水肥一體化智能設備關鍵技術探究

馬冠華

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水肥一體化智能設備關鍵技術探究

馬冠華

（荊楚理工學院 湖北荊門 448000）

水肥一體化技術是通過借助灌溉壓力系統，將特定溶液送入至農作物根部土壤當中，以期可以改善土壤結構，提高土壤活性、確保農作物生長發育效果。文章對水肥一體化智能設備關鍵技術進行了探究。

水肥一體化；土地吸肥裝置

1 水肥一體化智能灌溉系統的運行原理與設計原則

1.1 運行原理

水肥一體化智能灌溉系統往往需要借助系統控制決策功能實現運行過程。一般來說，系統運行過程會根據灌溉原理的不同，將運行模式分為水肥配比灌溉運行模式、純水灌溉運行模式。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，對內部系統的控制要求進行合理設置。而純水灌溉運行模式主要根據系統運行標準，合理選用運行模式。一般來說，以人工干預、手動工作模式以及自動運行模式為主的運行模式基本上成為純水灌溉運行模式的主要類型。舉例而言，在手動模式的管理下，操作人員可以設置模擬開關實現對管道電磁閥水泵的管控功能，實現對灌溉作業運行過程中的控制作用。

1.2 設計原則

為滿足現代農業發展需求，在實際設計過程中，必須嚴格遵照以下設計原則：（1）穩定性原則。系統運行過程需要根據安全運行要求實現灌溉作業高效性實行過程，確保灌溉過程的穩定性與連續性；（2）易推廣和適用性原則。所選用的灌溉器多可以在界定范圍內合理應用，具備一定的推廣價值。且在實際操作過程中，必須滿足節水節能特點以及操作簡便性等要求，便于農業生產者應用；（3）經濟性與靈活性原則。系統設計過程中必須遵照經濟性與靈活性設計原則。力求在節約設計成本的基礎上，進一步提高系統運作效率，盡量滿足不同農作物的灌溉周期。

2 水肥一體化智能灌溉系統的基本組成結構分析

水肥一體化智能設備灌溉系統在硬件結構的組成方面，通常以管道硬件系統與電氣硬件系統等結構為主。其中，電氣硬件系統主要以實現系統智能化控制為主，管道硬件系統主要以實現灌溉過程為主，可分為灌溉裝置與控制電柜兩種。

3 管道裝置結構功能分析

水肥一體化智能灌溉系統中的管道裝置結構，一般可以利用灌溉裝置特點，將管道裝置設計工作分為進水管道、水肥配比管道與出水管道三類設計方案。其中，為確保水流控制效果與檢測速率，我們往往需要在水流進入混合溶液罐時，集中處理水流流速問題。如在進水管道位置安裝高效裝置，一般多以電磁水閥等高效裝置為主。

為確保灌溉系統的運作效率，類似電磁閥、自吸水泵等裝置一般會被設置在管道當中，并以多級并聯安裝方式為主。舉例而言，止回閥以串聯連接方式為主，目的在于確保出口處始終處于自由流出狀態。除此之外，多級并聯文丘里管的安置問題，集中以水平安裝方式為主，目的在于為每只支管的吸肥效果提供良好保障。

4 水肥一體化灌溉系統智能控制硬件的相關概述

4.1 控制器與觸摸屏

為確保實際灌溉效果，通常都會選用可靠程度較高且抗干擾能力強的控制器作為水肥一體化灌溉系統智能控制硬件設備。與此同時，為確保灌溉系統的推廣效果與適應效果，通常會根據控制器的性能條件，選擇科學、合理的灌溉模式。在控制器硬件配置方面，需要重點優化設計、安裝等方面的工作內容，目的在于確保后續開關邏輯量的合理性。在觸摸屏的選型方面，建議研究人員可以根據控制器要求進行合理選擇。

