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智能水肥一体化系统在果蔬设施栽培中的应用

摘要：近年来，随着中国果蔬种植行业的不断发展，为了进一步提升设施机械化的生产水平，在果蔬设施栽培过程中应用智能水肥一体化系统，不仅可以减少劳动力支出，还能降低肥料耗用量，减少浪费，能够结合果蔬的生长态势以及需求合理调整水分与养分供应量，从而提高果蔬的产量与质量。该文就智能水肥一体化系统在果蔬设施栽培中的应用展开分析。

关键词：智能水肥一体化系统；果蔬设施；栽培技术

由于中国果蔬设施栽培存在着经营模式分散，栽培的蔬果类型过多、缺乏规模等缺陷，而传统农业的水肥一体化设备在应用中存在投入成本大、适合大面积栽培，这在一定程度上限制了其在果蔬栽培中的推广。针对上述问题，本文尝试结合中国果蔬栽培的现状，设计出一个操作简便、管理方便、价格更便宜的水肥一体化设备，该设备能够按照不同果蔬类型不同时期对水肥的需求现状控制水肥供给，确保水肥供给的科学性和准确性，从而达到集中施肥与平衡施肥，实现果蔬灌溉和施肥的精准化管理。

1、果蔬设施智能水肥一体化系统组成

根据中国果蔬设施栽培的现状以及水肥需求特征，本次设计的智能水肥一体化系统由三个分系统构成：第一个系统是设施灌溉施肥系统。该系统包含了水源、压力表、动力泵、肥料罐、施肥器等重要部分；第二个系统是信息采集系统，该系统中安装有湿度与温度传感器、养分传与土壤水分传感器以及影像采集与传输终端。第三个系统是控制系统。其主要功能是借助显示屏将每次相关信息显示出来，包含了信息显示、施肥量计算模块、灌水定额计算模块、阀门控制系统、灌溉决策系统、施肥决策系统等，该系统的主要功能是实时采集果蔬生长环境的湿度、温度、养分信息以及土壤含量等数据。在上述三个系统的相互配合下，结合对果蔬生长环境的相关信息与指标进行采集，在此基础上结合果蔬的生长特性与不同时期对水肥的需求指标，对设备进行控制，从而实现精准施肥与灌水，提供准确、智能的灌溉服务与精准施肥服务，实现按需提供水肥的目的[1]。该系统是在灌水灌溉原理与植物营养原理的基础上，应用云计算、机电一体化技术、物联网技术等相关理论和技术手段构建起的一类管理系统，能够对果蔬的生长环境、设备运行状态和相关参数进行检测，同时结合果蔬的生长特征以及在生长期间对水肥的需求，准确调控水分，从而具备信息采集、传输、控制和管理设施、自动化灌水施肥等一体化功能。

2、果蔬设施智能水肥一体化工艺技术

2.1果蔬设施智能水肥一体化设计思路

果蔬设施智能水肥一体化系统收集分布在大棚中的温度和湿度传感器、养分传感器以及土壤水分传感器等获得的信息，将通过上述环节采集到果蔬生长环境相关的各种信息传输到PLC（可编程序逻辑控制器）上，整个检测工作完毕，然后再利用PCL技术将上述获得的信息上传至服务器上，在相关系统对这些信息处理后，根据果蔬的生长现状采集到相关信息，分析果蔬生长现有的肥力情况与水分情况，确定科学的判别标准，以此作为判断是否需要进行施肥与灌溉的指标，同时确定施肥的类型以及具体量等，并将作出的决策反馈至PLC上，应用PLC上的安装的笼子系统自动开启灌溉与施肥的系统电磁阀，这样便成功完成了施肥与灌溉的操作。当施肥量与灌量达到设置的标准值时，该系统便停止继续施肥和灌溉操作[2]。

2.2果蔬设施智能水肥一体化智能系统工作模式

智能水肥一体化系统设计了一个专门用于采集信息的系统，在无线传感器与协议相结合的方式把采集到的信息传输到PLC上，该系统可以在同一时间连接至其他传感器上并获取其数据，省去了各个传感器之间的连接环节，极大地降低了设备的安装难度，而且还有利于提升设备在运行过程中的稳定性与安全性。这主要是因为，当完成果蔬的栽培后，代表着灌溉施肥系统和通风降温这两个部分是确定了的，并且是通过直接连接的方式与PLC连接，提高了对各类设备控制的便捷性。PCL通过互联网能够迅速将自己采集到的数据传输到云端服务器中，然后再由其向系统发出GET或者POST的请求，一旦云端服务器接收到上述请求后便会立即发出响应信号，WEB服务器则又将自身采集到数据传输至MySQL数据库中，保存数据信息，将系统跟云端成果连接起来，将采集到的相关信息返回至PLC上，通过这一途径控制灌水施肥系统的运行。该系统通过应用485通讯线将PLC与触摸屏连接起来，用户只需在终端便可以直接观看大棚内果蔬栽培的相关数据。该系统配备了两种操作模式，分别是自动操作与手动操作，方便果蔬种植户根据自己的实际情况进行选择。在自动工作模式下，所有的指令是由智能控制系统进行判断后再执行；如果采取的是手动操作模式，那么需要果蔬种植户通过自己的账号登陆到控制系统中，在系统内确定手动控制的模式，确定选择后，根据触摸屏中提示的相关控制按键，迅速掌握果蔬生长水肥情况，然后在控制施肥与滴灌，待水肥量合适后再关闭[3]。

3、果蔬设施智能水肥