qū)電磁閥的輪流工作，并手動控制灌溉和采集墑情。整個系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實施灌溉，充分提高灌溉用水效率，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電，減少勞動強(qiáng)度，降低人力投入成本。

水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。可根據(jù)作物不同生育期的需肥特點和土壤特點，自動對水,肥進(jìn)行檢測調(diào)配和供給，精細(xì)配水配肥，提供水肥利用率，水肥灌溉系統(tǒng)組成：主水泵，恒壓變頻控制柜，過濾器，施肥部分（水肥一體機(jī)），保護(hù)計量設(shè)備（流量計，壓力傳感器，EC，PH,閥門系列等），輸水管網(wǎng)系統(tǒng)，無線/有線閥門控制系統(tǒng)，田間灌水器系統(tǒng)。

灌溉設(shè)計

智能滴灌系統(tǒng)的類型，根據(jù)供水方式的不同，有恒定流量的滴頭（自補(bǔ)償式），可調(diào)節(jié)的微型滴頭。必須根據(jù)每種植物的水需求，土壤特性和智能滴灌系統(tǒng)的大小來選擇滴管。

恒定流量的滴頭：它們不可調(diào)節(jié)，并且總是提供相同量的水。它們是始終需要相同量水的植物的理想之選，這些水通常是成年植物的標(biāo)本。這種類型的滴管是最簡單，最經(jīng)濟(jì)的。

自補(bǔ)償?shù)晤^：它們是恒定流量（不可調(diào)節(jié)）的滴頭，能夠補(bǔ)償壓力差，以確保相同流量。建議在滴水管的長度超過25 m或有明顯差異時使用。

可調(diào)式滴頭：這種類型的滴頭允許將流量調(diào)節(jié)到最高60升/小時。它們是專為生長中的植物或溫度和濕度條件變化很大的地方設(shè)計的。

微型灑水裝置：您的灌溉方式是微雨。這些微型噴頭投射出非常細(xì)的水滴（甚至可以用作霧化器），并投射出半徑最大為5 m的水。使用這種灌溉方式時，必須注意灌溉時間表，以免植物因陽光而燃燒。

    常規(guī)管傳統(tǒng)的聚乙烯管是可與滴頭配合使用的管。與其他類型的管道（例如多孔或集成滴頭）相比，最大的優(yōu)點是它們可以將每個滴頭放置在所需的確切位置，從而充分利用水并進(jìn)行精確灌溉。根據(jù)每個工廠的用水需求，您可以連接并組合不同類型的滴頭，甚至微擴(kuò)散器。直徑的選擇取決于所需灌溉點的數(shù)量，必須覆蓋的延伸范圍以及地形的特征。最常見的直徑是：直徑4毫米。這種細(xì)管非常適合組成小型智能滴灌系統(tǒng)：最多12個盆或15線性米。它也用于較粗的管道中的分支。

增壓泵參數(shù)設(shè)計：水泵流量數(shù)據(jù)=參考主管道過流量（即主管道經(jīng)濟(jì)輸水能力）+計劃灌溉面積，水泵流量可以選擇：25立方/小時，確定水泵參數(shù)為： 流量：25立方/小時，揚(yáng)程：32米，功率：4KW。

水泵控制方式

設(shè)計單臺水泵，采用1拖1形式工作，主管道上安裝壓力傳感裝置。田間閥門開啟后泵開始工作，變頻水泵控制柜系統(tǒng)通過測到的管道壓力，經(jīng)變頻器系統(tǒng)內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算，調(diào)節(jié)輸出頻率，然后實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號(一般可作為管網(wǎng)壓力信號)可適時通知PLC的進(jìn)行變頻泵切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的開關(guān)將聯(lián)動其出口。

砂石過濾器選型

因水源為地表水,含雜質(zhì)主要是有機(jī)物，根據(jù)選用灌水器對水質(zhì)的要求選用“全自動(120目)過濾器”過濾即可滿足該滴灌系統(tǒng)要求。

