辣椒5G智慧农业物联网大数据平台丨水肥一体化控制系统

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备；水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

1、全面感知

利用无线射频识别（RFID）、传感器、定位器和二维码等手段随时随地对物体进行信息采集和获取。 感知包括传感器的信息采集、协同处理、智能组网，甚至信息服务，以达到控制、指挥的目的。

2、可靠传递

是指通过各种电信网络和因特网融合，对接收到的感知信息进行实时远程传送，实现信息的交互和共享，并进行各种有效的处理。在这一过程中，通常需要用到现有的电信运行网络，包括无线和有线网络。

由于传感器网络是一个局部的无线网，因而无线移动通信网、3G网络是作为承载物联网的一个有力的支撑。

3、智能处理

是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对随时接受到的跨地域、跨行业、跨部门的海量数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。

扩展资料：

基本功能

在线监测：这是物联网最基本的功能，物联网业务一般以集中监测为主、控制为辅。

定位追溯：一般基于传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等GPS(或其他卫星定位，如北斗)和无线通信技术，或只依赖于无线通信技术的定位，如基于移动基站的定位、RTLS等。

报警联动：主要提供事件报警和提示，有时还会提供基于工作流或规则引擎(Rule“sEngine)的联动功能。

指挥调度：基于时间排程和事件响应规则的指挥、调度和派遣功能。

预案管理：基于预先设定的规章或法规对事物产生的事件进行处置。

安全隐私：由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性，物联网系统必须提供相应的安全保障机制。

远程维保：这是物联网技术能够提供或提升的服务，主要适用于企业产品售后联网服务。

在线升级：这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段，也是企业产品售后自动服务的手段之一。

参考资料来源：百度百科-物联网概念

IOT网关，接收sensor数据的总入口，主要是日志，安全防护，流控，协议转换等功能，

图1 IOT网关

之前有提到IOT网关是基于python的twisted框架实现的，初期的时候该IOT网关主要实现的功能是 数据接收和转换功能 和 安全防护 。

数据接收和转换功能 ，这里很简单，拟定好数据交互格式后，IOT网关按照约定好的格式进行解析，然后转发给后端服务进行进一步的处理

安全防护 ，设备的区分主要是依靠烧录到硬件的SN号来实现，SN号包含的信息比较多，如生产批次，设备型号等，受制于厂商我安全防护不能做的非常完善，同时sensor与IOT网关的交互不能非常复杂。安全防护这一块理论上是设备接入要一型一密或者一机一密，协议上还应该启用tls/ssl安全通信协议。

图2 鉴权

安全防护要做ssl这类的安全通信协议的话，要考虑设备厂商实现通信模块能力，设备功耗，设备性能（低端设备cpu性能可能比较差，可考虑对称加密形式），IOT网关也需要引入相应模块。

另外认证从性能方面考虑，后期在设备比较多的情况下，可以加入redis等内存型key-value数据库，缓存设备信息，提高鉴权模块性能。

实践中，我们的sensor基本都是依靠电池供电，因此我们的IOT网关基本是面向短链接（后期我们有监测设备，依靠外部电源直接供电，为长连接），因此在每次发起连接我们都要进行一次鉴权，鉴权通过后，设备方可上传传感器监测数据和设备自身状态。

图3 数据交互流程

这一块的调试工作长达半年左右，才基本稳定下来，主要集中在设备商处除了硬件稳定性，还有在调试中发现传输的字符串乱码（c语言处理问题），沾包（厂商开发人员tcp协议不熟），优化传输效率，关闭cork或者 Nagle 算法（传输包很小）。

因为IOT网关不能主动断连接，理论 *** 作中，IOT网关应该和sensor有心跳协议，保证连接的有效性。设备商在数据流程交互完成后，竟然没有close 连接，直接休眠，导致网关所在服务器的连接的文件描述符一直没有正常释放，后面为了预防这种现象，我开启了 *** 作系统层面的keepalve定时器，回收失效连接（系统默认时间是2小时左右，我缩短了失效时间），理论上来说应该是应用层面去实现心跳协议。

整个IOT网关的设计，是无状态，可伸缩的，单网关在普通型ecs上可轻松达到数百tps。

是的。

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土豆数据科技集团有限公司



土豆数据科技集团有限公司成立于2017年01月17日，注册地位于西安市高新区天谷八路211号环普科技产业园E座504，法定代表人为贾殿平。经营范围包括一般项目：技术服务、技术开发、技术咨询、技术交流、技术转让、技术推广；地理遥感信息服务；软件开发；大数据服务；信息技术咨询服务；物联网技术服务；卫星遥感数据处理；专业设计服务；人工智能应用软件开发；人工智能公共数据平台；人工智能基础资源与技术平台；地质勘查技术服务；人工智能行业应用系统集成服务；规划设计管理；环境保护监测；人工智能公共服务平台技术咨询服务；土地整治服务；土地调查评估服务；数据处理服务；互联网数据服务；卫星遥感应用系统集成；物联网技术研发；信息系统集成服务；信息系统运行维护服务；数据处理和存储支持服务；智能水务系统开发；智能控制系统集成；海洋环境服务；轨道交通运营管理系统开发；生态资源监测；标准化服务；水环境污染防治服务；生态保护区管理服务；水资源管理；照相机及器材销售；互联网销售（除销售需要许可的商品）；云计算设备销售；计算机软硬件及辅助设备零售；软件销售；照相机及器材制造；物联网设备制造；物联网设备销售；导航、测绘、气象及海洋专用仪器制造；智能无人飞行器制造；人工智能双创服务平台；人工智能基础软件开发；人工智能通用应用系统；移动终端设备制造；云计算设备制造。

