基于柱塞泵与单片机的可控施肥机设计与喷灌试验

为了实现水肥一体化施肥装备流量精确且无水头损失,设计了一种基于柱塞泵与单片机的高精度可控施肥机,开展了恒流模式下6个流量梯度的喷灌系统施肥均匀性试验;以喷头总流量变化幅度为变量,设计了在1∶10的水肥配比下2种灌溉总流量变化幅度的不同工况,对比启、闭可控施肥机恒定水肥比例模式对水肥一体化支管内肥料浓度稳定性的影响效果.试验结果表明,高精度可控施肥机在流量分别为100,200,400,600,800,1 000 L/h的6种恒流模式时,喷灌均匀系数C_U为99.33%~99.71%、变异系数C_V为0.35%~0.75%;C_U,C_V与施肥机流量分别呈正相关与负相关关系,且喷头喷洒肥液的电导率总平均值E_C_-与施肥机流量之间具有显著的正相关性.在恒定水肥比例模式时,试验组管道内肥液浓度在160 s时趋于稳定,且稳定后肥液电导率与目标值偏差率小于4%.高精度可控施肥机恒流模式试验表明施肥机大流量下施肥均匀性变异系数仅为小流量下的50%,且改变施肥机的流量是水肥一体化喷灌系统实现高均匀度变量施肥的一种有效途径;试验证明恒水肥配比模式可有效减小支管肥料浓度受外界的影响.     

应用电导法实时测定磷酸氢二铵和氯化钾混合肥液浓度

[目的]通过电导率(EC)准确反应水肥一体化条件下磷酸氢二铵和氯化钾不同配比值的肥液质量浓度.[方法]测定了一定质量浓度范围(2～10 g/L)和温度范围(20～45℃)内不同磷酸氢二铵和氯化钾配比混合肥液的EC值,并基于灰色关联分析(GRA)法研究了质量浓度ρf、温度T和配比值rv对磷酸氢二铵、氯化钾混合溶液电导率的...     

大田移动式精量配肥灌溉施肥一体机设计与试验

为提高大田施肥精度和水肥利用效率,进一步促进灌溉施肥技术在大田中的应用,设计了大田移动式精量配肥灌溉施肥一体机并进行样机试验。首先,对一体机的移动式行走架、精量配肥装置和首部枢纽装置进行机械设计。其次,基于作物不同生长期所需水肥量,结合实时测定土壤墒情信息,设计3段式全自动灌溉施肥时间分配模型和母液浓度动态计算方法;建立母液浓度动态调控数学模型,针对不同类型颗粒肥溶解时间差异问题,设计一种含Smith预估器的PID切换控制方法快速稳定母液浓度,并通过Simulink对控制方法进行仿真验证;在此基础上,设计并实现一体机的中央控制系统,集成灌溉施肥时间分配模型和母液浓度动态调控方法,实现全自动灌溉施肥功能和母液浓度精准调控;最后,在大田环境中对试制样机开展灌溉施肥试验,测定注肥口电导率(EC)响应曲线并进行分析,结果表明:EC响应曲线呈3段式变化,表明一体机能够按设计的时间分配模型对大田作物进行全自动作业;施肥阶段EC值平稳,误差波动幅度小,过渡时间短、坡度陡、超调量小,表明针对不同类型的颗粒肥,提出的切换控制方法可以快速稳定母液浓度。     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

智慧农业下的水肥一体机精准化作业研究

针对我国农业水资源和化肥资源的利用率较低的问题,在智慧农业下对水肥一体机的精准化作业进行了研究。水肥一体机的主要组成包括控制系统、监测系统、灌溉施肥系统、网络传输系统和数据中心。将粒子群算法与PID控制算法结合,对粒子群-模糊PID控制器进行设计,并对水肥溶液的EC值和pH值进行控制,提高了水肥一体机的控制精度,减少了控制时间。为了验证水肥一体机的性能,进行了数据采集准确性分析试验和精准化作业控制试验,结果表明：数据采集较为准确,且可以精准地配比水肥溶液,满足作物的灌溉要求。     

循环式岩棉栽培水肥一体化装备及控制系统研发

为提高我国循环式岩棉栽培水肥管理水平,自主研发设计了循环式岩棉栽培水肥一体化智能装备及控制系统。系统根据植株的生长发育状态、需水需肥规律以及环境条件,通过智能控制系统全自动地进行营养液的检测、配比和灌溉决策,并结合营养液回收消毒技术,实现营养液的重复利用。系统提供便于操作的硬件设备以及全自动智能运行的控制系统,可对岩棉栽培水肥实现全自动智能精准管理,节水节肥20%以上,实现农业生产的零排放。经过在不同园区的试验和应用,验证该系统运行稳定,适用性强。在宁夏园艺产业园番茄生产应用可达到45.4 kg/m2的高产。      

