水肥一体化自动灌溉设备结合土壤湿度肥力监控开关自动施肥机

项目概述

    对于规模化的温室大棚种植而言，单靠人工管理需要大量人手，耗力费时，并且存在难以避免的人工误差。“水肥一体化+自动灌溉”是物联网技术在农业生产经营管理中的具体应用，通过采集终端及各类传感器采集各类农业数据，通过无线传感器网、移动通信无线网、有线网等实现信息传输，通过作业终端实现农业生产设备控制与农业生产过程全监控。
    “水肥一体化+自动灌溉”通过物联网可以实现实时传感采集和数据存储，能够统计出植物生长对温、湿、光、土壤的需求规律，提供精准的科研实验数据；通过智能分析与联动控制功能，能够及时精确地满足植物生长对环境和养分等各项指标的要求，达到大幅增产的目的；通过光照和温度的智能分析寻优与精确调控，使植物的生长完全遵循人工调节等，达到优质生产之目的。进行土壤养分、墒情监测，为作物选择耕种方式提供指导；既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高农作物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。真正实现了农业生产自动化、管理智能化，使温室大棚种植管理智能化调温、精细化施肥，可达到提高产量、改善品质、节省人力、降低人工误差、提高经济效益的目的，实现温室种植的高效和精准化管理。
    物联网技术在农业生产领域的应用有效地改变了传统农业粗放、低效的生产方式，促进了农业发展方式转变，加快了农业现代化步伐，也生产了实实在在的经济效益、社会效益和生态效益，受到广大农民和农业企业的欢迎。
 

整体系统功能概述

    水肥一体化+自动灌溉应用系统通过流量传感器对于种植大棚的耗水量以及肥料使用状况进行监测，通过光照强度、空气温湿度、土壤温湿度等传感器，对种植大棚的对应环境参数进行实时采集，LED展示，并进行分析。依据环境信息和分析结果，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制滴灌、开关卷帘等)。同时在蔬菜环境采集点以及园区管理布置摄像头等监控设备，适时采集视频信号。用户通过电脑或3G/4G手机，随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和智能调节远程自动化设备。

水肥一体化系统

    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，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量，浸润作物根系发育生长区域，使主要根系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；蔬菜不同生长期需水，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。
水肥机采用旁路式接入灌溉网络，施肥时只需要打开手动阀，同时启动水肥的水泵就可以将肥料桶内的肥液注入到灌溉管网，通过调节施肥机上浮子流量计与灌溉网络的流量比值来实现精准施肥，用户通过操作触摸屏进行管控，控制器会按照用户设定的配方、灌溉过程参数自动控制灌溉量、吸肥量、肥液浓度、酸碱度等水肥过程中的重要参数，实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，节水节肥、省力省时、提高产量，专用于连栋温室、日光温室、温室大棚和大田种植灌溉作业。

水肥一体化系统的优势

1.这项技术的优点是灌溉施肥的肥效快，养分利用率提高。可以避免肥料施在较干的表土层易引起的挥发损失、溶解慢，最终肥效发挥慢的问题；尤其避免了铵态和尿素态氮肥施在地表挥发损失的问题，既节约氮肥又有利于环境保护。
2.水肥一体化技术使肥料的利用率大幅度提高。据华南农业大学张承林教授研究，灌溉施肥体系比常规施肥节省肥料50%~70%；同时，大大降低了设施蔬菜和果园中因过量施肥而造成的水体污染问题。
3.水肥一体化技术通过人为定量调控，满足作物在关健生育期“吃饱喝足”的需要，杜绝了任何缺素症状，因而在生产上可达到作物的产量和品质均良好的目标。
4.大幅度节水，设施灌溉比传统大水漫灌节水50%以上，其中滴灌最省水。

首部枢纽组成

1、储水罐
任何一个灌溉系统，无论多高端大气上档次，水源才是第一要素，也是最基本的要素。水源的好坏，对于整个农业生产系统、灌溉系统等，都起到了关键性作用。现场的水源主要来自井水，但是项目现场场地大，对水的消耗也大，所以必要的储水也就尤为重要，项目现场已经建有蓄水池，针对于用量的考量，增加一个70 储水罐作为共水源，保证灌溉系统的正常运行。
 
