溫室智能裝備系列之八十三溫室園藝便攜式遙控施肥機的設計

馬偉+宋健+王秀

（北京農業智能裝備技術研究中心，北京 100097）

【摘要】針對溫室園藝肥料多采用露天沖施導致利用率低、浪費嚴重的問題，本文通過充電蓄電池動力和遙控信號終端調節水泵的方法，采用肥料注射混合技術，實現面向溫室園藝的便攜式遙控施肥功能，精度和效率顯著提高。

背景

溫室園藝施肥多采用露天沖施的方式，存在利用率低、浪費嚴重的問題，新型沼液營養液的引入，對于提高作物品質有很大幫助，但對施肥的設備也提出了更高的要求。精準控制液體肥料，并按照作物需求投放到根部，是解決這一矛盾的關鍵點。通過開發專門的智能施肥農用機具，并與滴灌、小管出流和機具等已有的傳統農業設施相結合，可提高施肥精準度和智能化水平，同時由于溫室環境的限制，如何快速實現施肥機的便攜化和可控性便成為了研究熱點。

原理

溫室園藝便攜式遙控施肥機采用充電蓄電池作為動力，在溫室中完成肥料溶液過濾、加壓和噴射，采用緊湊型結構，方便攜帶以及搬運。采用施肥泵精準控制，能解決作物施肥無法精確定量、均勻施肥的難題。該裝置控制系統基于物聯網控制，可遠程發送信號控制溫室園藝灌溉施肥作業，并根據溫室缺水信息，分區域自動調節水肥用量，實現按需給肥、按需給水，確保作物生長健康，節水增收。

結構設計

裝置采用鋼板折彎成三角形結構，具有很好的抗壓能力。左側的支撐板通過螺栓與主安裝板固定，蓄電池的內置可以實現蓄電池的方便更換以及可以有效延長蓄電池的壽命。通過電動水泵對沼液等營養液進行直接加壓，注射進水管支路中，實現營養液的水肥一體化作業。

管路設計

施肥機采用便攜式電動裝置，可實現營養液的電動注入以及移動使用，設計原理見圖1。其通過壓力傳感器能檢測到系統的壓力值，恒壓裝置實現注肥壓力的恒定，避免壓力的相對波動。肥料母液從進水口快接處被定量抽入施肥機中，經過雙層過濾后被水泵加壓，流向出水口快接，進入灌溉管路。通過設置有恒壓模塊的水泵出水口，可以對水壓進行檢測，當水壓波動太大時，自動控制水泵進行相應的開關運轉，實現水泵加壓后營養液的恒壓注射。主管路的水流壓力發生變化時，施肥濃度會有波動，通過固定在壓力傳感器和出水口快接之間的調壓閥自動回流部分營養液，實現濃度的相對穩定。裝置實物圖見圖2。

軟件設計

基于嵌入式系統開發施肥控制軟件，通過遠程無線信號將施肥指令發送給便攜施肥機的控制器，控制器根據無線信號調節施肥效率以及施肥開關，可實現無人值守的施肥量變量調節，也可通過無線信號使蓄電池進入休眠狀態，并自動加鎖，使電源無法使用，提高電池的壽命。軟件界面如圖3所示。

控制器將接收到的手機APP等終端無線控制信號，進行糾錯及檢驗后，并根據信號通過脈沖控制施肥泵的流量線性變化，實現施肥的變量控制。當營養液流量的變化信息反饋給控制器后，根據施肥濃度的比例系數，調節主管道的水流量，實現營養液濃度的恒定不變，同時控制器也可直接關閉水泵，發送信號給主管道電磁閥，實現主管路的關閉。軟件專門設計節能策略，軟件發送指令給控制器來驅動蓄電池主電路接觸器全部斷開，實現所有電路的切斷，然后每隔1星期發出信號，根據控制器的喚醒策略，使得接觸器閉合，啟動水泵轉動20 s，實現蓄電池的定期負載放電，使蓄電池有條件的休眠，提高壽命3倍以上。

應用

便攜式遙控施肥機在北京密云、平谷等地的溫室和園藝基地進行推廣應用，見圖4。其施肥效率可達到傳統施肥方式的3～6倍，大幅度節省施肥時間，并有利于沼液的循環利用。經過多重過濾去除沼渣的沼液可直接利用，為沼液對設施蔬菜和果樹的精準栽培，探明了一個好的方法。