農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)方案、農(nóng)業(yè)自動灌溉系統(tǒng)、水肥一體化灌溉系統(tǒng)
一．智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的背景
中國作為農(nóng)業(yè)大國，同時也意味著是用水大國，而且中國水資源極為短缺，水資源危機已成為制約經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要的因素。我國農(nóng)業(yè)用水浪費嚴重，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，更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)我國精確農(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國家已達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、日運行表進行循環(huán)運行，按灌溉日內(nèi)循環(huán)時長、間隔間隔時長運行，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值進行施肥的編程。
（一）節(jié)水節(jié)肥——按照比例調(diào)控，使水肥達到利用。
（二）提高產(chǎn)量——投運該系統(tǒng)可增產(chǎn)30-50%。
（三）省時省力——減少人力成本投入，高效管理。
（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）科學研究——本系統(tǒng)擴展性強。
二．物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)的特點
- 將充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益。
- 通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉的成本。
- 整體系統(tǒng)采用以物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通訊，穩(wěn)定性和實時性強。
- 數(shù)據(jù)處理能力強，響應(yīng)速度快。
- 系統(tǒng)維護能力強，減輕用戶負擔。
- 低功耗軟硬件系統(tǒng)設(shè)計，9V充電電池（配合小功率太陽能板）避免布線的不便。
- 實時監(jiān)控大田灌溉商情、水情、水位信息。
- 實現(xiàn)自動、遠程遙控、現(xiàn)場遙控遙測等功能。
- 通過手機在在各地實時掌控大田信息。
- 定時、定量、精準施肥的水肥機多種運行模式選擇。
- 系統(tǒng)兼容多種視頻監(jiān)控設(shè)備。
三、物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)組成
物聯(lián)網(wǎng)水肥一體機
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、施肥時間都達到很高的精度，具有水肥同步、集中供給、一次投資、多年受益的特點，從而達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、日運行表進行循環(huán)運行，按灌溉日內(nèi)循環(huán)時長、間隔間隔時長運行，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值進行施肥的編程。
（一）功能特點：
1、低功耗軟硬件系統(tǒng)設(shè)計，。
2、實時監(jiān)控大田灌溉商情、水情、水位信息。
3、實現(xiàn)自動、遠程遙控、現(xiàn)場遙控遙測等功能。
5、通過手機在在各地實時掌控大田施肥信息。
6、定時、定量、精準施肥的多種運行模式選擇。
(二) 參數(shù)設(shè)置功能
1、可以通過手機、遙控器或電腦對現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)（溫濕度、土壤水分等）進行設(shè)置和修改。
2、可以通過手機、遙控器或電腦對現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備控制模式進行設(shè)置和修改。
(三) 顯示功能
