辣椒5G智慧农业物联网大数据平台丨水肥一体化控制系统

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：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；水肥一体化智能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。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

农业物联网的应用主要集中在农业资源监测和利用、农业生态环境监测、农业生产精细管理和农产品安全溯源等方面。
一、农业资源监测和利用领域
在农业资源监测和利用领域，利用各种资源卫星收集国土资源情况，利用先进的传感器、信息传输和互联网等综合化信息监测、传输、分析平台实现区域农业的统筹规划和资源监测。如美国加州大学洛杉矶分校建立的林业资源环境监测网络，通过对加州地区的森林资源进行实时监测，为相应部门提供实时的资源利用信息，为统筹管理林业提供支撑。欧洲主要利用资源卫星对土地利用信息进行实时监测，其中，法国利用通信卫星技术对灾害性天气进行预报，对病虫害进行测报。
二、农业生态环境监测领域
在农业生态环境监测领域，农业物联网主要利用高科技手段构建先进农业生态环境监测网络，利用无线传感器技术、信息融合传输技术和智能分析技术感知生态环境变化。如美国加州大学伯克利分校的研究人员通过无线传感器网络对大鸭岛上海燕的栖息情况进行了9个月周期性的环境监测，采用区域化静态MICA传感器节点部署，实现了无人侵、无破坏的对敏感野生动物及其栖息地的监测。美国、法国和日本等一些国家主要综合运用建立覆盖全国的农业信息化平台，实现对农业生态环境的自动监测，保证农业生态环境的可持续发展。
三、农业生产精细管理领域
在农业生产精细管理领域，将光、温、水、气、土、生物等农业物联网传感器布局于大田作物生产、果园种植、畜禽水产养殖等方面，实现不间断化感知、实时化决策、精细化生产。如2002年英特尔公司率先在美国俄勒冈州建立了世界上第一个无线传感器网络葡萄园。通过采用Crossbow公司的Mote系列传感器，每隔一分钟采集一次光照、土壤温湿度等数据，实时监控葡萄生长环境的细微变化，确保葡萄的健康生长；2004年美国佐治亚州的两个农场使用了与无线互联网配套的远距离视频系统和GPS定位技术，分别监控蔬菜的包装和灌溉系统。荷兰VELOS智能化母猪管理系统，能够实现自动供料、自动管理、自动数据传输和自动报警。泰国初步形成了小规模的水产养殖物联网，解决了RFID技术在水产品领域的应用难题。
四、在农产品安全溯源领域
在农产品安全溯源领域，利用条码技术和RFID技术等来跟踪、识别、监测农产品的生产、运输、消费过程，保证农产品的质量安全。例如2001年起，加拿大肉牛使用一维条形码耳标之后又过渡电子耳标；2004年日本基于RFID技术构建了农产品追溯试验系统，利用RFID标签，实现了对农产品流通管理和个体识别。近年来，RFID的应用更加广泛并由此形成了自动识别技术与装备制造产业。据美国市调公司ABIresearch2007年度第一季报告显示，2006年全球RFID市场为3812亿美元，其中亚太地区已跃为全球最大市场，规模为1407亿美元。

主要针对传统人工 *** 作下的明渠输水网络进行全面的信息化、智能化改造，从而统筹优化配置了灌溉水资源的分配，减少了灌溉水在输送和分配过程中的浪费和损失，并且大幅度地提高了农业用水的效率，最终使灌溉网络达到信息化、可控化、智能化和最优化，形成一个新型的节水、节能和节约型的高效灌溉体系。

黄河发源于巴颜喀拉山北麓，干流先后流经青海、四川等9个省级行政区域单位，最后注入渤海．黄河全长5 464千米，是中国第二长河，流域面积75万千米2．  解答 解：黄河出青铜峡后，在宁夏、内蒙古段，地势比较平坦，水流缓慢，泥沙沉积，形成了有“塞上江南”之称的宁夏平原和河套平原．由于当地气候干旱，黄河较少有支流汇入，加之平原地区人口稠密，引黄灌溉，生产生活用水增加，黄河的流量逐渐减少．

西北地区重要的灌溉农业区其水源主要来自黄河水灌溉、祁连山冰雪融水、地下水。其中，河套平原、宁夏平原引黄河水进行灌溉，河西走廊、新疆高山山麓绿洲引祁连山冰雪融化水和地下水进行灌溉。