設(shè)計2個缸體，單個直徑600mm，過流量：40m3/h，2個碳鋼砂缸，帶法蘭盤式，水平安裝；

砂石介質(zhì)過濾器主要用來處理水中有機(jī)雜質(zhì)和藻類，主要適用于開放性水源如：水庫、池塘及渠道水的初級過濾，一般在其后面配備疊片式過濾器作為二級過濾。

1、設(shè)置固定時間清洗程序；

2、過濾器進(jìn)出口差壓感應(yīng)清洗程序；

疊片過濾器選型

設(shè)計單體2寸過濾體，3組并聯(lián)；流量：每組20m3/h，總流量為60m3/h，采用全自動清洗控制方式；當(dāng)達(dá)到一定的壓差時，或設(shè)定的時間內(nèi)系統(tǒng)自動進(jìn)入反沖洗狀態(tài)，控制器控制閥門改變水流方向，過濾器底部單向隔膜關(guān)閉主通道，反沖洗進(jìn)入六組滴嘴通道，和滴嘴通道連接的活塞腔內(nèi)的水壓上升，活塞向上運(yùn)動克服彈簧對疊片的壓力，并在疊片組頂部釋放活塞空間，同時反沖洗水從六組滴嘴通道上面的35*6個滴嘴沿疊片切線的方向高速滴射，使疊片旋轉(zhuǎn)并均勻分開，滴洗水滴洗疊片表面，將截留在疊片上的雜質(zhì)滴洗甩出。當(dāng)反沖洗結(jié)束時，水流方向再次改變，疊片再次被壓緊，系統(tǒng)重新進(jìn)入過濾狀態(tài)。反沖洗控制器操作簡單，可根據(jù)壓差，時間或兩者組合對過濾器或工作站進(jìn)行全面控制。疊片過濾器濾芯無須更換，壽命可達(dá)15年之久。清洗控制方式：

1、設(shè)置固定時間清洗程序；

2、過濾器進(jìn)出口差壓感應(yīng)清洗程序；

智能水肥一體機(jī)

水肥一體機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包包括：控制柜、觸摸屏控制系統(tǒng)、混肥硬件設(shè)備系統(tǒng)、無線采集控制系統(tǒng)。支持PC端以及微信端實施查看數(shù)據(jù)以及控制前端設(shè)備。

·時間控制：設(shè)定時間灌溉

·肥水比例：設(shè)定流量比例來控制水肥比

·外部信號控制：土壤濕度控制水泵開關(guān)

·無線控制：無線采集傳感器值及控

系統(tǒng)特征

·肥料控制：肥料供應(yīng)量百分比來控制

·流量控制：根據(jù)各個大棚內(nèi)流量傳感器的值判斷閥門狀態(tài)

·可選擇施肥或者直接灌溉

·灌溉使用原灌溉網(wǎng)絡(luò)的壓力不需要加壓泵

·報警及停止：超出壓力上限值時發(fā)出報警及停止運(yùn)行

·報警及停止：超出土濕上限值時發(fā)出報警及停止運(yùn)行

·一鍵灌水：緊急灌水（手動灌水）

·臨時停止：一鍵停止運(yùn)行功能

·灌溉區(qū)域閥門采集使用無線傳輸節(jié)約拉線成本

硬件特征

·包含嵌入式現(xiàn)場下位機(jī)控制器、信號采集模塊、設(shè)備驅(qū)動模塊以及人機(jī)交互7寸觸摸屏等，可完成灌溉精準(zhǔn)調(diào)控、水肥信息采集、云服務(wù)器交互等工作；

智能水肥機(jī)具有快速運(yùn)算能力，配合最新傳感技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)保證設(shè)備操作簡單，智能運(yùn)行。支持XPH、標(biāo)準(zhǔn)MODBUS雙協(xié)議切換；可支持JSON/HTTP數(shù)據(jù)上報。