2、主水泵
通过对现场的环境考察，1号水泵供应5个联动大棚，采用1台15KW的卧式离心水泵，过流量50m³/h，扬程50m，控制方式采用变频控制，暂不做改动，2号水泵预计供应2个联动温室大棚，11个单体棚，面积较小于1号区域，拟用功率为11kw的卧式离心泵，过流量40m³/h，扬程38m。                 
 
3、恒压变频控制柜
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极限信号)可适时通知变频泵工作状况。同时采集频率和压力通过无线GPRS模块将数据上传到平台上。
 
4、过滤设备
第一级过滤系统：全自动反冲洗砂石过滤器
   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。
第二级过滤系统：全自动反冲洗叠片过滤器
叠片过滤器主要用来细化水质过滤效果，所以一般用于第二级过滤，叠片过滤器有手动/半自动/全自动三种冲洗方式，全自动反冲洗的控制器操作简单，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过滤效果更优，叠片过滤器滤芯无须更换，寿命可达15年之久。
 
5、智能水肥一体机
 厦门欣仰邦水肥一体机的系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统等。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备。
新普惠水肥一体化智能灌溉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。

水肥机参数：

大棚设备联动控制系统

    大棚设备联动控制系统是专门为农业温室监测、农业环境控制而开发生产的自动控制系统。本系统可以通过监测基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、土壤温湿度、CO2浓度等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（湿帘水泵、风机、电磁阀等），以适应不同生物生长繁育的需要，该系统的使用，可以使温室运行于经济节能状态，实现温室的无人值守自动化运行，降低温室能耗和运行成本，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
 

系统架构

    设备联动控制系统主要有传感采集控制部分、传输部分、应用平台三部分组成，传感采集控制系统主要实现对温室环境参数的检测与环境调整机构的控制，由传感器、温室控制器和执行机构组成。温室控制器主要实现温室环境数据实时采集、处理与显示，以及对温室环境的调节，通过有线RS485通讯或无线GPRS通信模块，将监测的环境参数传输到控制中心，也可脱机工作。
    软件平台为环境监测与管理系统，实现对温室的远程监测与控制操作。软件平台可远程实时监控各传感器数据以及执行机构的工作状态并进行调控，用户通过预设环境参数，达到系统自动控制的目的。

视频监控系统

    建设农业园区道路及重点区域视频监控系统，对园区道路及周边远程监控能有效的防止外来生物对园区的生产活动的干扰和破坏，对园区内的突发事件的及时处置和远程指挥；对作物生长区域远程监控能对传感设备采集信息的验证和自动控制设备的准确把握，同时也是对生产人员的监督和管理。
    通过安装监控摄像头，实时捕获大棚作物生长的画面，而后通过网络将画面数据传输给视频处理设备并进行存储。使用者既可以在PC 机液晶显示器上看到实时画面，又可以通过手机远程访问来观看大棚的实时画面。即可以帮助生产管理者远程了解蔬菜生长状况，也可以帮助农业专家通过远程监控画面了解蔬菜生长情况，解决种植中的病害难题。在连栋温室中选择合适位置安装球机，该球机可全方位旋转，保证了大棚内的任何角落都在摄像头的可视范围内，图像通过无线网络或视频线进行传输，该系统采用高精度网络摄像机，系统的清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。
    网络视频监控的现场记录可以加强对养种植现场的监督，监控设备能够将直接采集到的信号通过ADSL等模式传至互联网，管理层可按不同权限级别观看所监看的图像，可以随时随地通过网络连接到种植区域视频监控系统进行监控。
    视频监控系统能对视频服务器、镜头等设备分组管理；用户资料、控制权限等资料集中管理；多画面显示/全屏显示，支持摄像机、预置位轮巡；用户可根据优先级别控制摄像机、云台动作；图像移动侦测报警、录像；可通过电子地图查找设备、还具有放大、缩小、跳转等功能；支持自动、手动录像，屏幕抓拍；支持远程报警、报警策略及联动控制等。录像画面存储全部采用中心存储的方式，在物联网管控中心机房配置大容量磁盘阵列，对所有视频图像进行15天*24小时的不间断录像存储。后端工作人员在办公室分别通过客户端PC及大屏幕电视墙对示范区个生产基地内的生产作业情况和棚间道路情况进行全面监控，监控画面通过轮巡方式在电视墙上实时显示；多部手机用户可以不限地域进行实时浏览和控制。

