智慧農(nóng)業(yè)水肥一體化灌溉技術(shù)解決方案
2022-06-29 16:14:30 艾方立科技
一、概述
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)。水肥一體化是借助壓力系統(tǒng)(或地形自然落差)，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過管道、噴槍或噴頭形成噴灌、均勻、定時、定量，噴灑在作物發(fā)育生長區(qū)域，使主要發(fā)育生長區(qū)域土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時根據(jù)不同的作物的需肥特點，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況，需肥規(guī)律情況進行不同生育期的需求設(shè)計，把水分、養(yǎng)分定時定量，按比例直接提供給作物。
二、水肥一體化系統(tǒng)原理圖
水肥一體化系統(tǒng)通常包括水源工程、首部樞紐、田間輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)和灌水器等四部分，實際生產(chǎn)中由于供水條件和灌溉要求不同，施肥系統(tǒng)可能僅由部分設(shè)備組成。
三、水肥一體機
水肥一體機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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；水肥一體化智能灌溉系統(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到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)?？筛鶕?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，減少勞動強度，降低人力投入成本。
四、施肥系統(tǒng)
水肥一體化施肥系統(tǒng)原理由灌溉系統(tǒng)和肥料溶液混合系統(tǒng)兩部分組成。灌溉系統(tǒng)主要由灌溉泵、穩(wěn)壓閥、控制器、過濾器、田間灌溉管網(wǎng)以及灌溉電磁閥構(gòu)成。肥料溶液混合系統(tǒng)由控制器、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(wǎng)系統(tǒng)
由干管、支管、毛管組成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管徑根據(jù)流量分級配置,毛管目前多選用內(nèi)鑲式滴灌帶或邊縫迷宮式滴灌帶；首部及大口徑閥門多采用鐵件。干管或分干管的首端進水口設(shè)閘閥，支管和輔管進水口處設(shè)球閥。
輸配水管網(wǎng)的作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，毛管是微灌系統(tǒng)的最末一級管道，在滴灌系統(tǒng)中，即為滴灌管，在微噴系統(tǒng)中，毛管上安裝微噴頭。
4.2：環(huán)境數(shù)據(jù)采集器
環(huán)境數(shù)據(jù)采集器由低功耗氣象傳感器、低功耗氣象數(shù)據(jù)采集控制器和計算機氣象軟件三部分組成。可同時監(jiān)測大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、輻射、照度等諸多氣象要素；具有高精度高可靠性的特點，可實現(xiàn)定時氣象數(shù)據(jù)采集、實時時間顯示、氣象數(shù)據(jù)定時存儲、氣象數(shù)據(jù)定時上報、參數(shù)設(shè)定等功能。
4.3：無線閥門控制器
閥門控制器是接收由田間工作站傳來的指令并實施指令的下端。閥門控制器直接與管網(wǎng)布置的電磁閥相連接，接收到田間工作站的指令后對電磁閥的開閉進行控制，同時也能夠采集田間信息，并上傳信息至田間工作站，一個閥門控制器可控制多個電磁閥。
電磁閥是控制田間灌溉的閥門，電磁閥由田間節(jié)水灌溉設(shè)計輪灌組的劃分來確定安裝位置及個數(shù)。
4.4：灌水器系統(tǒng)
微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延續(xù)時間較長，灌水周期短，需要的工作壓力較低，能夠較精確的控制灌水量，能把水和養(yǎng)分直接地輸送到作物根部附近的土壤中去。
五、系統(tǒng)功能
5.1：用水量控制管理
實現(xiàn)兩級用水計量，通過出口流量監(jiān)測作為本區(qū)域內(nèi)用水總量計量，通過每個支管壓力傳感采集數(shù)據(jù)實時計算各支管的輪灌水量，與閥門自動控制功能結(jié)合，實現(xiàn)每一個閥門控制單元的用水量統(tǒng)計。同時水泵引入流量控制，當(dāng)超過用水總量將通過遠程控制，限制區(qū)域用水。
5.2：運行狀態(tài)實時監(jiān)控
通過水位和視頻監(jiān)控能夠?qū)崟r監(jiān)測滴灌系統(tǒng)水源狀況，及時發(fā)布缺水預(yù)警；
通過水泵電流和電壓監(jiān)測、出水口壓力和流量監(jiān)測、管網(wǎng)分干管流量和壓力監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)滴灌系統(tǒng)爆管、漏水、低壓運行等不合理灌溉事件，及時通知系統(tǒng)維護人員，保障滴灌系統(tǒng)高效。
5.3：閥門自動控制功能
通過對農(nóng)田土壤墑情信息、小氣候信息和作物長勢信息的實時監(jiān)測，采用無線或有線技術(shù)，實現(xiàn)閥門的遙控啟閉和定時輪灌啟閉。根據(jù)采集到的信息，結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑锏男杷凸喔容喒嗲闆r制定自動開啟水泵、閥門，實現(xiàn)無人職守自動灌溉，分片控制，預(yù)防人為誤操作。
5.4：PC展示平臺
通過物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化智能監(jiān)測平臺，能夠為用戶提供傳感器數(shù)據(jù)、圖片遠程、采集、傳輸、儲存、處理及報警信息發(fā)送等服務(wù)。該平臺以集中式分區(qū)化的方式為用戶提供便捷、經(jīng)濟、有效的遠程監(jiān)控整體解決方案。通過物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測平臺，用戶可以不受時間、地點限制對監(jiān)控目標(biāo)進行實時監(jiān)控、管理、觀看和接收報警信息。
5.5：移動終端
建立手機系統(tǒng)，客戶直接采用微信客戶端就可以控制和查看實時數(shù)據(jù)，手機端具有手動啟動、關(guān)閉電磁閥，水泵等設(shè)備功能。
5.6：運維管理功能
包括系統(tǒng)維護、狀態(tài)監(jiān)測和系統(tǒng)運行的現(xiàn)場管理；實現(xiàn)區(qū)域用水量計量管理、旱情和灌溉預(yù)報專家決策、信息發(fā)布等功能的遠程決策管理；以及對用水、耗電、灌水量、維護、材料消耗等進行統(tǒng)計和成本核算，對灌溉設(shè)施設(shè)備生成定期維護計劃，記錄維護情況，實現(xiàn)灌溉工程的精細(xì)化維護運行管理。
節(jié)水灌溉自動化控制系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益，通過自動控制技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量，將使灌溉更加科學(xué)、方便，提高管理水平。
