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。

穿戴式应用

在可穿戴设备中，根据NB-IoT的特性，适用于长期的慢病监测、老人小孩和宠物的跟踪管理等不依赖智能手机的设备。对于具有即时通信类的手环产品还说，目前来看暂时还没有NB-IoT技术的施展空间。下面我们主要介绍适合几种NB-IoT的应用场景。

三星公司近期推出的Samsung Connect Tag防丢配件，是一款基于NB-IoT网络的消费级移动产品，可以通过NB-IoT上传GPS数据来实时确定老人孩子的行踪，也可以用于宠物的项圈上，在大型停车场找不到自己的车时可根据手机提示位置寻找。

此类应用还有很多，例如基于NB-IoT技术的智能自行车。该自行将具备位置定位的防盗功能，以及其他的信息上报和跟踪功能。

智能拉杆箱，该拉杆箱将具备智能追踪，超距告警，电子锁控制，电池监控等基于NB-IOT技术的应用。

NB-IoT智能垃圾桶

智能垃圾桶便于垃圾的分类区处理，能提高环卫部门的清运效率。智能垃圾桶桶盖采用太阳能蓄电，能实现垃圾箱盖的感应开合，内置GPS定位，配合传感器能监测到垃圾通满到什么程度以及垃圾桶内温度等信息，并通过NB-IoT发送到云端，系统可根据回传的数据计算出垃圾回收车路线，及时清理已装满的垃圾桶。

NB-IoT农业示范应用

NB-IoT技术和传感器结合，可通过采集PH值、降水量、空气温湿度、土壤水分、土壤湿度、土壤盐分、植物营养指标以及植物生理生态指标等数据实现对农作物的实时监控，采集数据可通过NB-IoT网络上传云平台和手机APP，具有环境超限报警功能。只要网络覆盖到位，可辅助农业生产上升一个大台阶。对于城郊和一些覆盖到位的区域， NB-IoT可大大提升水产养殖、大棚、花卉等高附加值的农业生产流通领域。

NB-IoT智能电网监测

基于NB-IoT智能温度传感器的电缆温度实时在线监测系统，传输所监测的地下电缆温度数据，并可根据客户要求设置定值越限告警，辅以GIS地理信息系统及时准确定位故障点。可以升级拓展为城市地下电缆隧道综合监测系统，实现包括使用NB-IoT对电缆接地电流泄露和局部放电监测，电缆隧道内的温湿度、有害气体浓度和水位监测、电缆隧道安防包括井盖、门禁的实时监测。

NB-IoT智能锁

天网互联科技nb-iot智能锁

NB-IoT智能锁还被应用于基于NB-IoT的公租房：租户办理入住时可一站式录入个人身份信息特征，随后云平台通过NB-IoT网络和加密算法下发到与租房合约匹配的nb智能锁上，租户即可凭身份z开锁，开锁记录同步到云平台用于加强管理。这将有效解决公租房管理中诸如转租、钥匙管理、看房低效、拖欠房租等问题，还可根据租户和管理方的需求陆续提供更多个性化功能与服务。

NB-IoT智能停车

其中，路侧停车系统包括地磁模块（内置NB-IoT通信模组）、信息诱导提示屏、停车管理员使用的PDA/手机APP、车位收费管理系统等子模块。利用地磁车位检测器对车位占用状态进行采集，停车管理平台根据停车时长和计费规则自动生成计费数据，并推送到收费员的PDA上。系统的设备运行状态、车位占用状态、收费记录明细等信息均上传至停车管理平台，数据实时下发至室外信息诱导屏，告知车主各区域的剩余车位数量，进行区域车位引导。

反向寻车方案不需要每个车位安装车位检测器，只需在每个车场区域的过道安装一对摄像头。司机进入停车场后，通过诱导屏信息自行寻找停车位。当车辆进入每个分区的必经路口时，设置在该路口的摄像头会拍摄进入该分区的车辆号牌信息，然后将这些数据信息发送至停车管理系统，用于车辆的基本分区定位功能。在离开此分区的必经路口处也通过高清摄像头感应器识别车辆离开的行为，这同样是为了刷新该分区实时停车信息功能。

以上只是枚举了NB-IoT的一部分应用，其他还有NB-IoT智能路灯、NB-IoT智能机房、NB-IoT智能充电桩等应用，限于篇幅，我们就不一一具体介绍了。相信在政府和运营商的大力推动下，随着模组价格的下降，NB-IoT必然会衍生出更多的应用场景，为建设智慧城市，改变人们生活做出贡献，势必成为物联网创新技术的一大风口。

物联网是互联网基础上的延伸和扩展的网络。
将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。
物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效推动了智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大提高了人们的生活质量。

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