智慧農業水肥一體化灌溉技術解決方案
2022-06-29 16:14:30 艾方立科技
一、概述
水肥（féi）一體化（huà）技術是將灌溉與施肥（féi）融為一體的農業新技術（shù）。水肥一體化是借助壓力係統(或（huò）地形自然落差)，將（jiāng）可溶性固體或液體肥料，按土壤養分含量和作（zuò）物種類的需肥規（guī）律和特點，配兌成（chéng）的肥液與（yǔ）灌溉水一起，通過可控管道係統供（gòng）水、供肥，使水肥相融後，通過管道、噴槍或（huò）噴頭形（xíng）成噴灌、均勻、定時、定量，噴灑在作物發育生長區域（yù），使主要發育生長區域土壤始終保（bǎo）持疏鬆和（hé）適宜的含水量，同時根據不同的作物的需肥特點（diǎn），土壤環境和養分含（hán）量狀（zhuàng）況，需肥（féi）規律情況進行不同生育（yù）期的需求設計（jì），把水分、養分定時定量，按比（bǐ）例直接提供給作物。
二、水肥一體化係統原理圖
水肥一體化係統通常包括水源工程、首部樞紐、田間（jiān）輸配水管網係統和灌水器等（děng）四（sì）部分，實際（jì）生產中由於供水條件和灌溉要求不同，施肥係統可能僅由部分設備組成。
三、水肥一體機
水（shuǐ）肥一體機係統（tǒng）結構（gòu）包括：控製櫃、觸摸屏控製係統、混肥硬件設（shè）備係統（tǒng）、無（wú）線采集（jí）控製係統（tǒng）。支持pc端以及微信端實施查看數據以及控製前端設備；水肥一體化智能灌溉係統可以幫助生產者很（hěn）方便的實現自動的水肥一（yī）體化管理。係統（tǒng）由（yóu）上位機（jī）軟（ruǎn）件係統、區域控製櫃、分路控製（zhì）器、變送器、數據采集終端組成。通過與（yǔ）供水係統有機（jī）結合，實現智能化控製。可實（shí）現智能化監測、控（kòng）製灌溉中的供水時間、施（shī）肥濃度以及供水量。變送器（土壤水分變送器、流量變送器（qì）等）將實時監測的灌溉狀況，當灌區土壤濕度達到（dào）預先設定的下限值時，電（diàn）磁閥可以自（zì）動開啟，當監測（cè）的土（tǔ）壤含水量及液位達到預設（shè）的（de）灌水定額後，可以自動關閉電磁閥（fá）係統。可根（gēn）據時間段調度整個灌區電磁閥的輪流工作，並手動控製灌溉和采集墒情（qíng）。整個係統可協（xié）調工作實（shí）施輪灌（guàn），充分提高灌溉（gài）用水效率，實現節水、節電，減少勞動強度，降低人力投入成（chéng）本（běn）。
四、施肥係統
水肥一體化施肥係統原理由灌溉係統（tǒng）和肥料溶液混合係統兩部分組（zǔ）成。灌溉係統主（zhǔ）要由灌（guàn）溉泵、穩壓閥、控製器、過濾器、田間灌溉管網以及灌溉電磁閥構成。肥料溶液混合係統由控製器、肥料灌、施肥器、電磁閥、傳感器以及混合罐、混合泵組成。
4.1：輸配水管網係統
由幹管、支管、毛管組成。幹管一般采用PVC管材，支管一般采用（yòng）PE管材或PVC管材，管徑（jìng）根據流（liú）量分級配置,毛（máo）管目前多選用內鑲式滴灌帶或邊縫迷宮式滴灌帶；首部及大（dà）口徑閥門多采用鐵件。幹管或分幹管的首端進水口（kǒu）設閘閥，支管和輔管進水口處設（shè）球閥。
輸配水（shuǐ）管網的作（zuò）用是將首部處理過的水, 按照要求輸送到灌水單元和灌水器，毛管是微灌係統的最末一級管道，在滴灌係統中，即為（wéi）滴灌管，在微噴係（xì）統中（zhōng），毛管上安裝微噴頭。
4.2：環境數據（jù）采集器
環境數據采集器由低功耗氣象（xiàng）傳（chuán）感器、低功耗（hào）氣象數據采集控製器和（hé）計算機氣象軟件三部分組成。可同時監測大（dà）氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤（rǎng）濕度、雨量（liàng）、風速、風向、氣壓、輻射、照度等諸多氣象要素；具有高精度高可靠（kào）性的特點，可實現（xiàn）定時氣象數（shù）據采集、實時（shí）時間顯示、氣象數據定時（shí）存儲、氣象數（shù）據定（dìng）時上報、參數設定等功（gōng）能。
