農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)方案

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(shí)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(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(shí)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(shí)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國家已達(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(dòng)感測到什么時(shí)候需要灌溉，灌溉多長時(shí)間，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟灌溉點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)閉灌溉點(diǎn)；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(shí)長、間隔間隔時(shí)長運(yùn)行，可設(shè)定土壤水分參數(shù)自動(dòng)啟停灌溉系統(tǒng)，可根據(jù)時(shí)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(shí)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(dòng)反饋控制灌溉。

  （五）科學(xué)研究——本系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)。

 
二．物聯(lián)網(wǎng)灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)

1. 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。

2. 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。

3. 整體系統(tǒng)采用以物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

4. 數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快。

5. 系統(tǒng)維護(hù)能力強(qiáng)，減輕用戶負(fù)擔(dān)。

6. 低功耗軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，9V充電電池（配合小功率太陽能板）避免布線的不便。

7. 實(shí)時(shí)監(jiān)控大田灌溉商情、水情、水位信息。

8. 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控、現(xiàn)場遙控遙測等功能。

9. 通過手機(jī)在在各地實(shí)時(shí)掌控大田信息。

10. 定時(shí)、定量、精準(zhǔn)施肥的水肥機(jī)多種運(yùn)行模式選擇。

11. 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(jī) 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)代先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。這項(xiàng)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(shí)進(jìn)行施肥，實(shí)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(jì)把作物所需要的水分和養(yǎng)分適時(shí)、定量、定時(shí)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(shí)間、施肥量、施肥時(shí)間都達(dá)到很高的，具有水肥同步、集中供給、投資、多年受益的特點(diǎn)，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(dòng)感測何時(shí)需要灌溉，以及施肥，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟灌溉點(diǎn)，自動(dòng)關(guān)閉灌溉點(diǎn)；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(shí)長、間隔間隔時(shí)長運(yùn)行，可設(shè)定土壤水分參數(shù)自動(dòng)啟停灌溉系統(tǒng)，可根據(jù)時(shí)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。

• 水肥一體智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（一）功能特點(diǎn)：
 1、低功耗軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，。
2、實(shí)時(shí)監(jiān)控大田灌溉商情、水情、水位信息。
3、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控、現(xiàn)場遙控遙測等功能。
5、通過手機(jī)在在各地實(shí)時(shí)掌控大田施肥信息。
6、定時(shí)、定量、精準(zhǔn)施肥的多種運(yùn)行模式選擇。
 (二) 參數(shù)設(shè)置功能
  1、可以通過手機(jī)、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(jìn)行設(shè)置和修改。
2、可以通過手機(jī)、遙控器或電腦對現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備控制模式進(jìn)行設(shè)置和修改。       
(三) 顯示功能
1、物聯(lián)網(wǎng)水肥機(jī)上的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場、遠(yuǎn)程、手機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢與監(jiān)控
2、 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)可配大屏幕顯示器，圖形、表格等多種形式動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)灌溉區(qū)運(yùn)行情況，準(zhǔn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息             
 (四) 報(bào)警功能
 1、當(dāng)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(yùn)行，并報(bào)警。
 (五) 通信功能
 1、 通過現(xiàn)場一體機(jī)、后臺(tái)計(jì)算機(jī)、安卓智能手機(jī)查看、設(shè)置、修改參數(shù)。
2、采集數(shù)據(jù)上傳后臺(tái)機(jī)，供后臺(tái)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。
3、接收后臺(tái)機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)處理功能：能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)灌溉、定時(shí)自動(dòng)灌溉、手機(jī)APP遙控灌溉、手動(dòng)灌溉、定量自動(dòng)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(shí)自動(dòng)施肥、手機(jī)APP遙控施肥、手動(dòng)施肥模式，用戶可根據(jù)需要靈活選用施肥模式。
3、 可實(shí)現(xiàn)控制中心（云平臺(tái)），手機(jī)APP、現(xiàn)場遙控及現(xiàn)場手動(dòng)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(dòng)模式、計(jì)時(shí)模式或者水量體積模式。
1.1自動(dòng)模式下，低功耗物聯(lián)網(wǎng)控制器內(nèi)置（pm）公式計(jì)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(jìn)行自動(dòng)計(jì)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(shí)間，施肥比例。EC/PH動(dòng)態(tài)調(diào)整施肥速度和混肥比例，設(shè)定反沖洗的時(shí)間，施肥量與灌溉量、施肥時(shí)間與灌溉時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警設(shè)定。
4、系統(tǒng)有查看和設(shè)定灌溉任務(wù)。可以設(shè)定4組，可以指定任意年月日時(shí)分啟動(dòng)灌溉及施肥任務(wù)
5、報(bào)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(yùn)行狀況及預(yù)警提示信息。系統(tǒng)記錄對每個(gè)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(jī)技術(shù)參數(shù)：

