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。

系统采用传感器测量影响植物生长的光照强度、温湿度、土壤墒情、二氧化碳浓等环境参数，通过物联网将所测量参数传送到管理中心，实现对农作物生长环境实时监测；管理中心对测量数据进行综合分析，按照规则给出控制决策，通过物联网将控制指令下发，由现场控制器实现对各类设施的智能控制，保障农作物的生长环境，降低成本，促进增产增收。管理中心软件可根据农作物种类设置生长环境参数范围和控制决策规则，并对所有测量数据进行存储，可依据条件对历史数据进行管理和查询。系统的构成：智能农田种植环境监测物联网系统，主要由下位机采集系统、上位机软件应用平台及辅助扩展部分组成。下位机信息采集系统中包含土壤墒情监测系统、水肥一体化系统、田间气候观测站、视频图像采集终端等，上位机软件部分又包含电脑显示控制、手机显示控制、LCD显示屏等，辅助扩展部分根据客户需要，可加入农田病虫害防治、农业专家在线指导、农产品质量追溯、线上交易云平台等一系列农业物联网所包含的系统设备。农业大田的各参数传感器，对农田整体环境进行多点实时动态采集，显示装置实时显示农田的温湿度、光照度等数值，能够更加一目了然地展示整个大田的数据全貌。

传感器是系统整个检测环节的重要组成部分，用于将农田环境因子等非电学物理量转变为控制系统可识别的电信号，为系统管理控制提供判断和处理的依据。传感器的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、漂移、精度等。常用传感器主要有温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2(二氧化碳)传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器以及营养液的盐分(EC)和酸度(PH)传感器等。

我国是一个农业大国，农业对社会经济的持续发展有着重要影响，病虫害是导致农作物减产降质的一个主要原因。农作物病虫害 种类多 ， 发生差异大 、 监测预报难度大 ，是生产管理的难点，一旦大面积爆发，轻则造成农作物减产，重则颗粒无收，使农户长期劳作毁于一旦，不利于社会和谐与稳定。

传统诊断农作物病虫害的方法是通过人的肉眼去观察，然后根据个人经验进行判断，而人为识别病害存在的问题有：

实际上，农作物的病虫害识别并不能按图索骥，需要根据作物生长的环境条件、生长阶段等进行望闻问切。 智慧农业方案提出了通过大数据的分析、以及深度学习，让机器提取发生病虫害的作物的生长阶段、发病特征、发病前的环境条件变化情况、并形成特定的作物病虫害模型 ，最终达到以下效果：

农博创新NBI 自2016年涉足智慧农业市场以来，一直致力于 将农业物联网设备打造成产品化、模块化的消费级产品，让农业物联网监测设备人人买得起，无需专业人员十分钟即可安装完成并使用 。经过两年多的市场铺设和数据储备，农博创新NBI在农业大数据方面有了一定的积累。

邀请国内多位植保专家对现有的作物病害进行专业的分类与病害判定，形成病害智能识别引擎的作物病害库，并与哈工大深圳研究院一起，对作物病害库进行病害模型训练，实现了 用户拍照上传， 1秒识别作物患病情况的效果 ，而这也是农博创新即将推出的产品---- 口袋农库APP 的核心功能。

据农博创新NBI的介绍，现在口袋农库的智能识别引擎已经 具备番茄、辣椒、葡萄等十余种农作物，共计130多种病害的识别能力，识别正确率可以达到80%以上 。农博创新表示，人工智能识别引擎是一个不断学习过程，随着农博创新守望者系列物联网设备的铺设，农作物的病虫害发生时的环境数据得到更多的积累，病害识别结果将会更加准确，识别能力也会越来越强大，人工智能在病虫害的应用也将不仅仅停留在特征的提取与识别，未来将会利用现有的环境数据与病虫害发病特征一起，构建更加智能更加完善的病虫害监测与预警系统，并能够精准推送病虫害防治措施。

目前，口袋农库小程序版已在微信进行上线公测，口袋农库的小程序版本具备识别作物病害的功能， 用户可以随时通过微信进入小程序，随手拍作物发病的照片 ，让用户做到识别的流程的便捷性和及时性，符合小程序“用完即走”的特性。

