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智慧水肥一体化滴灌系统基于物联网智慧农业

花匠小妙招
2024-09-28 21:50

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

滴灌采用农业灌溉软管，壁厚1.0mm，外径DE16mm，孔间距0.3CM，单孔出水量为2L/H，与支管垂直铺设

滴灌系统区域划分，为了节约项目成本采取轮灌方式进行灌溉，将滴灌系统分4个小灌溉区域，根据流量设计采用4个2寸电磁阀进行自动控制，每个灌溉区域可以同时开启电磁阀进行灌溉；

滴滴灌管网设计，主管道采用DE63、 PE管设敷地下0.5m处，分到各干管连接处，支管采用DE63以及DE50 ，然后在支管上直接安装滴头。

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，2组并联；流量：40m³/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，反冲洗进入四组滴嘴通道，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，同时反冲洗水从四组滴嘴通道上面的35*4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。

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