4.3：無線閥門控製器
閥（fá）門控製器是（shì）接收由田間（jiān）工（gōng）作站傳來的指令並實（shí）施（shī）指令的下端。閥門控製器直接與（yǔ）管網布置的電磁閥相連接，接收到田（tián）間工作站的（de）指令後對電磁閥的（de）開（kāi）閉進行控製，同時也能夠采集田（tián）間信息，並上傳信息至田間工作站（zhàn），一個閥門（mén）控製器可控（kòng）製多個（gè）電磁閥。
電（diàn）磁閥是控製田間（jiān）灌溉的閥門，電磁閥由田間節水灌溉設計輪灌組的劃分來確定安裝位置及個數。
4.4：灌水器（qì）係統
微（wēi）灌按微灌灌水流量小，一次（cì）灌（guàn）水延續時間較長，灌水周期短，需要的工作壓力較（jiào）低，能夠較精確的控製灌水量，能把水和養分直接地輸送到作物根部（bù）附近的土（tǔ）壤中去。
五、係（xì）統功能
5.1：用（yòng）水量控製管理
實現兩級用水（shuǐ）計量，通過出口流量監（jiān）測作為本區域內用水總量計量，通過每個支管壓力傳感采集數據實時計算各支管的（de）輪灌水量，與閥門自動控製功能結合，實現（xiàn）每一個閥門控製單元的用水量統計。同時水泵引入流量控（kòng）製，當超過用水總（zǒng）量將通過遠程控製，限製區域用（yòng）水。
5.2：運行狀態（tài）實時監控
通過（guò）水位（wèi）和視頻監控（kòng）能夠實時監測滴灌係統水源狀（zhuàng）況，及時發布（bù）缺水預警；
通過水泵電流（liú）和電壓（yā）監測、出（chū）水口壓力（lì）和流量監測、管網分幹管流量和壓力監測，能夠及時（shí）發現滴灌係統爆（bào）管、漏（lòu）水、低壓運行等不合理灌溉事件，及時通知（zhī）係統維護人員，保障滴灌係統高效。
5.3：閥（fá）門自動控製功（gōng）能
通過對農田土壤墒情信息、小氣候信息和作物長勢信（xìn）息的實時監測，采用無線或有線技術，實現閥門（mén）的遙控啟閉和定（dìng）時輪灌啟閉。根據采（cǎi）集（jí）到的信息，結合當地作物的需水（shuǐ）和灌溉輪灌情況製定自動開啟水泵、閥（fá）門，實現無人職守自動灌溉，分片控製，預防人為誤操作。
5.4：PC展示平台
通（tōng）過物聯網（wǎng）水肥一體化智能監測平（píng）台，能夠（gòu）為（wéi）用戶提供傳感器數據、圖片遠程、采集、傳輸（shū）、儲存、處理及報警信息發送等（děng）服務。該平（píng）台以（yǐ）集（jí）中式分區化的方式（shì）為用戶提供便捷、經濟、有效的遠程監控整體解決方案。通過物聯網智能監測平台，用戶可以不受時間、地點限製對監（jiān）控目標進行實時監控、管理、觀看和接收報警信息。
5.5：移動終（zhōng）端
建立手機係統，客戶直接采用（yòng）微信客戶端（duān）就可以控製和（hé）查看實時數據，手機端具有手動啟動、關閉電磁閥，水泵（bèng）等設備功（gōng）能。
5.6：運（yùn）維管理功能
包括係統維護、狀態監測和係統運行的現場管理；實現區域用水量計量管理、旱情和灌溉（gài）預報專家決策、信息（xī）發布等功（gōng）能（néng）的遠程決策（cè）管理；以及對用水、耗電、灌水量、維護（hù）、材料消耗等進（jìn）行統計和成本核算，對灌溉設施設備生成定（dìng）期（qī）維護計劃，記錄維護情況，實（shí）現灌溉（gài）工程（chéng）的精細化維護運行管理。
節水灌溉自動化控製係統能夠（gòu）充分（fèn）發揮現有的節水設備作用，優（yōu）化調度，提高效益，通過自動控製技術的應用，更加節水節能（néng），降低灌（guàn）溉成本，提高灌溉質量，將使灌溉更加科學（xué）、方便，提高管理（lǐ）水平。
