农业物联网灌溉系统方案

一．智能农业产生的背景
中国作为农业大国，同时也意味着是用水大国，而且中国水资源极为短缺，水资源危机已成为制约经济可持续发展的重要的因素。我国农业用水浪费严重，灌溉水利用系数低，因此走科技节水型农业之路来实现水资源的合理利用，不仅可以节约水资源，更重要的是可以提高农业用水效率，节省人力成本，改善生态环境，这是实现我国农业的关键。
中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%~80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，缓解水资源紧缺问题是非常重要的。我们的智能农业灌溉系统在这种背景下应运而生。
智能农业灌溉施肥系统就是不需要人为的控制，系统自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间，系统可以实现自动开启灌溉点，自动关闭灌溉点；可以按恒定的月、周、日运行表进行循环运行，按灌溉日内循环时长、间隔间隔时长运行，可设定土壤水分参数自动启停灌溉系统，可根据时间或比例、水量决定注肥量或根据EC/PH值进行施肥的编程。

（一）节水节肥——按照比例调控，使水肥达到化利用。

  （二）提高产量——投运该系统可增产30-50%。

  （三）省时省力——减少人力成本投入，高效管理。

  （四）智能控制——根据土壤水分温度等相关参数自动反馈控制灌溉。

  （五）科学研究——本系统扩展性强。

 
二．物联网灌溉系统的特点

1. 将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。

2. 通过物联网技术的应用，更加节水节能，降低灌溉的成本。

3. 整体系统采用以物联网进行数据通讯，稳定性和实时性强。

4. 数据处理能力强，响应速度快。

5. 系统维护能力强，减轻用户负担。

6. 低功耗软硬件系统设计，9V充电电池（配合小功率太阳能板）避免布线的不便。

7. 实时监控大田灌溉商情、水情、水位信息。

8. 实现自动、远程遥控、现场遥控遥测等功能。

9. 通过手机在在各地实时掌控大田信息。

10. 定时、定量、精准施肥的水肥机多种运行模式选择。

11. 系统兼容多种视频监控设备。

三、物联网灌溉系统组成
物联网水肥一体机 水肥一体化技术又称灌溉施肥技术，是将滴灌与施肥结合在一起发展起来的一种现代先进农业技术。这项技术主要是借助滴灌系统，利用滴灌系统中的水为载体，在灌溉的同时进行施肥，实现水和肥一体化利用和管理，使水和肥料在土壤中以优化的组合状态供给给作物吸收利用。按照作物生长需求，进行全生育期养分需求设计把作物所需要的水分和养分适时、定量、定时的根据植物不同的生长期按比例直接提供给作物。这样可使灌水量、灌水时间、施肥量、施肥时间都达到很高的，具有水肥同步、集中供给、投资、多年受益的特点，从而达到提高水肥利用率的目的。这一技术可适用于大棚、日光温室蔬菜等设施农业栽培，以及农田、果树、等经济效益较好的作物。
水肥一体智能系统无需人为控制，系统自动感测何时需要灌溉，以及施肥，系统可以实现自动开启灌溉点，自动关闭灌溉点；可以按恒定的月、周、日运行表进行循环运行，按灌溉日内循环时长、间隔间隔时长运行，可设定土壤水分参数自动启停灌溉系统，可根据时间或比例、水量决定注入的肥量或根据EC/PH值进行施肥的编程。

• 水肥一体智能控制系统的特点

（一）功能特点：
 1、低功耗软硬件系统设计，。
2、实时监控大田灌溉商情、水情、水位信息。
3、实现自动、远程遥控、现场遥控遥测等功能。
5、通过手机在在各地实时掌控大田施肥信息。
6、定时、定量、精准施肥的多种运行模式选择。
 (二) 参数设置功能
  1、可以通过手机、遥控器或电脑对现场的环境参数（温湿度、土壤水分等）进行设置和修改。
2、可以通过手机、遥控器或电脑对现场执行设备控制模式进行设置和修改。       
(三) 显示功能
1、物联网水肥机上的数据，现场、远程、手机实现实时查询与监控
2、 后台监控系统可配大屏幕显示器，图形、表格等多种形式动态显示整个灌溉区运行情况，准确、直观、明了。
3、可配LED显示大屏，配置以太网控制卡、异地发布或显示现场的实时数据信息             
 (四) 报警功能
 1、当水肥一体系统出现故障。如执行设备损害、水管破裂（需配置电子压力传感器）等，立即停止水泵运行，并报警。
 (五) 通信功能
 1、 通过现场一体机、后台计算机、安卓智能手机查看、设置、修改参数。
2、采集数据上传后台机，供后台机进行数据处理和显示。
3、接收后台机发出的控制命令。
(六) 数据处理功能
1、物联网水肥机数据处理功能：能够对采集的数据进行记录、查询、跟踪、分析、判断、决策等数据处理功能。
(七) 控制功能：
1、 具有智能自动灌溉、定时自动灌溉、手机APP遥控灌溉、手动灌溉、定量自动灌溉、循环灌溉等多种模式，用户可根据需要灵活选用灌溉模式。
2、 具有定时自动施肥、手机APP遥控施肥、手动施肥模式，用户可根据需要灵活选用施肥模式。
3、 可实现控制中心（云平台），手机APP、现场遥控及现场手动等多种方式控制。
五、智能灌溉控制系统的工作原理模式 
1、灌溉模式：灌溉可以设定为灌溉;自动模式、计时模式或者水量体积模式。
1.1自动模式下，低功耗物联网控制器内置（pm）公式计算ET策略。根据设定的土壤湿度以及土壤湿度变化速率，进行自动计算灌水定额。
2、水肥一体灌溉模式:可以设置施肥通道数，施肥时间，施肥比例。EC/PH动态调整施肥速度和混肥比例，设定反冲洗的时间，施肥量与灌溉量、施肥时间与灌溉时间设定功能。
3、系统有施肥量，总流量，土壤湿度，压力等参数的实时监控和报警设定。
4、系统有查看和设定灌溉任务。可以设定4组，可以指定任意年月日时分启动灌溉及施肥任务
5、报表查询可查询系统近期的操作日志，以及温湿度，土壤PH数值，EC数值曲线图，更加全面系统运行状况及预警提示信息。系统记录对每个阀门的月用水量，用肥量，保持一年的数据。
六、智能灌溉控制机技术参数：

