智慧农业-物联网智能水肥一体化滴灌系统

水肥一体化技术又称灌溉施肥技术，是将滴灌与施肥结合在一起发展起来的一种现代农业技术。这项技术主要是借助滴灌系统，利用滴灌系统中的水为载体，在灌溉的同时进行施肥，实现水和肥一体化利用和管理，使水和肥料在土壤中以优化的组合状态供给给作物吸收利用。按照作物生长需求，进行全生育期养分需求设计把作物所需要的水分和养分适时、定量、定时的根据植物不同的生长期按比例直接提供给作物。这样可使灌水量、灌水时间、施肥量、施肥时间都达到很高的精度，具有水肥同步、集中供给、一次 、多年受益的特点，从而达到提高水肥利用率的目的。这一技术可适用于大棚、日光温室蔬菜等设施农业栽培，以及农田、果树、等经济效益较好的作物。
水肥一体智能系统无需人为控制，系统自动感测何时需要灌溉，以及施肥，系统可以实现自动开启灌溉点，自动关闭灌溉点；可以按恒定的月、周、日运行表进行循环运行，按灌溉日内循环时长、间隔间隔时长运行，可设定土壤水分参数自动启停灌溉系统，可根据时间或比例、水量决定注入的肥量或根据EC/PH值进行施肥的编程。

智能农业产生的背景
说起滴灌技术，几乎所有种植者都能想到以色列，以色列利用滴灌节水的优势，解决了缺水的痛点，把一片沙漠变成了“果蔬之乡”。以色列滴灌技术的成功，也被很多的国家和地区引进学习。但是随着技术的不断更新迭代，滴灌技术也将面临更新迭代！中国作为农业大国，同时也意味着是用水大国，而且中国水资源 短缺，水资源危机已成为制约经济可持续发展的重要的因素。我国农业用水浪费严重，灌溉水利用系数低，因此走科技节水型农业之路来实现水资源的合理利用，不仅可以节约水资源， 重要的是可以提高农业用水效率，节省人力成本，改善生态环境，这是实现我国 农业的关键。
中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的已达70%~80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，缓解水资源紧缺问题是非常重要的。我们的智能农业灌溉系统在这种背景下应运而生。
智能农业灌溉施肥系统就是不需要人为的控制，系统自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间，系统可以实现自动开启灌溉点，自动关闭灌溉点；可以按恒定的月、周、日运行表进行循环运行，按灌溉日内循环时长、间隔间隔时长运行，可设定土壤水分参数自动启停灌溉系统，可根据时间或比例、水量决定注肥量或根据EC/PH值进行施肥的编程。
（一）节水节肥——按照比例调控，使水肥达到化利用。
  （二）提高产量——投运该系统可增产30-50%。
  （三）省时省力——减少人力成本投入， 管理。
  （四）智能控制——根据土壤水分温度等相关参数自动反馈控制灌溉。
  （五）科学研究——本系统扩展性强。

智慧水肥一体化滴灌系统是集“物联网”、“移动互联网”、“自动控制”等高、精、尖技术为一体的先进农业生产设施。系统依托土壤传感器和无线通信网络实现土壤湿度的自动感知、自动预警、自动分析、自动控制，通过控制电磁阀、水泵等灌溉设备对作物土壤湿度自动调节，极大降低对人工的依赖性，经济节能，实现灌溉作业的无人值守自动化运行

建设智慧水肥一体化滴灌系统

水肥一体化灌溉系统可以帮助生产者实现自动水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现自动化控制。可实现监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施灌溉，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。可根据作物不同生育期的需肥特点和土壤特点，自动对水,肥进行检测调配和供给，精细配水配肥，提供水肥利用率，水肥灌溉系统组成：主水泵，恒压变频控制柜，过滤器，施肥部分（水肥一体机），保护计量设备（流量计，压力传感器，EC，PH,阀门系列等），输水管网系统，无线/有线阀门控制系统，田间灌水器系统。

