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(duì)水肥一體化智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(yùn)行原理與設(shè)計(jì)原則

1.1 運(yùn)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(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程。一般來說，系統(tǒng)運(yùn)行過程會(huì)根據(jù)灌溉原理的不同，將運(yùn)行模式分為水肥配比灌溉運(yùn)行模式、純水灌溉運(yùn)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(duì)內(nèi)部系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行合理設(shè)置。而純水灌溉運(yùn)行模式主要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，合理選用運(yùn)行模式。一般來說，以人工干預(yù)、手動(dòng)工作模式以及自動(dòng)運(yùn)行模式為主的運(yùn)行模式基本上成為純水灌溉運(yùn)行模式的主要類型。舉例而言，在手動(dòng)模式的管理下，操作人員可以設(shè)置模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道電磁閥水泵的管控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉作業(yè)運(yùn)行過程中的控制作用。

1.2 設(shè)計(jì)原則

為滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格遵照以下設(shè)計(jì)原則：（1）穩(wěn)定性原則。系統(tǒng)運(yùn)行過程需要根據(jù)安全運(yùn)行要求實(shí)現(xiàn)灌溉作業(yè)高效性實(shí)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(jià)值。且在實(shí)際操作過程中，必須滿足節(jié)水節(jié)能特點(diǎn)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(jì)性與靈活性原則。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須遵照經(jīng)濟(jì)性與靈活性設(shè)計(jì)原則。力求在節(jié)約設(shè)計(jì)成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化控制為主，管道硬件系統(tǒng)主要以實(shí)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(diǎn)，將管道裝置設(shè)計(jì)工作分為進(jìn)水管道、水肥配比管道與出水管道三類設(shè)計(jì)方案。其中，為確保水流控制效果與檢測(cè)速率，我們往往需要在水流進(jìn)入混合溶液罐時(shí)，集中處理水流流速問題。如在進(jìn)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(yùn)作效率，類似電磁閥、自吸水泵等裝置一般會(huì)被設(shè)置在管道當(dāng)中，并以多級(jí)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(jí)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(shí)際灌溉效果，通常都會(huì)選用可靠程度較高且抗干擾能力強(qiáng)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(shí)，為確保灌溉系統(tǒng)的推廣效果與適應(yīng)效果，通常會(huì)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(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、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(jìn)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(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)作效率，多會(huì)采取安裝液位傳感器方式，以便更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)液位高度的測(cè)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(cè)量器選型方面，最好將控制器輸入設(shè)置為實(shí)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(dòng)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(jì)選型之后，操作人員可以根據(jù)管路系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)要求進(jìn)一步確定控制系統(tǒng)硬件選型要點(diǎn)。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(huì)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(yùn)行界面模式

良好的運(yùn)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(huì)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(duì)應(yīng)的圖片。此時(shí)，觸摸屏將會(huì)代替輸入按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器設(shè)備的操作與控制。與此同時(shí)，運(yùn)行界面設(shè)計(jì)模式最好滿足簡單化標(biāo)準(zhǔn)，目的在于便于后續(xù)維護(hù)與應(yīng)用。針對(duì)于此，我們通常將運(yùn)行界面分為四大模塊。

（1）手動(dòng)控制模塊在實(shí)際運(yùn)行過程中，側(cè)重于遵照操作方式要求，用戶需要點(diǎn)擊界面按鈕設(shè)置，針對(duì)灌溉參數(shù)問題進(jìn)行合理設(shè)定，并按照一定次序要求實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的操作運(yùn)行；（2）自動(dòng)控制模塊在實(shí)際運(yùn)行過程中，側(cè)重于遵照灌溉模式要求，要求用戶根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)置灌溉參數(shù)，實(shí)現(xiàn)灌溉作業(yè)的自動(dòng)化效果；（3）報(bào)警模塊在實(shí)際運(yùn)行過程，側(cè)重于遵照系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障問題時(shí)，模塊系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間響應(yīng)系統(tǒng)，將警報(bào)信息送至到界面，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性維護(hù)；（4）監(jiān)視模塊在實(shí)際運(yùn)行過程中，側(cè)重于監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)界面運(yùn)行情況，將各項(xiàng)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(jì)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(jì)與實(shí)現(xiàn)方法的論述。借助智能灌溉原理圖初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(yùn)行過程會(huì)根據(jù)灌溉原理的不同，將運(yùn)行模式分為水肥配比灌溉運(yùn)行模式、純水灌溉運(yùn)行模式。深化理解、緊抓主干，初步完成對(duì)水肥一體化灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與運(yùn)行原理的判定過程。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)作要求以及操作原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)的不同，明確控制器設(shè)備的分配原理及要求，完成對(duì)控制系統(tǒng)供電回路的設(shè)計(jì)過程。并結(jié)合當(dāng)前灌溉作業(yè)要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)灌溉系統(tǒng)操作界面，確保系統(tǒng)運(yùn)行過程的安全效果與高效特點(diǎn)。并添加報(bào)警模塊與監(jiān)視模塊加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程的監(jiān)管作用，防止系統(tǒng)運(yùn)行故障問題。根據(jù)仿真測(cè)試結(jié)果顯示，系統(tǒng)運(yùn)作狀態(tài)良好，基本上滿足各項(xiàng)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(shí)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(cuò)，但是裝置運(yùn)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(shí)際發(fā)展情況，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理的配肥裝置要求。與此同時(shí)，在今后研究當(dāng)中，最好將無線遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)融入系統(tǒng)當(dāng)中，便于收集土壤信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長過程的實(shí)時(shí)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