王成業(yè)

（民樂縣大堵麻河管理處西干渠水管所，甘肅 民樂 734500）

在當前的農業(yè)灌溉領域，滴灌技術得到了十分廣泛的應用，在促進作物正常生長和減少水資源浪費方面起到了重要作用。而在滴灌的基礎上輔以施肥，實現(xiàn)灌溉和施肥一體化，可減少肥料的使用以及其對環(huán)境、土壤、水源等造成的污染，是一項值得大范圍推廣應用的新技術。

1 滴灌水肥一體化技術概述

滴灌水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業(yè)新技術，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)分含量以及作物的需肥規(guī)律和特點，配兌成的肥液與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌，均勻、定時、定量浸潤作物根系生長發(fā)育區(qū)域。

滴灌水肥一體化技術采用計算機對傳感器傳回信息進行實時讀取，根據(jù)讀取的信息對土壤實際情況進行實時監(jiān)測，包括土壤的養(yǎng)分情況、干濕程度與環(huán)境氣溫，再結合作物的實際需求，制定合理可行的方案，以此實現(xiàn)對供水供肥時間及數(shù)量的有效控制，達到節(jié)省水資源、減輕對環(huán)境造成的破壞與影響等目標［1］。

滴灌水肥一體化技術主要具有以下優(yōu)勢特點。一是節(jié)省水資源。借助管道與滴灌裝置將灌溉水和肥料按照一定時間與用量直接輸送至作物根系所在土壤中。采用管道進行輸送能避免徑流發(fā)生，同時減少滲漏與蒸發(fā)，進而起到節(jié)水和節(jié)肥的重要作用。二是提高肥料的實際利用率。采用滴灌施肥的方法能將灌溉水與肥料直接輸送至作物根系，最大限度地減少灌溉水和肥料的使用量，進而降低施肥成本。三是減少勞動力。利用壓力系統(tǒng)完成灌水施肥，基本上所有操作均按照事先設定好的系統(tǒng)程序進行，能大量減少勞動力。四是降低作物病蟲害發(fā)生率。采用溫度與濕度傳感器進行實時監(jiān)測，并根據(jù)實時監(jiān)測結果對作物所處環(huán)境的溫濕度進行適當調節(jié)，確保作物能正常生長，實現(xiàn)降低病蟲害發(fā)生率的目標。五是環(huán)保性良好。借助智能化設備進行滴灌，能使土壤始終保持松散的狀態(tài)，防止土壤板結，并減輕對地下水資源造成的污染。六是保證灌溉精準性。通過對計算機和物聯(lián)網等技術的應用，并結合傳感器對土壤的溫濕度和肥料各項指標進行實時監(jiān)控，再以作物生長對灌溉水與肥料提出的需求為依據(jù)，結合土壤實際環(huán)境情況與養(yǎng)分含量，制定針對性的供水和施肥方案，采用計算機進行決策，對滴灌設備進行控制，實現(xiàn)自動滴灌，進而完成精準灌溉和施肥［2］。

2 滴灌水肥一體化技術應用

2.1 系統(tǒng)設施

2.1.1 蓄水與輸配電設施。灌溉水源主要為地下水或河流湖泊，灌溉前應先對水源進行沉淀和過濾，以免導致灌水設備堵塞。

2.1.2 施肥和施藥裝置。該裝置主要用于為管道注入肥料及藥液，使用中應注意以下幾點：①用過濾器對肥料和藥液進行過濾，再采用管道輸送，以免管道或滴灌設備堵塞；②為避免設備遭到肥料和藥液的腐蝕，灌溉與施肥完成后應對其進行自動沖洗，在程序設計中應引起重視；③在管道的注入口和水源之間設置逆止閥，用于防止肥料或藥液流入水源，對水源水質造成污染。

2.1.3 水泵控制裝置。水泵和施肥泵均采用電磁閥進行控制，采用電磁閥，可對系統(tǒng)指令進行無線接收，并根據(jù)所接收到的指令對水泵開閉進行控制。

2.1.4 過濾防護裝置。為避免滴灌裝置堵塞，需在管道的出口部位安裝過濾網，并設置出氣閥，以提高實際供水效率。

2.1.5 滴灌控制裝置。計算機以土壤溫濕度等的傳感器所采集到的信息為依據(jù)，與預存數(shù)據(jù)進行對比，進而給出決策，采用無線方式對指令進行發(fā)送，以此實現(xiàn)電磁閥控制。