1. ARM Cortex-A8处理器，运算速度快，功耗小，运行稳定，主频600MHZ                                                PID控制算法与闭环负反馈调节控制设计。

1. 四线电阻式触摸显示屏，触摸准确，经久耐用，触摸寿命长，显示屏为TFT LCD，26万色真彩显；      

2. 集成网卡、MAX232、RS485通讯、抗干扰，防高压，放雷击的。

1. Linux操作系统，工业应用系统稳

1. 12位AD数据采集。

2. 3路模拟量输入（电流/电压可配置）

3. 2路脉冲量输入

4. 2路模拟量输出（电流/电压可配置）

5. 可外扩RS485通讯传感器与设备

6. 5路继电器隔离输出（可通过网络远程控制与本地控制）。

1. 网络远程控制

2. 本地按键输入控制。

根据设备采集环境自动控制    
  
七、水肥一体化总结
 

• 水肥一体化的应用于保护地农作物栽培的优越性

1、养分水分高效利用--增加产量，改善品质。水肥一体化技术充分满足作物的水肥供应，改善作物生长环境，促进作物产量提高和产品质量的改善，提早收获、收获期长、作物一般增产10%-80%。缺少或过量施肥导致蔬菜品质变差，水肥一体化合理施肥使蔬菜正常生理生长，生产高品质蔬菜。
2、提高经济效益。水肥一体化技术经济效益包括增产、改善品质个节省投入的效益。应用水肥一体化技术可以做到节水40%、节肥30%、省工10%、增产10%-80%。
3、从浇地到浇作物的转变--节水。水肥一体化技术可以减少水分的下渗和蒸发，提高水分利用率。在露天条件下，滴灌施肥与传统灌溉相比，节水率达50%左右。与大水漫灌相比，节水率70%左右。
4、节肥。水肥一体化技术实现了平衡施肥和集中施肥，减少了肥料挥发和流失，以及养分过剩造成的损失，具有施肥简单、供肥及时、作物易于吸收、提高肥料利用率等优点。滴灌施肥提高地温，促进作物对肥料的吸收。在作物产量相近或相同的情况下，水肥一体化与传统技术施肥相比节约花肥40%-50%。
5、减轻病虫害发生，节药。水肥一体化技术提高了土壤通透性和降低了温室内空气湿度，增加作物的抗逆性，在很大程度上抑制了作物病害的发生，减少农药的投入和防治病害的劳力投入，微灌施肥每亩农药用量减少15%-30%，节省劳力15-20个。
6、保温降湿，改善作物生长环境。保护地栽培采用水肥一体化技术，滴灌施肥与常规畦灌施肥相比，空气湿度可降低8.5-15%。滴灌施肥比常规畦灌施肥为降湿的通风量少了，而通风引起的降温也少了，滴灌施肥地表积水少了，而水分的蒸发引起的降温也少了，有利保持棚内的温度。棚内温度一般高2-4℃，都有利于作物生长。
7、通过水肥一体化技术可以更高效的调控土壤根系的五大障碍：水渍化、盐渍化、PH、根区土壤透气性、土传病害。
8、改良土壤。采用水肥一体化技术、滴灌施肥与常规畦灌施肥技术相比地温可提高2.7℃，增强了土壤微生物活性，促进作物对养分的吸收；减轻了因大水灌溉造成的土壤板结和团粒破坏程度，土壤容重降低，孔隙度增加，改善了土壤物理性质。
9、减少污染。肥料定量施用，水分只浸湿根系周围土壤，减少了深层渗漏的水量，即减少了随水流失的肥料量，减少了流失的肥料对地下水系统和土壤的环境的污染。
10、自动化程度大大提高--省工省力。水肥一体化滴灌技术应用管道进行灌溉和施肥，只需要打开的阀门并将肥料溶解后倒入加肥系统，不需要下地，能节省大量的人工。滴灌施肥减少了浇水施肥和防治病虫害等劳力投入。
 

八、 其主要优点为：
    1) 可以根据系统建设区域的具体情况选择不同的灌溉方式，限度的提高了灌溉用水的利用率；
    2) 采用了无线网络技术，真正实现了农田灌溉的远程监控，减小了劳动强度；
    3) 作物灌溉决策软件中可引入决策系统，对不同地区的不同作物在不同生长阶段
的需水信息做定量评估；
    4) 如果在灌溉设备中加入流量计，对灌水的用量做到准确控制。该系统满足了高效农
业、精准农业中对提高灌溉用水利用率的需求，达到了节水灌溉的目的并实现了灌溉过程
的自动化，具有极大的推广和应用价
    5) 采用模块化设计，兼容性强，容易扩展连接设备、增加功能。
    6) 物联网水肥一体机可以单独自成一体使用，也可以纳入较大系统内使用，使用方便
灵活，适应范围广。
    7) 上位机（智能管理中心、远程服务器、智能手机、平板电脑） 智能农业管理软件功能强大。
 
8) 施肥通道1-8通道。
9)灌溉控制点有线组网：8-32点、组、区。
10)灌溉控制点无线组网：一个数据中心下控制8-30点，可以配置多个数据中心、N个