十一月中旬将发布口袋农库APP版本，APP在小程序的基础上增加病虫害交流广场等功能，帮助种植户认识病虫害，防治病虫害。

人工智能是一个未来的趋势，人工智能在农业病虫害的应用将会是一个大的突破，相信口袋农库的面世，将会给病虫害的防治工作提供一个更快速的解决方案。

托普农业物联网监测系统为农田信息获取提供了一个崭新的思路。物联网是通过射频识别、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、将传感节点布设于农田等目标区域，网络节点大量实时、精确地采集温度、湿度、光照、气体浓度等环境信息，这些信息在数据汇聚节点汇集，网络对汇集的数据进行分析，帮助生产者有针对地投放农业生产资料等，从而更好地实现耕地资源的合理高效利用和农业现代化精准管理，推进农业生产的高效管理、提升农业生产效能。应用农业物联网监测系统重要组成的无线传感器网络进行农田土壤墒情信息获取可以满足快速、精确、连续测量的要求。无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术，凭借其低功耗、低成本、高可靠性等特点，已逐渐渗透到农业领域。

现在国内智慧农业公司非常多，发展比较好的有河南省的河南云飞科技发展有限公司、鹤壁佳多科工贸股份有限公司；北京的佳格天地农业大数据公司、北京派得伟业科技发展有限公司；广西的广西慧云信息技术有限公司；四川的成都世纪锐通科技有限公司；浙江省的浙江托普云农科技股份有限公司。这些公司有的是擅长大数据，有的是擅长硬件开发，有的是软硬结合系统集成。

3月27日，阳光明媚。上午十时许，在高楼镇高楼村泰香农业公司生产基地里，20多名工人正在整理大棚，为下季栽培做准备。“目前，羊肚菌的春季采摘已经结束。由于公司在大棚中引进了新技术，为羊肚菌的高产优质提供了技术保障。”泰香农业公司技术部负责人文星说。

文星所说的大棚运用的物联网技术，听起来还有些新鲜。它究竟是一个什么的东西，又是如何在农业生产上发挥作用的呢

简单地说，农业物联网就是在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器等设备，检测环境中的温度、湿度、光照等情况，通过各种仪器仪表实时显示并自动控制调节，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。

文星一边介绍，一边带领记者走进了安置着一些设备的大棚，实地了解物联网的运用情况。

“这个叫监测管和喷头，它负责监测大棚里土壤、空气的湿度、温度。”文星指着大棚里的一个圆型设施说，当土壤、空气中的湿度、温度超过农作物的生长需要时，它会将信息反馈到中心控制室，中心控制室经过自动分析后，会将指令发送给大棚中间上空的喷头，喷头会喷出水雾降温或增湿来调节湿度和温度。

记者在采访中了解到，这套设施由卷膜器、监测管、换排气阀、供水泵和中心控制柜构成。喷头负责喷水降温，换排气阀负责抽湿散热，卷膜器负责四周薄膜的升降来调控温度，而这一切，都是根据中心控制柜的智能化仪器仪表发出的指令自动完成。

这套设备总的称为体，是现代信息技术在现代农业上的应用。据了解，该系统工作时可以及时检测到农作物的生长环境，实时采集图像、土壤、气象、温度、光照度等信息，通过高清摄像头等传感器设备传输汇集到云数据平台，再从手机APP上就可以看到农业园的各项关键监测数据。中心控制柜将接收的数据进行自动分析后，随即将发出的指令反馈到设备终端，设备终端会自动启动排湿、降温、散热、喷水、升温等有关功能，把生长环境调控到最佳的程度。

据了解，该基地自建起物联网技术体系后，为羊肚菌提供了最好的生长条件，实现了高产和质优的目标。

“农业物联网改变了过去农民种地凭经验、靠天吃饭的状况，实现了对瓜果蔬菜等作物需要的水、肥和温度、湿度、光照等进行实时定量的智慧把控，可以达到调节农作物生长周期、改善品质、增加产量、提高经济效益的目的。”区蔬菜生产办公室负责人介绍说，物联网设施进入蔬菜行业并成功应用，目前在铜梁区还是第一家。它的引进和成功应用，开启了物联网现代农业技术服务蔬菜生产的先河，值得在有较好条件的农业公司和专业合作社推广。

该负责人还介绍说，当前，引进物联网技术体应该瞄准开发中高端和高产值的农产品，特别适宜在蔬菜、花木、果苗育苗基地应用。值得注意的是，由于投入较大，加之管理的技术要求高，必须配有专业的技术管理人员，才能物尽其用，发挥出好的效果。

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