灌溉设计

智能滴灌系统的类型，根据供水方式的不同，有恒定流量的滴头（自补偿式），可调节的微型滴头。必须根据每种植物的水需求，土壤特性和智能滴灌系统的大小来选择滴管。

恒定流量的滴头：它们不可调节，并且总是提供相同量的水。它们是始终需要相同量水的植物的理想之选，这些水通常是成年植物的标本。这种类型的滴管是最简单，最经济的。

自补偿滴头：它们是恒定流量（不可调节）的滴头，能够补偿压力差，以确保相同流量。建议在滴水管的长度超过25 m或有明显差异时使用。

可调式滴头：这种类型的滴头允许将流量调节到最高60升/小时。它们是专为生长中的植物或温度和湿度条件变化很大的地方设计的。

微型洒水装置：您的灌溉方式是微雨。这些微型喷头投射出非常细的水滴（甚至可以用作雾化器），并投射出半径最大为5 m的水。使用这种灌溉方式时，必须注意灌溉时间表，以免植物因阳光而燃烧。

    常规管传统的聚乙烯管是可与滴头配合使用的管。与其他类型的管道（例如多孔或集成滴头）相比，最大的优点是它们可以将每个滴头放置在所需的确切位置，从而充分利用水并进行精确灌溉。根据每个工厂的用水需求，您可以连接并组合不同类型的滴头，甚至微扩散器。直径的选择取决于所需灌溉点的数量，必须覆盖的延伸范围以及地形的特征。最常见的直径是：直径4毫米。这种细管非常适合组成小型智能滴灌系统：最多12个盆或15线性米。它也用于较粗的管道中的分支。

增压泵参数设计：水泵流量数据=参考主管道过流量（即主管道经济输水能力）+计划灌溉面积，水泵流量可以选择：25立方/小时，确定水泵参数为： 流量：25立方/小时，扬程：32米，功率：4KW。

水泵控制方式

设计单台水泵，采用1拖1形式工作，主管道上安装压力传感装置。田间阀门开启后泵开始工作，变频水泵控制柜系统通过测到的管道压力，经变频器系统内置的PID调节器运算，调节输出频率，然后实现管网的恒压供水。变频器的频率超限信号(一般可作为管网压力信号)可适时通知PLC的进行变频泵切换。为防止水锤现象的产生，泵的开关将联动其出口。

砂石过滤器选型

因水源为地表水,含杂质主要是有机物，根据选用灌水器对水质的要求选用“全自动(120目)过滤器”过滤即可满足该滴灌系统要求。

设计2个缸体，单个直径600mm，过流量：40m3/h，2个碳钢砂缸，带法兰盘式，水平安装；

砂石介质过滤器主要用来处理水中有机杂质和藻类，主要适用于开放性水源如：水库、池塘及渠道水的初级过滤，一般在其后面配备叠片式过滤器作为二级过滤。

1、设置固定时间清洗程序；

2、过滤器进出口差压感应清洗程序；

叠片过滤器选型

设计单体2寸过滤体，3组并联；流量：每组20m³/h，总流量为60m³/h，采用全自动清洗控制方式；当达到一定的压差时，或设定的时间内系统自动进入反冲洗状态，控制器控制阀门改变水流方向，过滤器底部单向隔膜关闭主通道，反冲洗进入六组滴嘴通道，和滴嘴通道连接的活塞腔内的水压上升，活塞向上运动克服弹簧对叠片的压力，并在叠片组顶部释放活塞空间，同时反冲洗水从六组滴嘴通道上面的35*6个滴嘴沿叠片切线的方向高速滴射，使叠片旋转并均匀分开，滴洗水滴洗叠片表面，将截留在叠片上的杂质滴洗甩出。当反冲洗结束时，水流方向再次改变，叠片再次被压紧，系统重新进入过滤状态。反冲洗控制器操作简单，可根据压差，时间或两者组合对过滤器或工作站进行全面控制。叠片过滤器滤芯无须更换，寿命可达15年之久。清洗控制方式：