农业物联网管控中心

    物联网管控中心是整个园区的大脑中枢，负责监视、控制、指挥、调度、优化、管理整个绿谷农业园林有限公司种植园区，通过分布在园区各处的传感器和视频设备，感知整个农业园区的运营态势，确保农业园区的生产安全、运营高效、低碳环保，实现绿色、安全、畅通、智慧、优质的农业园区。
    物联网管控中心也是一个向客户集中展示农业园各种生产信息的可视化场所，它集日常管理与指挥调度于一身，为更好发挥智慧农业园提供各种增值服务，并通过对农业园农产品的全流程监控，协调各子系统安全、有序的运行。

大屏幕显示系统

    根据现场特点，大屏幕显示系统拟采用4×4超窄边液晶拼接屏，液晶拼接屏具有较高分辨率、可调亮度和对比度、范围宽，色彩还原真实，图像失真小，亮度均匀，显示清晰，系统操作简单，维护方便，使用寿命长。在多台屏幕拼接的时候不会影响整个拼接屏的拼接显示效果，更适合拼接应用。

技术方案

    基于统一交换接口的异构多系统生产数据对接技术。本项目涉及同各类生产经营企业的内部管理系统的数据和接口对接，在满足要求与农业物联网信息化监管信息平台实现数据联网需求外。为实现各类系统以及检测设备系统的有序对接，本项目将采用基于服务总线的异构系统对接方式，保障对接工作高效安全的同时，降低对接工作量，同时为将来接口进一步扩展提供余地。
    基于云计算的面向农业物联网云数据中心建设。本项目将应用云存储、云虚拟化、云平台、移动计算等技术，构建以农业物联网信息化平台数据库为核心的集群化云数据中心，提供开放高效的云存储服务，云虚拟主机服务，满足各个基地和企业后续扩展带来的海量数据和动态扩展的需求。

技术架构

1.系统在设计上将采用C/S（客户/服务器）、B/S（浏览器/服务器）和M/S（移动/服务器）一体化设计，将C/S、B/S、M/S三种体系结构进行整合。
2.整个系统采用以B/S结构为基础，结合C/S结构+中间件混合应用的模式，充分发挥B/S和C/S架构的优点。技术上兼顾同一企业多基地等复杂管理模式的监管需求。
3.物联网系统将采用B/S架构以及手机移动wap（主要基于android系统平台开发的APP应用）访问数据服务器的方式，应用系统开发环境将用采用C#.NET技术进行应用系统的开发。前端信息获取，信息传输，到信息处理都在物联网核心技术的基础下督导完成，在最终体现在应用系统中的各个模块中，采用数据挖掘技术，Ajax技术等。

物联网服务平台

web端互联网平台
物联网监测平台，是在日常生产与科研管理规范的基础上，将网络、图像、传感、专家智能化等技术进行集成，建立了一套基于Web方式的生产管理、视频监控、气象观测、专家指导的信息平台。它基于物联网及云计算技术，能够为用户提供多终端（PC端、web物联网浏览终端、手机客户端等）数据浏览功能，同时提供监测设备远程交互、数据处理、储存、统计、分析、报警、信息发布等服务。
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。通过这种方式，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。
1.完善的用户登录管理方式，支持用户名、密码、验证码登录，既方便又安全；
2.监测站点数据直观显示、时间实时显示、实时显示最大值、最小值；
3．可视化数据查询，方便分析及保存，可到处EXCEL表格文件，分析清晰明了；
4．多种曲线人性化显示，符合各种分析查询需求.
5.可实时查看后端设备的工作状态，以及控制相应的后端设备，根据需求，手动点击打开或关闭，方便快捷；
6.物联网监控平台上可设置相应的的控制逻辑，自动控制相应执行设备，实现自动控制；
7．平台功能任性化，可根据需求设定继电器的闭合时间，保证现场设备的正常运行；

手机端应用系统
应用智能手机端，将网页的数据查看、设备控制，图表数据GIS、阈值设置等部分功能移动化，建立手机端信息化管理应用系统，在手机端实现农业生产数据的查询浏览、生产设备控制等，使相关工作人员可以随时随地远程管理园区农业生产业务工作。