一、概述
水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。水肥一體化是借助壓力系統(tǒng)(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(diǎn)，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過(guò)可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過(guò)管道、噴槍或噴頭形成噴灌、均勻、定時(shí)、定量，噴灑在作物發(fā)育生長(zhǎng)區(qū)域，使主要發(fā)育生長(zhǎng)區(qū)域土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時(shí)根據(jù)不同的作物的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況，需肥規(guī)律情況進(jìn)行不同生育期的需求設(shè)計(jì)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例直接提供給作物。
二、水肥一體化系統(tǒng)原理圖
水肥一體化系統(tǒng)通常包括水源工程、首部樞紐、田間輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)和灌水器等四部分，實(shí)際生產(chǎn)中由于供水條件和灌溉要求不同，施肥系統(tǒng)可能僅由部分設(shè)備組成。
三、水肥一體機(jī)
水肥一體機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：控制柜、觸摸屏控制系統(tǒng)、混肥硬件設(shè)備系統(tǒng)、無(wú)線采集控制系統(tǒng)。支持pc端以及微信端實(shí)施查看數(shù)據(jù)以及控制前端設(shè)備;水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)可以幫助生產(chǎn)者很方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的水肥一體化管理。系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器、數(shù)據(jù)采集終端組成。通過(guò)與供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制?？蓪?shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)、控制灌溉中的供水時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的灌溉狀況，當(dāng)灌區(qū)土壤濕度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的下限值時(shí)，電磁閥可以自動(dòng)開啟，當(dāng)監(jiān)測(cè)的土壤含水量及液位達(dá)到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動(dòng)關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)。可根據(jù)時(shí)間段調(diào)度整個(gè)灌區(qū)電磁閥的輪流工作，并手動(dòng)控制灌溉和采集墑情。整個(gè)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實(shí)施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低人力投入成本。
四、施肥系統(tǒng)
水肥一體化施肥系統(tǒng)原理由灌溉系統(tǒng)和肥料溶液混合系統(tǒng)兩部分組成。灌溉系統(tǒng)主要由灌溉泵、穩(wěn)壓閥、控制器、過(guò)濾器、田間灌溉管網(wǎng)以及灌溉電磁閥構(gòu)成。肥料溶液混合系統(tǒng)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(wǎng)系統(tǒng)
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(jù)流量分級(jí)配置,毛管目前多選用內(nèi)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(jìn)水口設(shè)閘閥，支管和輔管進(jìn)水口處設(shè)球閥。
輸配水管網(wǎng)的作用是將首部處理過(guò)的水, 按照要求輸送到灌水單元和灌水器，毛管是微灌系統(tǒng)的最末一級(jí)管道，在滴灌系統(tǒng)中，即為滴灌管，在微噴系統(tǒng)中，毛管上安裝微噴頭。
4.2 環(huán)境數(shù)據(jù)采集器
環(huán)境數(shù)據(jù)采集器由低功耗氣象傳感器、低功耗氣象數(shù)據(jù)采集控制器和計(jì)算機(jī)氣象軟件三部分組成?？赏瑫r(shí)監(jiān)測(cè)大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、雨量、風(fēng)速、風(fēng)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(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)氣象數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)時(shí)間顯示、氣象數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)、氣象數(shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)、參數(shù)設(shè)定等功能。
4.3 無(wú)線閥門控制器
閥門控制器是接收由田間工作站傳來(lái)的指令并實(shí)施指令的下端。閥門控制器直接與管網(wǎng)布置的電磁閥相連接，接收到田間工作站的指令后對(duì)電磁閥的開閉進(jìn)行控制，同時(shí)也能夠采集田間信息，并上傳信息至田間工作站，一個(gè)閥門控制器可控制多個(gè)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(shè)計(jì)輪灌組的劃分來(lái)確定安裝位置及個(gè)數(shù)。
4.4 灌水器系統(tǒng)
微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，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(tǒng)功能
5.1 用水量控制管理
實(shí)現(xiàn)兩級(jí)用水計(jì)量，通過(guò)出口流量監(jiān)測(cè)作為本區(qū)域內(nèi)用水總量計(jì)量，通過(guò)每個(gè)支管壓力傳感采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算各支管的輪灌水量，與閥門自動(dòng)控制功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)閥門控制單元的用水量統(tǒng)計(jì)。同時(shí)水泵引入流量控制，當(dāng)超過(guò)用水總量將通過(guò)遠(yuǎn)程控制，限制區(qū)域用水。
5.2 運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控
通過(guò)水位和視頻監(jiān)控能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)滴灌系統(tǒng)水源狀況，及時(shí)發(fā)布缺水預(yù)警;
通過(guò)水泵電流和電壓監(jiān)測(cè)、出水口壓力和流量監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)分干管流量和壓力監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)滴灌系統(tǒng)爆管、漏水、低壓運(yùn)行等不合理灌溉事件，及時(shí)通知系統(tǒng)維護(hù)人員，保障滴灌系統(tǒng)高效。
5.3 閥門自動(dòng)控制功能
通過(guò)對(duì)農(nóng)田土壤墑情信息、小氣候信息和作物長(zhǎng)勢(shì)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用無(wú)線或有線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)閥門的遙控啟閉和定時(shí)輪灌啟閉。根據(jù)采集到的信息，結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑锏男杷凸喔容喒嗲闆r制定自動(dòng)開啟水泵、閥門，實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守自動(dòng)灌溉，分片控制，預(yù)防人為誤操作。
5.4 PC展示平臺(tái)
通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，能夠?yàn)橛脩籼峁﹤鞲衅鲾?shù)據(jù)、圖片遠(yuǎn)程、采集、傳輸、儲(chǔ)存、處理及報(bào)警信息發(fā)送等服務(wù)。該平臺(tái)以集中式分區(qū)化的方式為用戶提供便捷、經(jīng)濟(jì)、有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控整體解決方案。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，用戶可以不受時(shí)間、地點(diǎn)限制對(duì)監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理、觀看和接收?qǐng)?bào)警信息。
5.5 移動(dòng)終端
建立手機(jī)系統(tǒng)，客戶直接采用微信客戶端就可以控制和查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，手機(jī)端具有手動(dòng)啟動(dòng)、關(guān)閉電磁閥，水泵等設(shè)備功能。
5.6 運(yùn)維管理功能
包括系統(tǒng)維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)管理;實(shí)現(xiàn)區(qū)域用水量計(jì)量管理、旱情和灌溉預(yù)報(bào)專家決策、信息發(fā)布等功能的遠(yuǎn)程決策管理;以及對(duì)用水、耗電、灌水量、維護(hù)、材料消耗等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和成本核算，對(duì)灌溉設(shè)施設(shè)備生成定期維護(hù)計(jì)劃，記錄維護(hù)情況，實(shí)現(xiàn)灌溉工程的精細(xì)化維護(hù)運(yùn)行管理。
節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮現(xiàn)有的節(jié)水設(shè)備作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益，通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，更加節(jié)水節(jié)能，降低灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量，將使灌溉更加科學(xué)、方便，提高管理水平。