1、设置固定时间清洗程序；

2、过滤器进出口差压感应清洗程序；

智能水肥一体机

水肥一体机系统结构包包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持PC端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备。

·时间控制：设定时间灌溉

·肥水比例：设定流量比例来控制水肥比

·外部信号控制：土壤湿度控制水泵开关

·无线控制：无线采集传感器值及控

系统特征

·肥料控制：肥料供应量百分比来控制

·流量控制：根据各个大棚内流量传感器的值判断阀门状态

·可选择施肥或者直接灌溉

·灌溉使用原灌溉网络的压力不需要加压泵

·报警及停止：超出压力上限值时发出报警及停止运行

·报警及停止：超出土湿上限值时发出报警及停止运行

·一键灌水：紧急灌水（手动灌水）

·临时停止：一键停止运行功能

·灌溉区域阀门采集使用无线传输节约拉线成本

硬件特征

·包含嵌入式现场下位机控制器、信号采集模块、设备驱动模块以及人机交互7寸触摸屏等，可完成灌溉精准调控、水肥信息采集、云服务器交互等工作；

智能水肥机具有快速运算能力，配合最新传感技术以及大数据分析技术保证设备操作简单，智能运行。支持XPH、标准MODBUS双协议切换；可支持JSON/HTTP数据上报。

·可利用lora或nb-lot技术拓展接入现场环境采集设备以及现场灌溉控制设备

外形特征

·内置系统不锈钢离心泵、过滤系统，检控系统，电气柜，施肥桶和吸肥通道组合。

·10寸触摸屏显示

·棚内使用无线传输节约拉线成本

·系统标配3路注肥通道，预留1路，单通道施肥量420L/h；

·可与物联网平台联动，根据采集的墒情等信息智能配比，自动记录施肥时间、施肥区域、流量、PH值、EC值、使用量等。

安全进排气阀

排气、进气功能，水泵启动时排出管路或设备里面的空气，保证设备安全运行，避免巨大的空气流给设备造成强大的冲击力；当设备停止时，防止负压产生，此时阀门会吸入大量气体，保证系统压力与外界大气压力一直，避免负压吸力对设备造成损坏；

无线阀门控制器，是一款基于470M无线传输技术研发的新型产品。本产品注意用于灌溉系统，通过控制终端即可根据农作物对浇灌不同要求设定不同的浇灌策略，实现个性化浇灌。

供电方式：18650电池；

太阳能板：3W；

工作频段：470MHz；

调制方式：LORA

通讯距离：>2KM

脉冲阀数量：标配1路，可扩展到2路脉冲阀 脉冲阀供电：9-40V脉冲信号（支持伯尔梅特、耐特菲姆、雨鸟等主流阀）

集成多种传感器（阀门出口压力，土壤水分，流量等传感器）；可定时自动开关，也可与传感器设置联动逻辑

物联网平台系统

水肥一体化灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预 先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流 工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。借助个人电脑、智能手机，实现对农业生产现场气象、土壤、水源控制的实时监测，并对大棚、温室的灌溉、结合视频直播、智能预警等强大功能，系统可帮助广大农业工作者随时随地掌握农作物生长状况及环境变化趋势，为用户提供一套高效便捷、功能强大的农业监控解决方案。系统包括监控中心、报表中心、任务中心。另外，用户还可自己设定灌溉时刻、时长、次数、阀门开度等。

电脑手机云端界面

用户信息查询与操作入口应支持大部分浏览器，使得与设备无关。简单，免于安装，易于使用。农业物联网系统平台可成为管理和控制的完整农庄信息系统和控制管理平台，配置不同的功能模块可灵活地实现对应现场环境的信息采集、控制和管理。