·可利用lora或nb-lot技術(shù)拓展接入現(xiàn)場環(huán)境采集設(shè)備以及現(xiàn)場灌溉控制設(shè)備

外形特征

·內(nèi)置系統(tǒng)不銹鋼離心泵、過濾系統(tǒng)，檢控系統(tǒng)，電氣柜，施肥桶和吸肥通道組合。

·10寸觸摸屏顯示

·棚內(nèi)使用無線傳輸節(jié)約拉線成本

·系統(tǒng)標(biāo)配3路注肥通道，預(yù)留1路，單通道施肥量420L/h；

·可與物聯(lián)網(wǎng)平臺聯(lián)動，根據(jù)采集的墑情等信息智能配比，自動記錄施肥時間、施肥區(qū)域、流量、PH值、EC值、使用量等。

安全進(jìn)排氣閥

排氣、進(jìn)氣功能，水泵啟動時排出管路或設(shè)備里面的空氣，保證設(shè)備安全運(yùn)行，避免巨大的空氣流給設(shè)備造成強(qiáng)大的沖擊力；當(dāng)設(shè)備停止時，防止負(fù)壓產(chǎn)生，此時閥門會吸入大量氣體，保證系統(tǒng)壓力與外界大氣壓力一直，避免負(fù)壓吸力對設(shè)備造成損壞；

無線閥門控制器，是一款基于470M無線傳輸技術(shù)研發(fā)的新型產(chǎn)品。本產(chǎn)品注意用于灌溉系統(tǒng)，通過控制終端即可根據(jù)農(nóng)作物對澆灌不同要求設(shè)定不同的澆灌策略，實現(xiàn)個性化澆灌。

供電方式：18650電池；

太陽能板：3W；

工作頻段：470MHz；

調(diào)制方式：LORA

通訊距離：>2KM

脈沖閥數(shù)量：標(biāo)配1路，可擴(kuò)展到2路脈沖閥 脈沖閥供電：9-40V脈沖信號（支持伯爾梅特、耐特菲姆、雨鳥等主流閥）

集成多種傳感器（閥門出口壓力，土壤水分，流量等傳感器）；可定時自動開關(guān)，也可與傳感器設(shè)置聯(lián)動邏輯

物聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)

水肥一體化灌溉系統(tǒng)可以幫助生產(chǎn)者很方便的實現(xiàn)自動的水肥一體化管理。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、數(shù)據(jù)采集終端組成。通過與供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)智能化控制。可實現(xiàn)智能化監(jiān)測、控制灌溉中的供水時間、施肥濃度以及供水量。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實時監(jiān)測的灌溉狀況，當(dāng)灌區(qū)土壤濕度達(dá)到預(yù) 先設(shè)定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當(dāng)監(jiān)測的土壤含水量及液位達(dá)到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)。可根據(jù)時間段調(diào)度整個灌區(qū)電磁閥的輪流 工作，并手動控制灌溉和采集墑情。整個系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電，減少勞動強(qiáng)度，降低人力投入成本。借助個人電腦、智能手機(jī)，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場氣象、土壤、水源控制的實時監(jiān)測，并對大棚、溫室的灌溉、結(jié)合視頻直播、智能預(yù)警等強(qiáng)大功能，系統(tǒng)可幫助廣大農(nóng)業(yè)工作者隨時隨地掌握農(nóng)作物生長狀況及環(huán)境變化趨勢，為用戶提供一套高效便捷、功能強(qiáng)大的農(nóng)業(yè)監(jiān)控解決方案。系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、報表中心、任務(wù)中心。另外，用戶還可自己設(shè)定灌溉時刻、時長、次數(shù)、閥門開度等。

電腦手機(jī)云端界面

用戶信息查詢與操作入口應(yīng)支持大部分瀏覽器，使得與設(shè)備無關(guān)。簡單，免于安裝，易于使用。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺可成為管理和控制的完整農(nóng)莊信息系統(tǒng)和控制管理平臺，配置不同的功能模塊可靈活地實現(xiàn)對應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的信息采集、控制和管理。