4.2 傳感器

太陽能灌溉系統為滿足混合肥液的灌溉需求，往往需要將混合肥液放置于罐中的安全水位處。操作人員為進一步提高系統運作效率，多會采取安裝液位傳感器方式，以便更好地實現對液位高度的測量要求，盡量將水位信息反饋給控制器當中。另外，混合溶液的EC值與PH值必須滿足規定標準，避免出現數據不合理問題。需要注意的是，在溶液電導率與PH值的測量器選型方面，最好將控制器輸入設置為實際開關量，并且在確保控制器配置合理的前提下，選用具備智能化、自動化的傳感器設備。

5 控制系統的硬件電路優化方案分析

待確定灌溉系統的管路系統裝置設計選型之后，操作人員可以根據管路系統裝置設計要求進一步確定控制系統硬件選型要點。處理好上述工作之后，控制系統的硬件電路優化方案基本上會被制定完成。本文選用的硬件電路優化方案主張以控制器設備為主。

6 系統運行界面模式

良好的運行界面通常是確保系統操作、控制科學、合理的基本保障。其中，觸摸屏、控制器等系統結構，會根據用戶指令要求執行命令。舉例而言，用戶可以自主選定與系統功能相對應的圖片。此時，觸摸屏將會代替輸入按鈕實現對機器設備的操作與控制。與此同時，運行界面設計模式最好滿足簡單化標準，目的在于便于后續維護與應用。針對于此，我們通常將運行界面分為四大模塊。

（1）手動控制模塊在實際運行過程中，側重于遵照操作方式要求，用戶需要點擊界面按鈕設置，針對灌溉參數問題進行合理設定，并按照一定次序要求實現對各個環節的操作運行；（2）自動控制模塊在實際運行過程中，側重于遵照灌溉模式要求，要求用戶根據實際需求，設置灌溉參數，實現灌溉作業的自動化效果；（3）報警模塊在實際運行過程，側重于遵照系統運行狀態，當系統發生故障問題時，模塊系統會第一時間響應系統，將警報信息送至到界面，實現針對性維護；（4）監視模塊在實際運行過程中，側重于監視系統運行狀態，根據界面運行情況，將各項反饋信息回執給用戶。

7 歸納與總結

本文按照系統設計原則及原理初步完成了水肥一體化智能灌溉系統設計與實現方法的論述。借助智能灌溉原理圖初步實現了對灌溉系統管道配置與控制系統硬件配置的選型要求。

系統運行過程會根據灌溉原理的不同，將運行模式分為水肥配比灌溉運行模式、純水灌溉運行模式。深化理解、緊抓主干，初步完成對水肥一體化灌溉系統設計原則與運行原理的判定過程。在此基礎上，根據系統運作要求以及操作原則，實現對灌溉控制系統硬件配置的選型工作，為后續灌溉作業的順利開展提供保障。

根據系統功能側重點的不同，明確控制器設備的分配原理及要求，完成對控制系統供電回路的設計過程。并結合當前灌溉作業要求，優化設計灌溉系統操作界面，確保系統運行過程的安全效果與高效特點。并添加報警模塊與監視模塊加強對系統運行過程的監管作用，防止系統運行故障問題。根據仿真測試結果顯示，系統運作狀態良好，基本上滿足各項指標要求。

8 展望

水肥一體化智能灌溉系統的出現與廣泛應用不僅有效滿足了現代化農業灌溉需求，同時也滿足了現代化農業科技的發展需求。然而，介于技術條件以及操作能力的局限影響，灌溉系統仍舊存在較多不足，需要研究人員不斷付諸努力，盡量克服當前存在的不足。

如灌溉系統配肥裝置在水肥配比方面基本無任何差錯，但是裝置運行過程中產生的水頭損失較高，能耗問題過于明顯。在今后的研究中，應該立足于實際發展情況，運用實驗數據實現科學、合理的配肥裝置要求。與此同時，在今后研究當中，最好將無線遠程網絡融入系統當中，便于收集土壤信息，實現對農作物生長過程的實時監控。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.28

馬冠華(1995- )，女，漢族，湖北荊門人，荊楚理工學院本科在讀，研究方向：數字媒體技術。

S224.2

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2095-1205(2019)04-49-02