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。

以物联网水质传感技术为核心，利用大数据、地理信息系统、物联网、云计算等信息技术，搭建包括实时水质监测、GIS展示、统计分析、超标报警等功能，实现对供水管网的出水、饮用水等在线监控、自动监督、远程监管。

                                                                    水厂自来水供应前水质实时监测

一、产品详情

二次供水水质物联网监测应用聚焦水环境治理的重点民生问题，通过部署在居民区二次供水系统内部的物联网水质传感器，采集水体信息，为城市二次供水的工作长效管理、跟踪评价提供坚实的数据基础。二次供水水质物联网监测系统的建设，弥补无法实时获取二次供水水质变化情况，通过获取高时间分辨率、高空间分辨率的水质监测大数据，实时分析水质变化情况，为各级管理部门提供二次供水水质的数据，确保市民用水安全，提高居民的生活保障力度。

示范图

                                                                                水厂实拍图

系统由应用层、平台层、传输层和感知层构成，其中监测设备通过NB-IoT、LoRa窄带物联技术或者GPRS进行通信，感知数据接入物联网监测平台。

                                                                                      监控室

1） 监测指标

根据《城市供水水质标准》（CJ-T 206-2005）、《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）、《二次供水设施卫生规范》（GB17051-1997），二次供水选取余氯、浊度等指标来评价水体质量。

（2） 数据传输

监测设备监测数据可通过NB-IoT、LoRa或GPRS等方式进行上传，数据上传频率默认为15min/次（可根据用户需求设定）。

（3） 监测设备

水质物联网监测设备主要包括一体式机柜和传感器两部分

（4） 部署方案

二次供水水质物联网监测是在水箱旁部署专用检测箱，在入户水管处增加三通管，其中一路通往用户，另一路将池水引入检测箱内的检测池中，确保检测的水与入户饮用水同质量。通过部署在检测池内的专用水质传感器监测相关水质数据。水样经由房屋雨水排口排出。测量前会给予一定时间的水流通来清洗检测池。其设备安装示意图如下图所示：

二、应用场景

本方案适用于智慧城市、二次供水、居民饮用水的水质监测。

                                                                                                      水厂实拍图

三、产品亮点

（1） 实时监测

将传统水质监测与新兴物联网技术相结合，实现水箱水质实时监测：高空间分辨率：易于大量部署，形成完善的监测网络； 高时间分辨率：水质数据24小时实时监测；

实时监测数据

（2） GIS展示

通过水质数据与GIS系统结合，直观的展现水质变化情况，并提供移动端水质综合信息服务，具体内容包括：通过不同颜色展示各个监测点的水质情况；具有信息面板，展示各个监测点的指标信息；GIS系统的其他基本 *** 作，如：放大/缩小，拖动等。

（3） 超标报警

通过居民区二次供水水质信息的实时分析，推送水质劣化事件。当水质监测值到达预警限值时，发送超标报警。管理人员可及时了解水质超标情况，迅速采取治理措施。

四、客户案例

                                                                                                        安装现场图

                                                                                      野外取水监测点

安装现场

在线水位监测预警系统，实时监测河道的水位数据，根据预先设定报警规则，对河道液位超阈值等异常情况进行实时告警监测。河道液位监测系统主要通过在河道监测点布设河道液位监测站等监测设备，实时掌握河河道液面高度状况，通过4G或NB-IOT通信传输到监测数据平台，实时掌握河道水情变化，是科学预警洪涝灾害、提升防汛指挥能力、降低雨洪灾害损失的重要手段。
恒星物联提供一站式“厂-站-网-河-岸”全过程监测解决方案。主要研究物联感知技术在智慧排水的应用，采用系统化的整体解决方案对排水管网、河道水系、城市内涝等进行全流程的动态监测及定量评估，为“控源截污、雨污分流、正本清源、黑臭水体整治”等提供系统化的数据支撑，加快管网问题的定位，推进黑臭水的整治，降低城市内涝等危害。

