水肥一體化智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)探究

馬冠華

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水肥一體化智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)探究

馬冠華

（荊楚理工學(xué)院 湖北荊門 448000）

水肥一體化技術(shù)是通過借助灌溉壓力系統(tǒng)，將特定溶液送入至農(nóng)作物根部土壤當(dāng)中，以期可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤活性、確保農(nóng)作物生長發(fā)育效果。文章對水肥一體化智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)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(tǒng)的運行原理與設(shè)計原則

1.1 運行原理

水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)往往需要借助系統(tǒng)控制決策功能實現(xiàn)運行過程。一般來說，系統(tǒng)運行過程會根據(jù)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(nèi)部系統(tǒng)的控制要求進行合理設(shè)置。而純水灌溉運行模式主要根據(jù)系統(tǒng)運行標(biāo)準(zhǔn)，合理選用運行模式。一般來說，以人工干預(yù)、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(shè)置模擬開關(guān)實現(xiàn)對管道電磁閥水泵的管控功能，實現(xiàn)對灌溉作業(yè)運行過程中的控制作用。

1.2 設(shè)計原則

為滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，在實際設(shè)計過程中，必須嚴(yán)格遵照以下設(shè)計原則：（1）穩(wěn)定性原則。系統(tǒng)運行過程需要根據(jù)安全運行要求實現(xiàn)灌溉作業(yè)高效性實行過程，確保灌溉過程的穩(wěn)定性與連續(xù)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(nèi)合理應(yīng)用，具備一定的推廣價值。且在實際操作過程中，必須滿足節(jié)水節(jié)能特點以及操作簡便性等要求，便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者應(yīng)用；（3）經(jīng)濟性與靈活性原則。系統(tǒng)設(shè)計過程中必須遵照經(jīng)濟性與靈活性設(shè)計原則。力求在節(jié)約設(shè)計成本的基礎(chǔ)上，進一步提高系統(tǒng)運作效率，盡量滿足不同農(nóng)作物的灌溉周期。

2 水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)分析

水肥一體化智能設(shè)備灌溉系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)的組成方面，通常以管道硬件系統(tǒng)與電氣硬件系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)為主。其中，電氣硬件系統(tǒng)主要以實現(xiàn)系統(tǒng)智能化控制為主，管道硬件系統(tǒng)主要以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)功能分析

水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)中的管道裝置結(jié)構(gòu)，一般可以利用灌溉裝置特點，將管道裝置設(shè)計工作分為進水管道、水肥配比管道與出水管道三類設(shè)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(tǒng)的運作效率，類似電磁閥、自吸水泵等裝置一般會被設(shè)置在管道當(dāng)中，并以多級并聯(lián)安裝方式為主。舉例而言，止回閥以串聯(lián)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(tài)。除此之外，多級并聯(lián)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(tǒng)智能控制硬件的相關(guān)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(tǒng)智能控制硬件設(shè)備。與此同時，為確保灌溉系統(tǒng)的推廣效果與適應(yīng)效果，通常會根據(jù)控制器的性能條件，選擇科學(xué)、合理的灌溉模式。在控制器硬件配置方面，需要重點優(yōu)化設(shè)計、安裝等方面的工作內(nèi)容，目的在于確保后續(xù)開關(guān)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(jù)控制器要求進行合理選擇。

4.2 傳感器

太陽能灌溉系統(tǒng)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(tǒng)運作效率，多會采取安裝液位傳感器方式，以便更好地實現(xiàn)對液位高度的測量要求，盡量將水位信息反饋給控制器當(dāng)中。另外，混合溶液的EC值與PH值必須滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不合理問題。需要注意的是，在溶液電導(dǎo)率與PH值的測量器選型方面，最好將控制器輸入設(shè)置為實際開關(guān)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(shè)備。

5 控制系統(tǒng)的硬件電路優(yōu)化方案分析

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

6 系統(tǒng)運行界面模式

良好的運行界面通常是確保系統(tǒng)操作、控制科學(xué)、合理的基本保障。其中，觸摸屏、控制器等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，會根據(jù)用戶指令要求執(zhí)行命令。舉例而言，用戶可以自主選定與系統(tǒng)功能相對應(yīng)的圖片。此時，觸摸屏將會代替輸入按鈕實現(xiàn)對機器設(shè)備的操作與控制。與此同時，運行界面設(shè)計模式最好滿足簡單化標(biāo)準(zhǔn)，目的在于便于后續(xù)維護與應(yīng)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(cè)重于遵照操作方式要求，用戶需要點擊界面按鈕設(shè)置，針對灌溉參數(shù)問題進行合理設(shè)定，并按照一定次序要求實現(xiàn)對各個環(huán)節(jié)的操作運行；（2）自動控制模塊在實際運行過程中，側(cè)重于遵照灌溉模式要求，要求用戶根據(jù)實際需求，設(shè)置灌溉參數(shù)，實現(xiàn)灌溉作業(yè)的自動化效果；（3）報警模塊在實際運行過程，側(cè)重于遵照系統(tǒng)運行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障問題時，模塊系統(tǒng)會第一時間響應(yīng)系統(tǒng)，將警報信息送至到界面，實現(xiàn)針對性維護；（4）監(jiān)視模塊在實際運行過程中，側(cè)重于監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)，根據(jù)界面運行情況，將各項反饋信息回執(zhí)給用戶。

7 歸納與總結(jié)

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

系統(tǒng)運行過程會根據(jù)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(tǒng)設(shè)計原則與運行原理的判定過程。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)運作要求以及操作原則，實現(xiàn)對灌溉控制系統(tǒng)硬件配置的選型工作，為后續(xù)灌溉作業(yè)的順利開展提供保障。

根據(jù)系統(tǒng)功能側(cè)重點的不同，明確控制器設(shè)備的分配原理及要求，完成對控制系統(tǒng)供電回路的設(shè)計過程。并結(jié)合當(dāng)前灌溉作業(yè)要求，優(yōu)化設(shè)計灌溉系統(tǒng)操作界面，確保系統(tǒng)運行過程的安全效果與高效特點。并添加報警模塊與監(jiān)視模塊加強對系統(tǒng)運行過程的監(jiān)管作用，防止系統(tǒng)運行故障問題。根據(jù)仿真測試結(jié)果顯示，系統(tǒng)運作狀態(tài)良好，基本上滿足各項指標(biāo)要求。

8 展望

水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用不僅有效滿足了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)灌溉需求，同時也滿足了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展需求。然而，介于技術(shù)條件以及操作能力的局限影響，灌溉系統(tǒng)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(dāng)前存在的不足。

如灌溉系統(tǒng)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(chǎn)生的水頭損失較高，能耗問題過于明顯。在今后的研究中，應(yīng)該立足于實際發(fā)展情況，運用實驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)科學(xué)、合理的配肥裝置要求。與此同時，在今后研究當(dāng)中，最好將無線遠程網(wǎng)絡(luò)融入系統(tǒng)當(dāng)中，便于收集土壤信息，實現(xiàn)對農(nóng)作物生長過程的實時監(jiān)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(xué)院本科在讀，研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)。

S224.2

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2095-1205(2019)04-49-02