一种基于物联网的智能水肥一体化系统设计与实践.pdfVIP

摘 要 【目的】鉴于我国西北地区气候干旱、可耕面积有限、水肥利用效率低等一系列问题一 直以来是干旱农业领域研究的难点与热点，且近年来设施栽培作物在新疆地区广泛推广 种植，开发与利用智能节水、节肥设备已成为解决这一问题的关键技术。我国政府与企 业日益重视与关注物联网云技术、人工智能、大数据等高科技的应用，各行各业逐步融 合与使用现代科学技术，推动传统农业向现代农业的转变。兵团农场已开始使用水肥一 体化设备，以降低农业成本投入并提高水肥利用效率；但普遍存在不精准、应用窄、造 价高、难推广等问题，因此，针对上述现象本课题开发设计了一种基于物联网的智能水 肥一体化系统，用于提高水肥利用效率、减少农业成本浪费、远程实时监控植株的生长 状况，同时以基于黄沙基质的番茄水肥一体化种植实践检验，践行了钱学森提出的“沙 产业”构想，为新疆地区发展沙漠农业提供了技术支持与经验借鉴。 【方法】国外水肥一体化技术已十分娴熟，而我国水肥一体化技术不一而同，针对性与 功能效果参差不齐，因此，本课题基于国内外研究与应用现状研发设计一种基于物联网 的智能水肥一体化系统，本系统主要由上位机 （物联网远程监管系统）与下位机 （全自 动水肥一体化系统）两大系统组成，其中全自动水肥一体化系统由控制中心系统、灌溉 施肥系统、环境信息采集系统3 部分组成。控制中心系统融合了PLC （可编程逻辑控 制器）技术、触摸屏技术、无线模块等技术，共同构成智能化自动水肥一体化系统的枢 纽，根据人为需要设定手/ 自动模式、灌溉与施肥参数等，实时接收与传输水肥指令； 灌溉施肥系统由文丘里施肥器A 和B、吸肥电动球阀、灌溉电动球阀、灌溉通道、离 心泵、潜水泵等共同组成实现根据指令实现精确定量灌溉与施肥；环境信息采集系统由 SMET 三参数复合传感器等硬件构成，多位一体实时采集土壤的EC值，含水量、温度 参数并传输于中心枢纽与系统远程终端。物联网远程监管系统主要由云平台、远程端微 信小程序/PC端、4G模块搭建组合而成，远程终端设置水肥一键启动/关闭模式，各参 数数值记录与曲线，报警提醒等功能，实时传输根系环境参数于云平台并记录作为历史 数据储存，同时可远程监控植株长势与控制水肥一体化系统设备的运行。为验证与检验 该系统工作的可行性，试验选择3个世佳番茄品系作为供试材料，以本系统设备应用管 理番茄一个完整生育期，利用收获番茄果实产量与品质说明系统设备的运行效果。 【结果】一种基于物联网的智能化水肥一体化系统经过多次升级改进与调试硬件结构和 软件系统使设备正常良好运行。本研究开发设计的一种基于物联网的智能水肥一体化系 统根据植株各生育时期需水、需肥特点，设定水肥参数与运行模式，结合番茄植株对N、 P、K 及微量元素吸收的特征，采用沙漠中的黄沙作为种植基质，远程监管水肥一体化 系统与植株长势，简单方便，适用于多种作物，易于获得高产优质的生物输出，经济效 益有保证。通过物联网技术远程监控棚内情况与植株长势，可根据需要在服务终端查看 根系环境情况以及历史记录，可更改水肥设定阙值参数或一键启动/关闭水肥供应。试 验显示：本试验番茄生育期内控制黄沙基质含水量区间为14.0-17.5%之间，随生育时期 I 进程先高后低；正常的EC值范围在 1.0-2.5mS/cm 之间。3个世佳番茄品系实收产量介 于134.0-146.3 吨/公顷之间，均已达到温室番茄高产水平。果实营养品质处于中高等水 平，糖酸比均在7.71 以上，很适合做水果番茄，经模糊数学算得世佳1812 综合品质最 高。黄沙基质作为番茄种植的替代基质，可降低土壤环境病虫害及次生盐渍化发生的几 率，经3个世佳番茄品系栽培种植，说明基于物联网技术的黄沙基质与水肥一体化番茄 栽培技术组配合宜，产量与品质有保证，且具有很好的实用与推广价值。 关键词：水肥一体化；农业物联网；黄沙基质；4G通信；设施番茄 论文类型：B (应用研究) II Design andpractice of anintelligent integratedwaterand fertilizersystembasedonInternet ofthings ABSTRACT 【objective】 In view of a ser