2.2 傳感器

為了對系統(tǒng)的實際運行情況進行監(jiān)測，需設置下列幾種類型的傳感器：溫度傳感器、濕度傳感器、流量傳感器、FDS水分傳感器、Ectestr電導率計和pH傳感器。采用傳感器獲得監(jiān)測信息后，通過無線傳輸?shù)竭_系統(tǒng)的控制中心，為計算機對相關數(shù)據(jù)信息的獲取及預存等提供方便，進而完成分析對照，最后利用專家系統(tǒng)給出決策［3］。

2.3 控制中心

2.3.1 硬件部分。系統(tǒng)控制中心的硬件部分以STM32 型芯片為主，該芯片將閃存微控制器作為基礎，不僅具有很高的性能，而且實時性強，可對數(shù)字信號進行處理，同時功耗較低，開發(fā)相對容易。在核心控制器中，主要包括以下幾個模塊：①儲存模塊，主要采用SD卡，借助SDIO 接口相連，能對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行收集和儲存；②交互接口，以工業(yè)串口屏為主，控制器和觸摸屏之間的交互主要采用RS232 進行，能在數(shù)據(jù)顯示的基礎上實現(xiàn)參數(shù)設置與狀態(tài)顯示；③AI輸入，該功能主要依靠SPI和ADC兩部分實現(xiàn)，采用傳感器獲取的所有模擬數(shù)據(jù)均需要在ADC 中進行轉換，以此得到數(shù)據(jù)信號，再利用AI 接口模塊將其輸入，以此對肥料的各項技術參數(shù)進行檢驗，并能實現(xiàn)對管道壓力等狀態(tài)量的實時檢測；④DO 接口，該接口可以提供諸多控制信號，并與功率繼電器連接。對于功率繼電器，應通過功率驅動器和GPIO之間的配合進行控制，以電磁閥和灌溉泵為主要控制對象。

在對不同功能模塊及其接口電路進行設計的過程中，應仔細查閱芯片參數(shù)書冊，以保證設計的合理性與可行性［4］。

2.3.2 軟件部分。在系統(tǒng)軟件設計過程中，應注意滿足以下要求：①用戶可登錄到系統(tǒng)平臺中，對各類設備監(jiān)測到的各項數(shù)據(jù)進行查看，包括當前數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)；②對設備的控制按鈕進行專門設計，確保生產管理實現(xiàn)自動化與智能化；③用戶可對控制參數(shù)進行輸入設置，并選擇不同的模式，可設置的參數(shù)主要包括肥料的配方和施肥方案、EC設定值、EC的上限值和下限值、肥料比例；④為專家系統(tǒng)提供專門的軟件模塊。

2.3.3 管理軟件部分。由于芯片功能強大且豐富，而且有開發(fā)軟件提供支持，所以能十分方便地以專家要求為依據(jù)編制管理軟件。管理軟件要具備以下功能。一是軟件首頁應包含編號區(qū)、視頻區(qū)、設備控制區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)。點擊編號區(qū)以后，頁面上的視頻區(qū)將顯示出與之對應的畫面，并在數(shù)據(jù)區(qū)對相關數(shù)據(jù)與設備實際狀態(tài)進行同步顯示。二是軟件的設備控制區(qū)主要包含以下2種控制模式。其一，計算機對不同傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息進行讀取，并與計算機所設參數(shù)進行對比，再按照專家系統(tǒng)給出的建議選擇適宜的灌溉與施肥模式。在這一模式中，計算機可對土壤各項參數(shù)指標進行巡回監(jiān)測，包括FDS值、EC值與pH值，并能隨時與專家系統(tǒng)對應的數(shù)據(jù)進行對比，根據(jù)對比結果確定適宜的灌溉、施肥方法與時間。其二，可分為限時灌溉、定時灌溉和限時自動灌溉3種模式。除以上2種模式外，還包括手動控制，即點擊手動控制按鈕后對主水泵與繼電器等開關進行控制，進而在數(shù)據(jù)區(qū)對主水泵和控制箱等的具體數(shù)據(jù)和所處狀態(tài)進行同步顯示［5］。三是專家系統(tǒng)是指以相關領域專家提出的要求和建議為依據(jù)形成的包含各項技術指標的數(shù)據(jù)庫。進入該數(shù)據(jù)庫以后，能對包含土壤溫濕度、EC 值與pH值等在內的各項建議值進行查看。

3 結語

采用智能化的滴灌水肥一體化技術能提供多種灌溉和施肥模式，包括定時灌溉施肥、限時灌溉施肥和限時自動灌溉施肥。系統(tǒng)可對計算機發(fā)出的各項指令進行接收，對電磁閥門的開閉進行遠程控制，并能與不同傳感器相配合，確定最佳的灌溉施肥方式，進而使整個灌溉施肥過程實現(xiàn)智能化。該系統(tǒng)以STM32芯片為核心，能對滴灌各項操作進行智能化控制，值得在農業(yè)領域大范圍推廣應用。