“装了智控电动阀门，我的400多亩棉花地实现了高频滴水，水肥一体化浇水更均匀，还省下人力加强其他田间管理，估算今年每亩地能增产籽棉30公斤左右。”10月21日，新疆生产建设兵团第六师新湖农场二连职工任宝赞对记者说。  任宝赞所说的“智控电动阀门”，就是入选新疆2021年物联网创新和应用优秀案例的“天脉大田物联农业智控灌溉系统”。在天山北坡的五家渠—昌吉—石河子—奎屯—博乐沿线，已有2万亩实施国家高效节水灌溉技术规模化推广工程的农田使用这套系统。  开发这套系统的博乐市新疆天脉农业智控科技有限公司技术总监陈华说，该系统是在电动球阀上集成氮磷钾传感器、水势传感器、pH值和土壤温湿度传感器等田间常用的27种传感器，再加上一台智控执行器，就相当于把一台小型计算机安装在田间出水桩上，做到农民不下地就能灌溉作物。  13年前，自小生活在博尔塔拉蒙古自治州温泉县查干屯格乡的陈华，有感于当地农民经常大半夜打着手电筒下地浇水的辛苦，乘着国家高效节水灌溉技术规模化推广工程的东风，创业开发智控灌溉系统。  “我们跑遍了全国提供自动化灌溉系统的厂商，没有找到能够满足西北大田农业灌溉需求的智控电动球阀。”陈华说，国内其他自动化灌溉系统终端使用的是电磁阀，只能完全打开或者关闭，无法精准调节阀门，仅适合在平坦的小块土地上使用。  陈华决定自主开发适用的物联网灌溉产品。为此，他吸纳了西安、深圳、北京、宁波等地从事硬件结构设计、电子电路设计、软件开发和通信技术的专业人员，搭建起13人的技术团队。截至目前，这个团队共申请各类专利27项，已获得授权专利16项。从第一代简单加装流量计的电控阀，到加装智控执行器水肥一体化应用，目前这套系统使用的第六代产品利用太阳能面板发电储能，能够保证不间断供电。同时，得益于4G网络农田覆盖度的提高，远程控制中信号衰减的问题也迎刃而解。  任宝赞已经是第二年使用物联农业智控灌溉系统，对这套系统的好处深有体会：“以前人工开阀费事，400亩地在每次轮灌中只能开阀一次放水10小时，水势太大抑制棉花生长。现在只要在手机上 *** 作就能开关阀门，可以把每次浇灌10小时分成两个5小时来实现高频浇水，同时根据传感器传回的数据调节阀门的开合度，让浇水更均匀，有利于作物生长。”

“正因为我们的智控灌溉系统能够通过调节阀门大小保持滴灌带水压稳定，所以可以在坡度小于30度的坡地上使用。”陈华表示，目前这套系统既可以通过手机或电脑进行远程控制，也可以编写程序载入智能控制器按时开闭阀门以实现自动控制，而根据传感器数据触发阀门开闭进行灌溉的智能控制系统正在开发中。  打开电脑上的“天脉大田物联农业智控灌溉系统信息化监控平台”，陈华在办公室就能够清楚地看到使用这套系统的2万亩农田分布在哪里、每套系统的运行情况如何。他点开平台上温泉县哈日布呼镇埃勒木图村的智控灌溉系统使用信息，兴奋地对记者说：“这个村有2000亩玉米地已连续两年使用了智控灌溉系统，运行情况良好。据我们所知，这是国内首次在高秆作物田中使用智控灌溉系统。”  “从目前用户的口碑和订单来看，明年这套系统推广应用5万亩没有问题。”陈华说。

1、常州木桥农业科技有限公司

主营产品：农业灌溉用施肥机的研发，制造，销售；农业机械设备及配件、灌溉设备、智能灌溉系统、污水处理设备的销售。

地址：武进区湖塘镇常武中路888号。

2、深圳市淋达智能物联科技有限公司

主营产品：智能灌溉，自动灌溉，园林灌溉系统。

地址：深圳市龙华区民治街道民强社区梅龙路与民旺路相交处。

3、南京绿博智慧农业科技有限公司

主营产品：农业物联网，智慧农业解决方案，智能农业，智能灌溉系统，智能温室，农业智能控制，水产监测。

地址：南京市玄武区胜利村路2号。

4、山东博云现代农业科技有限公司

主营产品：水肥一体机，灌溉水肥一体化，农业物联网，全自动打药机，智能灌溉系统。

地址：洛城街道富士街南永富路西（东盛竹业院内）。

5、西安联力电子科技有限公司

主营产品：煤矿综合自动化系统，水泵自动化控制系统，农田智能灌溉系统，空压机节能控制系统，皮带集控系统。

地址：集贤产业园。

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