系统概述

排水管网水质监测系统主要在雨污水管道以及排水河道的关键节点布设水质监测设备，实时掌握城市排水管网水质情况，水质监测数据传输到管网水质监测系统平台及各个应用系统中实现对管网水质监测、预警，通过系统建设，实现了实时水质监测，能精准快速定位水质问题；系统适用于黑臭水体、排水管网、河道水等水环境应用场景。

系统架构

1、感知层

感知层的设备通过传感网络获取感知信息。感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。

2、网络层

网络层是数据通信的核心，是数据传输的主要通道，网络层主要采用无线传输和以太网通信。

3、通信服务层

通信服务层由物联网设备管理平台组成，实现数据的汇集与管理，为水质监测系统平台及其他应用平台提供专业、便捷的数据接口服务。

4、应用层

应用层为排水管网水质监测系统平台及第三方应用平台，为排水管理部门、管线权属单位等相关部门提供数据展示、决策分析等信息服务。

系统功能

1、实时监测

实时监测水质点位的环境状态，根据预先设定报警规则，对排水管网、河道的水质指标超阈值等异常情况进行实时告警监测。

2、GIS一张图

在电子地图上显示监测点位、基本信息、实时状态等，也可以通过文本形式展示监测位置、基本信息、实时状态、历史状态记录等信息。

3、调度管理

掌握水质监测点运行状况，当排水管网、河道水质发生异常状况时，系统自动进行事故分析，高效协调相关部门的协同工作。

4、大数据分析

对大量的水质数据进行重组、汇总及对比分析，对水质污染问题进行定位，为水质问题追溯提供依据。

系统特点

1、监测范围广

从“源头-过程-收纳体”进行全过程的水质进行监测，保障排水管网正常运行。

2、检测指标多

管网、排口、河道、黑臭水体均进行不同指标、不同检测原理进行水质监测、分析。

3、选型多样化

根据不同环境的水质监测需求，可选择低功耗水质监测仪、浮标型水质监测仪、微站型水质监测仪、综合多参数水质监测站等，符合国内各种水质标准检验方法要求。

4、数据标准化

采样时间点应根据实际降雨情况进行灵活调整，以真实反映“降雨-径流-水质”变化过程，可根据实际情况调整采样时间点的采样周期，符合国内各类排水管网检测规范要求。

HZHJSZ---------杭州环境水质
“HZHJSZ00119 水质铁的测定 EDTA滴定法”介绍：
HZ-HJ-SZ-0119
水质铁的测定EDTA 滴定法
1 范围
本方法适用于炼铁矿山电镀酸洗等废水中铁的测定测定铁的适宜含量为5~20mg
在测定条件下铜铝离子含量较高大于50mg 时产生正干扰其它多数离子对本方
法没有影响
2 原理
水样经酸分解使其中铁全部溶解并将亚铁氧化成高铁用氨水调节至pH2 左右用
磺基水扬酸作指示剂用EDTA 络合物滴定法测定样品中的铁含量
3 试剂
31 硝酸
32 硫酸
33 盐酸
34 1+1 氨水
35 精密pH 试纸
36 磺基水扬酸溶液50g/L
37 六次甲基四胺溶液300g/L
38 铁标准溶液称取4822g 硫酸高铁铵[FeNH4(S04) 12H20]溶于水中加10mL 硫酸
移入1000mL 容量瓶中加水至标线混匀此溶液的浓度为0010mol/L
39 001mol/L EDTA 标准滴定溶液: 称取3723g 二水合乙二胺四乙酸二钠盐溶于水中稀释
至1000 mL 贮于聚乙烯瓶中按下法标定
标定吸取2000mL 铁标准溶液置锥形瓶中加水至100mL 用精密pH 试纸指示滴
加1+1 氨水调至pH2 左右在电热板上加热试液至60 左右加磺基水扬酸溶液36 2mL
用EDTA 标准滴定溶液滴定至深紫红色变浅放慢滴定速度至紫红色消失而呈淡为终