1. ARM Cortex-A8處理器，運(yùn)算速度快，功耗小，運(yùn)行穩(wěn)定，主頻600MHZ                                                PID控制算法與閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)。

1. 四線電阻式觸摸顯示屏，觸摸準(zhǔn)確，經(jīng)久耐用，觸摸壽命長，顯示屏為TFT LCD，26萬色真彩顯；      

2. 集成網(wǎng)卡、MAX232、RS485通訊、抗干擾，防高壓，放雷擊的。

1. Linux操作系統(tǒng)，工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)

1. 12位AD數(shù)據(jù)采集。

2. 3路模擬量輸入（電流/電壓可配置）

3. 2路脈沖量輸入

4. 2路模擬量輸出（電流/電壓可配置）

5. 可外擴(kuò)RS485通訊傳感器與設(shè)備

6. 5路繼電器隔離輸出（可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制與本地控制）。

1. 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制

2. 本地按鍵輸入控制。

根據(jù)設(shè)備采集環(huán)境自動(dòng)控制    
  
七、水肥一體化總結(jié)
 

• 水肥一體化的應(yīng)用于保護(hù)地農(nóng)作物栽培的優(yōu)越性

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(jìn)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(dǎo)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(jì)效益。水肥一體化技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益包括增產(chǎn)、改善品質(zhì)個(gè)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(dá)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(shí)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(shí)、作物易于吸收、提高肥料利用率等優(yōu)點(diǎn)。滴灌施肥提高地溫，促進(jìn)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(gè)。
6、保溫降濕，改善作物生長環(huán)境。保護(hù)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(fēng)量少了，而通風(fēng)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(qiáng)了土壤微生物活性，促進(jìn)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(tuán)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(dòng)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(jìn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)了農(nóng)田灌溉的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度；
    3) 作物灌溉決策軟件中可引入決策系統(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(jì)，對灌水的用量做到準(zhǔn)確控制。該系統(tǒng)滿足了高效農(nóng)
業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中對提高灌溉用水利用率的需求，達(dá)到了節(jié)水灌溉的目的并實(shí)現(xiàn)了灌溉過程
的自動(dòng)化，具有極大的推廣和應(yīng)用價(jià)
    5) 采用模塊化設(shè)計(jì)，兼容性強(qiáng)，容易擴(kuò)展連接設(shè)備、增加功能。
    6) 物聯(lián)網(wǎng)水肥一體機(jī)可以單獨(dú)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(jī)（智能管理中心、遠(yuǎn)程服務(wù)器、智能手機(jī)、平板電腦） 智能農(nóng)業(yè)管理軟件功能強(qiáng)大。
 
8) 施肥通道1-8通道。
9)灌溉控制點(diǎn)有線組網(wǎng)：8-32點(diǎn)、組、區(qū)。
10)灌溉控制點(diǎn)無線組網(wǎng)：一個(gè)數(shù)據(jù)中心下控制8-30點(diǎn)，可以配置多個(gè)數(shù)據(jù)中心、N個(gè)