一、概述
水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業(yè)新技術。水肥一體化是借助壓力系統(或地形自然落差)，將可溶性固體或液體肥料，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統供水、供肥，使水肥相融后，通過管道、噴槍或噴頭形成噴灌、均勻、定時、定量，噴灑在作物發(fā)育生長區(qū)域，使主要發(fā)育生長區(qū)域土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時根據不同的作物的需肥特點，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況，需肥規(guī)律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養(yǎng)分定時定量，按比例直接提供給作物。
二、水肥一體化系統原理圖
水肥一體化系統通常包括水源工程、首部樞紐、田間輸配水管網系統和灌水器等四部分，實際生產中由于供水條件和灌溉要求不同，施肥系統可能僅由部分設備組成。
三、水肥一體機
水肥一體機系統結構包括：控制柜、觸摸屏控制系統、混肥硬件設備系統、無線采集控制系統。支持pc端以及微信端實施查看數據以及控制前端設備；水肥一體化智能灌溉系統可以幫助生產者很方便的實現自動的水肥一體化管理。系統由上位機軟件系統、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器、數據采集終端組成。通過與供水系統有機結合，實現智能化控制。可實現智能化監(jiān)測、控制灌溉中的供水時間、施肥濃度以及供水量。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實時監(jiān)測的灌溉狀況，當灌區(qū)土壤濕度達到預先設定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當監(jiān)測的土壤含水量及液位達到預設的灌水定額后，可以自動關閉電磁閥系統。可根據時間段調度整個灌區(qū)電磁閥的輪流工作，并手動控制灌溉和采集墑情。整個系統可協調工作實施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實現節(jié)水、節(jié)電，減少勞動強度，降低人力投入成本。
四、施肥系統
水肥一體化施肥系統原理由灌溉系統和肥料溶液混合系統兩部分組成。灌溉系統主要由灌溉泵、穩(wěn)壓閥、控制器、過濾器、田間灌溉管網以及灌溉電磁閥構成。肥料溶液混合系統由控制器、肥料灌、施肥器、電磁閥、傳感器以及混合罐、混合泵組成。
4.1：輸配水管網系統
由干管、支管、毛管組成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管徑根據流量分級配置,毛管目前多選用內鑲式滴灌帶或邊縫迷宮式滴灌帶；首部及大口徑閥門多采用鐵件。干管或分干管的首端進水口設閘閥，支管和輔管進水口處設球閥。
輸配水管網的作用是將首部處理過的水, 按照要求輸送到灌水單元和灌水器，毛管是微灌系統的最末一級管道，在滴灌系統中，即為滴灌管，在微噴系統中，毛管上安裝微噴頭。
4.2：環(huán)境數據采集器
環(huán)境數據采集器由低功耗氣象傳感器、低功耗氣象數據采集控制器和計算機氣象軟件三部分組成。可同時監(jiān)測大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、雨量、風速、風向、氣壓、輻射、照度等諸多氣象要素；具有高精度高可靠性的特點，可實現定時氣象數據采集、實時時間顯示、氣象數據定時存儲、氣象數據定時上報、參數設定等功能。
4.3：無線閥門控制器
閥門控制器是接收由田間工作站傳來的指令并實施指令的下端。閥門控制器直接與管網布置的電磁閥相連接，接收到田間工作站的指令后對電磁閥的開閉進行控制，同時也能夠采集田間信息，并上傳信息至田間工作站，一個閥門控制器可控制多個電磁閥。
電磁閥是控制田間灌溉的閥門，電磁閥由田間節(jié)水灌溉設計輪灌組的劃分來確定安裝位置及個數。
4.4：灌水器系統
微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延續(xù)時間較長，灌水周期短，需要的工作壓力較低，能夠較精確的控制灌水量，能把水和養(yǎng)分直接地輸送到作物根部附近的土壤中去。
五、系統功能
5.1：用水量控制管理
實現兩級用水計量，通過出口流量監(jiān)測作為本區(qū)域內用水總量計量，通過每個支管壓力傳感采集數據實時計算各支管的輪灌水量，與閥門自動控制功能結合，實現每一個閥門控制單元的用水量統計。同時水泵引入流量控制，當超過用水總量將通過遠程控制，限制區(qū)域用水。
5.2：運行狀態(tài)實時監(jiān)控
通過水位和視頻監(jiān)控能夠實時監(jiān)測滴灌系統水源狀況，及時發(fā)布缺水預警；
通過水泵電流和電壓監(jiān)測、出水口壓力和流量監(jiān)測、管網分干管流量和壓力監(jiān)測，能夠及時發(fā)現滴灌系統爆管、漏水、低壓運行等不合理灌溉事件，及時通知系統維護人員，保障滴灌系統高效。
5.3：閥門自動控制功能
通過對農田土壤墑情信息、小氣候信息和作物長勢信息的實時監(jiān)測，采用無線或有線技術，實現閥門的遙控啟閉和定時輪灌啟閉。根據采集到的信息，結合當地作物的需水和灌溉輪灌情況制定自動開啟水泵、閥門，實現無人職守自動灌溉，分片控制，預防人為誤操作。
5.4：PC展示平臺
通過物聯網水肥一體化智能監(jiān)測平臺，能夠為用戶提供傳感器數據、圖片遠程、采集、傳輸、儲存、處理及報警信息發(fā)送等服務。該平臺以集中式分區(qū)化的方式為用戶提供便捷、經濟、有效的遠程監(jiān)控整體解決方案。通過物聯網智能監(jiān)測平臺，用戶可以不受時間、地點限制對監(jiān)控目標進行實時監(jiān)控、管理、觀看和接收報警信息。
5.5：移動終端
建立手機系統，客戶直接采用微信客戶端就可以控制和查看實時數據，手機端具有手動啟動、關閉電磁閥，水泵等設備功能。
5.6：運維管理功能
包括系統維護、狀態(tài)監(jiān)測和系統運行的現場管理；實現區(qū)域用水量計量管理、旱情和灌溉預報專家決策、信息發(fā)布等功能的遠程決策管理；以及對用水、耗電、灌水量、維護、材料消耗等進行統計和成本核算，對灌溉設施設備生成定期維護計劃，記錄維護情況，實現灌溉工程的精細化維護運行管理。
節(jié)水灌溉自動化控制系統能夠充分發(fā)揮現有的節(jié)水設備作用，優(yōu)化調度，提高效益，通過自動控制技術的應用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質量，將使灌溉更加科學、方便，提高管理水平。
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