1、物聯(lián)網(wǎng)水肥機上的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場、遠程、手機實現(xiàn)實時查詢與監(jiān)控
2、 后臺監(jiān)控系統(tǒng)可配大屏幕顯示器，圖形、表格等多種形式動態(tài)顯示整個灌溉區(qū)運行情況，準確、直觀、明了。
3、可配LED顯示大屏，配置以太網(wǎng)控制卡、異地發(fā)布或顯示現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)信息
(四) 報警功能
1、當水肥一體系統(tǒng)出現(xiàn)故障。如執(zhí)行設(shè)備損害、水管破裂（需配置電子壓力傳感器）等，立即停止水泵運行，并報警。
(五) 通信功能
1、 通過現(xiàn)場一體機、后臺計算機、安卓智能手機查看、設(shè)置、修改參數(shù)。
2、采集數(shù)據(jù)上傳后臺機，供后臺機進行數(shù)據(jù)處理和顯示。
3、接收后臺機發(fā)出的控制命令。
(六) 數(shù)據(jù)處理功能
1、物聯(lián)網(wǎng)水肥機數(shù)據(jù)處理功能：能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行記錄、查詢、跟蹤、分析、判斷、決策等數(shù)據(jù)處理功能。
(七) 控制功能：
1、 具有智能自動灌溉、定時自動灌溉、手機APP遙控灌溉、手動灌溉、定量自動灌溉、循環(huán)灌溉等多種模式，用戶可根據(jù)需要靈活選用灌溉模式。
2、 具有定時自動施肥、手機APP遙控施肥、手動施肥模式，用戶可根據(jù)需要靈活選用施肥模式。
3、 可實現(xiàn)控制中心（云平臺），手機APP、現(xiàn)場遙控及現(xiàn)場手動等多種方式控制。
五、智能灌溉控制系統(tǒng)的工作原理模式
1、灌溉模式：灌溉可以設(shè)定為灌溉;自動模式、計時模式或者水量體積模式。
1.1自動模式下，低功耗物聯(lián)網(wǎng)控制器內(nèi)置（pm）公式計算ET策略。根據(jù)設(shè)定的土壤濕度以及土壤濕度變化速率，進行自動計算灌水定額。
2、水肥一體灌溉模式:可以設(shè)置施肥通道數(shù)，施肥時間，施肥比例。EC/PH動態(tài)調(diào)整施肥速度和混肥比例，設(shè)定反沖洗的時間，施肥量與灌溉量、施肥時間與灌溉時間設(shè)定功能。
3、系統(tǒng)有施肥量，總流量，土壤濕度，壓力等參數(shù)的實時監(jiān)控和報警設(shè)定。
4、系統(tǒng)有查看和設(shè)定灌溉任務(wù)?？梢栽O(shè)定4組，可以任意年月日時分啟動灌溉及施肥任務(wù)
5、報表查詢可查詢系統(tǒng)近期的操作日志，以及溫濕度，土壤PH數(shù)值，EC數(shù)值曲線圖，更加全面系統(tǒng)運行狀況及預(yù)警提示信息。系統(tǒng)記錄對每個閥門的月用水量，用肥量，保持一年的數(shù)據(jù)。
六、智能灌溉控制機技術(shù)參數(shù)：
- ARM Cortex-A8處理器，運算速度快，功耗小，運行穩(wěn)定，主頻600MHZ PID控制算法與閉環(huán)負反饋調(diào)節(jié)控制設(shè)計。
- 四線電阻式觸摸顯示屏，觸摸精度準確，經(jīng)久耐用，觸摸壽命長，顯示屏為TFT LCD，26萬色真彩顯；
- 集成網(wǎng)卡、MAX232、RS485通訊、抗干擾，防高壓，放雷擊的。
- Linux操作系統(tǒng)，工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)
- 12位AD數(shù)據(jù)采集。
- 3路模擬量輸入（電流/電壓可配置）
- 2路脈沖量輸入
- 2路模擬量輸出（電流/電壓可配置）
- 可外擴RS485通訊傳感器與設(shè)備
- 5路繼電器隔離輸出（可通過網(wǎng)絡(luò)遠程控制與本地控制）。
- 網(wǎng)絡(luò)遠程控制
- 本地按鍵輸入控制。
根據(jù)設(shè)備采集環(huán)境自動控制
七、水肥一體化總結(jié)
- 水肥一體化的應(yīng)用于保護地農(nóng)作物栽培的*性
1、養(yǎng)分水分高效利用--增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)。水肥一體化技術(shù)充分滿足作物的水肥供應(yīng)，改善作物生長環(huán)境，促進作物產(chǎn)量提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善，提早收獲、收獲期長、作物一般增產(chǎn)10%-80%。缺少或過量施肥導致蔬菜品質(zhì)變差，水肥一體化合理施肥使蔬菜正常生理生長，生產(chǎn)高品質(zhì)蔬菜。
