水肥一体化智能设备关键技术探究

马冠华



水肥一体化智能设备关键技术探究

马冠华

（荆楚理工学院 湖北荆门 448000）

水肥一体化技术是通过借助灌溉压力系统，将特定溶液送入至农作物根部土壤当中，以期可以改善土壤结构，提高土壤活性、确保农作物生长发育效果。文章对水肥一体化智能设备关键技术进行了探究。

水肥一体化；土地吸肥装置

1 水肥一体化智能灌溉系统的运行原理与设计原则

1.1 运行原理

水肥一体化智能灌溉系统往往需要借助系统控制决策功能实现运行过程。一般来说，系统运行过程会根据灌溉原理的不同，将运行模式分为水肥配比灌溉运行模式、纯水灌溉运行模式。其中，水肥配比灌溉模式主要利用蓄水池混合溶液的PH值以及EC值原理，对内部系统的控制要求进行合理设置。而纯水灌溉运行模式主要根据系统运行标准，合理选用运行模式。一般来说，以人工干预、手动工作模式以及自动运行模式为主的运行模式基本上成为纯水灌溉运行模式的主要类型。举例而言，在手动模式的管理下，操作人员可以设置模拟开关实现对管道电磁阀水泵的管控功能，实现对灌溉作业运行过程中的控制作用。

1.2 设计原则

为满足现代农业发展需求，在实际设计过程中，必须严格遵照以下设计原则：（1）稳定性原则。系统运行过程需要根据安全运行要求实现灌溉作业高效性实行过程，确保灌溉过程的稳定性与连续性；（2）易推广和适用性原则。所选用的灌溉器多可以在界定范围内合理应用，具备一定的推广价值。且在实际操作过程中，必须满足节水节能特点以及操作简便性等要求，便于农业生产者应用；（3）经济性与灵活性原则。系统设计过程中必须遵照经济性与灵活性设计原则。力求在节约设计成本的基础上，进一步提高系统运作效率，尽量满足不同农作物的灌溉周期。

2 水肥一体化智能灌溉系统的基本组成结构分析

水肥一体化智能设备灌溉系统在硬件结构的组成方面，通常以管道硬件系统与电气硬件系统等结构为主。其中，电气硬件系统主要以实现系统智能化控制为主，管道硬件系统主要以实现灌溉过程为主，可分为灌溉装置与控制电柜两种。

3 管道装置结构功能分析

水肥一体化智能灌溉系统中的管道装置结构，一般可以利用灌溉装置特点，将管道装置设计工作分为进水管道、水肥配比管道与出水管道三类设计方案。其中，为确保水流控制效果与检测速率，我们往往需要在水流进入混合溶液罐时，集中处理水流流速问题。如在进水管道位置安装高效装置，一般多以电磁水阀等高效装置为主。

为确保灌溉系统的运作效率，类似电磁阀、自吸水泵等装置一般会被设置在管道当中，并以多级并联安装方式为主。举例而言，止回阀以串联连接方式为主，目的在于确保出口处始终处于自由流出状态。除此之外，多级并联文丘里管的安置问题，集中以水平安装方式为主，目的在于为每只支管的吸肥效果提供良好保障。

4 水肥一体化灌溉系统智能控制硬件的相关概述

4.1 控制器与触摸屏

为确保实际灌溉效果，通常都会选用可靠程度较高且抗干扰能力强的控制器作为水肥一体化灌溉系统智能控制硬件设备。与此同时，为确保灌溉系统的推广效果与适应效果，通常会根据控制器的性能条件，选择科学、合理的灌溉模式。在控制器硬件配置方面，需要重点优化设计、安装等方面的工作内容，目的在于确保后续开关逻辑量的合理性。在触摸屏的选型方面，建议研究人员可以根据控制器要求进行合理选择。

4.2 传感器

太阳能灌溉系统为满足混合肥液的灌溉需求，往往需要将混合肥液放置于罐中的安全水位处。操作人员为进一步提高系统运作效率，多会采取安装液位传感器方式，以便更好地实现对液位高度的测量要求，尽量将水位信息反馈给控制器当中。另外，混合溶液的EC值与PH值必须满足规定标准，避免出现数据不合理问题。需要注意的是，在溶液电导率与PH值的测量器选型方面，最好将控制器输入设置为实际开关量，并且在确保控制器配置合理的前提下，选用具备智能化、自动化的传感器设备。