点记下消耗EDTA 标准滴定溶液的毫升数(V0) 计算EDTA 标准滴定溶液的准确浓度
c Na2-EDTA =0010mol/L 2000/ V0
4 仪器
25 或50mL 酸式滴定管
5 试样制备
如水样清澈且不含有机物或络合剂则可取适量水样(合铁量约为5~20mg) 于锥形瓶中
加水至约100mL 加硝酸5mL 加热煮沸至剩余溶液约为70mL 使Fe2+全部氧化为Fe3+
冷却加水至100mL
如水样混浊或有沉淀或含有机物则分取适量混匀水样置锥形瓶中加硫酸3mL 硝
酸5mL 徐徐加热消解至冒三氧化硫白烟试样应呈透明状否则再加适量硝酸继续加热消
解得透明溶液为止冷却加水至100mL
往上述处理过的水样中滴加1+1 氨水调节至pH2 左右(用精密pH 试纸检验)
6 *** 作步骤
将调节好pH 的试液加热至60 加磺基水扬酸溶液36 2mL 摇匀用EDTA 标
准滴定溶液滴定至深紫红色变浅放慢滴定速度至紫色消失而呈现淡为终点记录消
耗EDTA 标准滴定溶液的毫升数V2)
7 结果计算
c 铁Fe, mg/L = c 55847 1000 V1/ V2
式中V1 滴定所消耗EDTA 标准滴定溶液体积(mL)
1
V2 水样体积(mL)
EDTA 标准滴定溶液的摩尔浓度(mol/L)
55847 (Fe)的摩尔质量(g/mol)
8 精密度和准确度
11 个实验室分别测定含5~20mg 铁的标准样品相对标准偏差不超过12% 相对误差不
超过04% 单个实验室测定实际废水样的精密度和回收率见表1
表1 测定实际废水样的精密度和准确度
实验室废水名称六次重复测定结果相对标准偏差加标回收率
编号mL/L
1 炼铁废水112 74 973
2 钢厂排水1536 025 1010
3 化工厂排水94 11 965
4 电镀车间9974 021 997
5 铁矿废水72682 02 1006
6 冷轧钢废水5943 01 1012
7 机械厂电镀合金废水3761 03 976
注意事项
(1) 含悬浮颗粒物或有机物多的样品应适当增加酸量进行消解消解过程中要防止暴沸和蒸干否
则会使结果偏低
(2) 水样中若含铜镍干扰离子应在预处理溶液中滴加1+1 氨水至刚产生混浊再滴加1+1 盐酸
至溶液澄清加2g 氯化铵滴加六次甲基四胺溶液37 至出现混浊再过量8mL 在水浴上加热至80
并保持15min 使Fe(OH)3 沉淀絮凝放冷用中速滤纸过滤
用1+1 盐酸10mL 将滤纸上沉淀溶解返回烧杯中用热水洗滤纸洗液并入烧杯中必要时再用少量
1+1 盐酸洗涤滤纸以使铁完全溶解
冷却后溶液定容至200mL 分取适量调节pH 后再进行滴定 *** 作
(3) 用EDTA 标准滴定溶液滴定铁离子的适宜pH 值为15~20 既可排除重金属离子的干扰又适宜
于磺基水扬酸指示终点pH 值过低使滴定终点不敏锐pH 值过高将产生氢氧化铁沉淀而影响滴定
(4) 由于铁离子与EDTA 络合作用较慢因此滴定时试液应保持在60 左右在接近终点时应缓慢滴
定并剧烈振摇使其加速反应否则将导致测定结果偏高
9 参考文献
水和废水监测分析方法编委会编水和废水监测分析方法第三版pp 182~184
中国环境科学出版社北京1997
2

水面漂浮物监测系统对河道、水库等区域进行实时监测，无需人工干预，一旦监测到水面漂浮物时，立即进行告警，告知监控管理中心，提醒相关人员及时处理。同时将告警截图和视频保存到数据库形成报表，可根据时间段对告警记录和告警截图、视频进行查询点播，方便进行事后轨迹回溯，快速查找责任人。

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