2、提高經(jīng)濟效益。水肥一體化技術(shù)經(jīng)濟效益包括增產(chǎn)、改善品質(zhì)個節(jié)省投入的效益。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可以做到節(jié)水40%、節(jié)肥30%、省工10%、增產(chǎn)10%-80%。
3、從澆地到澆作物的轉(zhuǎn)變--節(jié)水。水肥一體化技術(shù)可以減少水分的下滲和蒸發(fā)，提高水分利用率。在露天條件下，滴灌施肥與傳統(tǒng)灌溉相比，節(jié)水率達50%左右。與大水漫灌相比，節(jié)水率70%左右。
4、節(jié)肥。水肥一體化技術(shù)實現(xiàn)了平衡施肥和集中施肥，減少了肥料揮發(fā)和流失，以及養(yǎng)分過剩造成的損失，具有施肥簡單、供肥及時、作物易于吸收、提高肥料利用率等優(yōu)點。滴灌施肥提高地溫，促進作物對肥料的吸收。在作物產(chǎn)量相近或相同的情況下，水肥一體化與傳統(tǒng)技術(shù)施肥相比節(jié)約花肥40%-50%。
5、減輕病蟲害發(fā)生，節(jié)藥。水肥一體化技術(shù)提高了土壤通透性和降低了溫室內(nèi)空氣濕度，增加作物的抗逆性，在很大程度上抑制了作物病害的發(fā)生，減少農(nóng)藥的投入和防治病害的勞力投入，微灌施肥每畝農(nóng)藥用量減少15%-30%，節(jié)省勞力15-20個。
6、保溫降濕，改善作物生長環(huán)境。保護地栽培采用水肥一體化技術(shù)，滴灌施肥與常規(guī)畦灌施肥相比，空氣濕度可降低8.5-15%。滴灌施肥比常規(guī)畦灌施肥為降濕的通風量少了，而通風引起的降溫也少了，滴灌施肥地表積水少了，而水分的蒸發(fā)引起的降溫也少了，有利保持棚內(nèi)的溫度。棚內(nèi)溫度一般高2-4℃，都有利于作物生長。
7、通過水肥一體化技術(shù)可以更高效的調(diào)控土壤根系的五大障礙：水漬化、鹽漬化、PH、根區(qū)土壤透氣性、土傳病害。
8、改良土壤。采用水肥一體化技術(shù)、滴灌施肥與常規(guī)畦灌施肥技術(shù)相比地溫可提高2.7℃，增強了土壤微生物活性，促進作物對養(yǎng)分的吸收；減輕了因大水灌溉造成的土壤板結(jié)和團粒破壞程度，土壤容重降低，孔隙度增加，改善了土壤物理性質(zhì)。
9、減少污染。肥料定量施用，水分只浸濕根系周圍土壤，減少了深層滲漏的水量，即減少了隨水流失的肥料量，減少了流失的肥料對地下水系統(tǒng)和土壤的環(huán)境的污染。
10、自動化程度大大提高--省工省力。水肥一體化滴灌技術(shù)應(yīng)用管道進行灌溉和施肥，只需要打開的閥門并將肥料溶解后倒入加肥系統(tǒng)，不需要下地，能節(jié)省大量的人工。滴灌施肥減少了澆水施肥和防治病蟲害等勞力投入。
八、 其主要優(yōu)點為：
1) 可以根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)區(qū)域的具體情況選擇不同的灌溉方式，限度的提高了灌溉用水的利用率；
2) 采用了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，真正實現(xiàn)了農(nóng)田灌溉的遠程監(jiān)控，減小了勞動強度；
3) 作物灌溉決策軟件中可引入專家決策系統(tǒng)，對不同地區(qū)的不同作物在不同生長階段
的需水信息做定量評估；
4) 如果在灌溉設(shè)備中加入流量計，對灌水的用量做到準確控制。該系統(tǒng)滿足了高效農(nóng)
業(yè)、精準農(nóng)業(yè)中對提高灌溉用水利用率的需求，達到了節(jié)水灌溉的目的并實現(xiàn)了灌溉過程
的自動化，具有極大的推廣和應(yīng)用價
5) 采用模塊化設(shè)計，兼容性強，容易擴展連接設(shè)備、增加功能。
6) 物聯(lián)網(wǎng)水肥一體機可以單獨自成一體使用，也可以納入較大系統(tǒng)內(nèi)使用，使用方便
靈活，適應(yīng)范圍廣。
7) 上位機（智能管理中心、遠程服務(wù)器、智能手機、平板電腦） 智能農(nóng)業(yè)管理軟件功能強大。
8) 施肥通道1-8通道。
9)灌溉控制點有線組網(wǎng)：8-32點、組、區(qū)。
10)灌溉控制點無線組網(wǎng)：一個數(shù)據(jù)中心下控制8-30點，可以配置多個數(shù)據(jù)中心、N個