我们特别为大家邀请到恩施州农科院马铃薯研究所所长、高级农艺师高剑华为大家讲解马铃薯晚疫病综合防控技术。

马铃薯晚疫病是由致病疫霉引起，导致马铃薯茎叶死亡和块茎腐烂的一种毁灭性卵菌病害，是制约我国南方特别是西南山区马铃薯产业发展的主要病害，一般年份造成减产20%，特殊年份可减产50%以上，严重可导致绝产。

一、马铃薯发生症状

马铃薯晚疫病可危害马铃薯各个部位，最显而易见的是叶片和块茎。植株感染晚疫病后，一般在叶尖或边缘出现淡褐色病斑，病斑外围有褪绿色晕圈，随着湿度增加逐渐向外扩展，叶面如开水烫过一样，为黑绿色，叶背有白霉，严重时全叶变为黑绿色，空气干燥后枯萎，空气湿润时叶片变腐烂。叶柄和茎秆上也会出现黑褐色病斑和白霉。块茎染病初生褐色或紫褐色大块病斑，稍凹陷，病部皮下薯肉亦呈褐色，慢慢向四周扩大或烂掉。

二、晚疫病发病条件

马铃薯晚疫病菌主要在病薯中越冬，带病种薯是主要的初侵染来源，病薯播种后，薯块上的病菌随幼芽和植株向上发展，一般在相对湿度持续在90%以上、温度在15℃以上的条件时，叶部易出现病症，形成中心病株，再扩大传播。病叶上的病菌落入土中，还能侵染正在生长的块茎。在收获时块茎表皮被擦伤，土壤和茎叶上的病菌也能趁机侵入块茎。如此循环往复，加重病害的发生流行。

三、晚疫病防治方法

1、选用抗耐病品种，适时早播

低山可选用中薯5号、华薯1号、华薯5号、鄂马铃薯4号、鄂马铃薯12等具有一定抗性的早熟品种，并配合适当早播，能一定程度上避开晚疫病的流行时间，从而减少损失；

中晚熟品种宜选用鄂马铃薯10号、鄂马铃薯13号、鄂马铃薯14、鄂马铃薯16、青薯9号、丽薯7号等高抗晚疫病的马铃薯新品种。

2、降低病原菌，减少中心病株发生

种薯贮藏前和播种前，充分晾晒和挑选，并用嘧菌酯、甲霜灵锰锌、霜脲锰锌等药剂喷拌种，杀死附在种薯上的病菌。

3、深种深培，降低薯块侵染率

种薯播种时适当深播不但有利于芽苗生长，还可对块茎起到保护作用，使晚疫病菌不易侵染到块茎上，中耕除草时合理培土也是同样的道理。

4、加强预测预报和药剂防治

马铃薯晚疫病可防可控，但要以防为主，统防统治。首先要加强田间调查，做好晚疫病预测预报，进行药剂防治要注意三点：何时用药、用什么药、怎样用药。

何时用药

在马铃薯生产上，用药时间可参照我们从比利时引进的晚疫病监测预警系统，通过近十年的研究和校正，该系统能有效的指导药剂防治的时间。

高感品种从第2代开始喷药预防，感病品种从第3代开始喷药预防，中感品种从第3-4代开始喷药预防，中抗品种从第4代开始喷药预防，抗病品种从第5代开始喷药预防，高抗品种从第6-7代开始喷药预防。

喷药时结合天气预报选择在降雨之前，但喷药后2小时内下雨或6小时暴雨必须在雨停后重新喷药，用药次数把预警和药效期相结合，尽量做到“防病不见病”，收获前7-10天对发病植株最后喷药1次，可以降低薯块贮藏期感病率。

用什么药

生长前期以保护性药剂为主（代森锰锌、丙森锌、百菌清、醚菌酯、双炔酰菌胺等）。

发现中心病株后在生长后期可选用内吸治疗性药剂（银法利、抑快净、克露、霉克多、增威赢绿、烯酰吗啉、丁子香酚等）。

为提高药效，可适当加入配套使用的农药助剂如丝润等，苗势弱的田块防治病害时可结合喷施叶面肥如磷酸二氢钾等，为了减少抗药性的产生，不同药剂应交替轮换使用。

区别：
1、无线的安装部署简单，有线安装部署实施代价高；
2、无线的覆盖范围相对广，部署成本相对低，有线则相反；
建议：
1、可以采取局部有线+整体无线的部署方式，性价比最优。
如，在终端设备端（如传感设备）用有线连接集中器（类似电力抄表的方案），然后集中器通过无线跟后台服务器连接。

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