5 控制系统的硬件电路优化方案分析

待确定灌溉系统的管路系统装置设计选型之后，操作人员可以根据管路系统装置设计要求进一步确定控制系统硬件选型要点。处理好上述工作之后，控制系统的硬件电路优化方案基本上会被制定完成。本文选用的硬件电路优化方案主张以控制器设备为主。

6 系统运行界面模式

良好的运行界面通常是确保系统操作、控制科学、合理的基本保障。其中，触摸屏、控制器等系统结构，会根据用户指令要求执行命令。举例而言，用户可以自主选定与系统功能相对应的图片。此时，触摸屏将会代替输入按钮实现对机器设备的操作与控制。与此同时，运行界面设计模式最好满足简单化标准，目的在于便于后续维护与应用。针对于此，我们通常将运行界面分为四大模块。

（1）手动控制模块在实际运行过程中，侧重于遵照操作方式要求，用户需要点击界面按钮设置，针对灌溉参数问题进行合理设定，并按照一定次序要求实现对各个环节的操作运行；（2）自动控制模块在实际运行过程中，侧重于遵照灌溉模式要求，要求用户根据实际需求，设置灌溉参数，实现灌溉作业的自动化效果；（3）报警模块在实际运行过程，侧重于遵照系统运行状态，当系统发生故障问题时，模块系统会第一时间响应系统，将警报信息送至到界面，实现针对性维护；（4）监视模块在实际运行过程中，侧重于监视系统运行状态，根据界面运行情况，将各项反馈信息回执给用户。

7 归纳与总结

本文按照系统设计原则及原理初步完成了水肥一体化智能灌溉系统设计与实现方法的论述。借助智能灌溉原理图初步实现了对灌溉系统管道配置与控制系统硬件配置的选型要求。

系统运行过程会根据灌溉原理的不同，将运行模式分为水肥配比灌溉运行模式、纯水灌溉运行模式。深化理解、紧抓主干，初步完成对水肥一体化灌溉系统设计原则与运行原理的判定过程。在此基础上，根据系统运作要求以及操作原则，实现对灌溉控制系统硬件配置的选型工作，为后续灌溉作业的顺利开展提供保障。

根据系统功能侧重点的不同，明确控制器设备的分配原理及要求，完成对控制系统供电回路的设计过程。并结合当前灌溉作业要求，优化设计灌溉系统操作界面，确保系统运行过程的安全效果与高效特点。并添加报警模块与监视模块加强对系统运行过程的监管作用，防止系统运行故障问题。根据仿真测试结果显示，系统运作状态良好，基本上满足各项指标要求。

8 展望

水肥一体化智能灌溉系统的出现与广泛应用不仅有效满足了现代化农业灌溉需求，同时也满足了现代化农业科技的发展需求。然而，介于技术条件以及操作能力的局限影响，灌溉系统仍旧存在较多不足，需要研究人员不断付诸努力，尽量克服当前存在的不足。

如灌溉系统配肥装置在水肥配比方面基本无任何差错，但是装置运行过程中产生的水头损失较高，能耗问题过于明显。在今后的研究中，应该立足于实际发展情况，运用实验数据实现科学、合理的配肥装置要求。与此同时，在今后研究当中，最好将无线远程网络融入系统当中，便于收集土壤信息，实现对农作物生长过程的实时监控。

[1]李雪松,伍新木.我国水资源循环经济发展与创新体系构建[J].长江流域资源环境,2007,16(3):297-301.

[2]相保成.水资源危机与经济社会可持续发展[J].中国农村水利电,2006,(6):51-53.

[3]孙伟.中国农业节水技术推广关键影响因素研究[D].黑龙江:东北农业大学博论文,2012.

[4]李树青.不同节水灌溉技术装备的比较分析[J].当代农机,2007,12:46-48.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.28

马冠华(1995- )，女，汉族，湖北荆门人，荆楚理工学院本科在读，研究方向：数字媒体技术。

S224.2

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2095-1205(2019)04-49-02