温室大棚溶解混施智能施肥机设计与实现

为了实现固体水溶性肥料高效溶解与精准施肥，设计了一种温室大棚溶解混施智能施肥机，主要由肥料搅拌单元、供水单元、吸肥单元及控制单元组成，水肥配比采用模糊PID控制调节方式。首先，依据固体水溶性肥料的自身特点搭建带有肥料搅拌装置的施肥设备硬件系统；然后，根据施肥设备混肥特性，建立肥料EC值调控模型，设计PID控制器；最后，采用模糊控制方法自适应调节PID参数，提出模糊PID控制系统设计方法。试验结果表明：使用模糊PID控制策略能够显著提高系统性能，特别是在减少系统滞后时间和保持系统稳定性方面。     

基于WOA优化模糊PID的设施智能水肥系统设计与实现

为解决传统水肥灌溉难以精准施肥以及水资源浪费的问题，针对当前水肥系统自适应能力差，存在非线性、时变性和滞后性以及自动化程度低等难点，设计了一套适用于设施农业的智能水肥远程控制系统。该系统通过基于鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm, WOA）优化模糊PID调控本地端电动球阀开度进而精确控制水肥溶液电导率（EC），实现远程控制电导率至设定范围。利用MATLAB/Simulink对PID、模糊PID、以及基于WOA优化的模糊PID控制系统进行仿真，发现较传统的PID控制模型，系统的超调量仅为PID控制的2.7%，调节时间缩短了86.5%，稳态误差降低了99.8%。实现了智能终端对传感器数据实时监测和智能算法对水肥溶液EC值远程精确控制，具有较高的实际运用价值。     

基于大棚骨架的水肥药一体化系统设计与分析

研究大棚水肥药一体化灌溉施肥喷药的性能,针对各种肥液配比误差较大及水肥药混合均匀性的问题,通过液体力学的伯努利方程,详细分析配比误差形成的原因,在系统中增加对各路肥液的重量监测,建立数学模型,对配比误差进行修正。在占空比分别为25%和35%两种情况下,进行修正不开启和修正开启的误差对比试验,结果表明,系统经过修正后,配比误差从7%降低到2%,误差修正使得水肥药一体化系统的配比更加精准,验证其有效性。     

茶园水肥一体化灌溉施肥装置研究与设计

为提高茶园施肥精度,本文以茶树水肥需求量为基础设计了一种水肥一体化灌溉施肥装置。它由灌溉施肥系统和控制系统组成,通过确定最佳的肥液混合比例,调节吸肥腔与进水腔的体积比,实现水和肥的精确配比。试验运行表明,该装置施肥精度满足设计要求。     

蓝莓温室智能水肥一体化系统构建

蓝莓基地传统的灌溉施肥方式,不仅水肥利用率低,造成大量浪费,带来环境污染,还导致农产品品质的降低,制约我国现代农业的健康发展。针对上述问题,利用无线传感器物联网监控技术和自动控制技术相结合,基于蓝莓生长环境和水肥需求的规律,构建包括环境信息采集系统、智能化服务平台、灌溉施肥系统以及环境调节设备,可实时监测蓝莓生长环境与生长发育状况,并根据蓝莓生长模型与精准算法及时按需足量实现对蓝莓的灌溉施肥与生长发育智能化控制的蓝莓温室智能水肥一体化系统。试验结果表明设计的智能水肥一体化系统用于蓝莓种植可节水35%~45%,节肥25%~35%,蓝莓增产10%~15%,减少60%以上劳动力,降低农业污染。     

基于STM32的植株缺素水肥调节系统的设计与试验

设计了基于STM32单片机的水肥调节系统,该系统通过控制不同电磁阀开度实现不同元素水肥配比的调节。以生菜为例研究在其他元素水肥配比正常浓度的情况下,调节控制钾肥浓度的电磁阀开度,使得不同生菜对照组在具有不同钾肥浓度下生长,对比研究不同钾肥浓度与生菜叶片面积和植株高度的关系,从而得到电磁阀开度调整策略,实现水肥配比的精准调节。      

大型智能水肥一体化系统在设施草莓种植中的应用

针对设施园区草莓规模化种植对水肥管理方式和水平提升的需求,建设了智能水肥一体化系统,并在园区23栋日光温室草莓灌溉施肥环节开展种植试验。试验结果表明:相对于传统文丘里吸肥器技术,设施园区应用智能水肥一体化系统优势明显,可提高劳动生产率12倍,并显著降低人工劳动强度;可实现灌溉施肥精准调控,减少肥料倾倒遗撒浪费,并具有一定的生态效益;可为草莓产量和品质稳定提供保障,草莓产量提高1.7%;试验园区经济效益每年可提高26 037元/hm2。上述结果可为广大设施园区建设智能水肥一体化系统和经济效益计算提供参考。      

基于物联网的果园药水肥一体化控制系统设计与实现

针对山地丘陵果园生产作业中,病虫害防治和灌溉工作量大,人工成本上升,同时我国当前施肥模式粗犷、水肥浪费量大、肥液浓度不好控制等问题,结合物联网技术和互联网技术设计一种基于物联网的果园药水肥一体化控制系统。该套系统以基于CC2530的ZigBee节点为基础,结合MCU单片机及各类传感器,通过ZigBee网络实现远程监测和控制执行模块执行各种功能,同时采用模糊控制对水泵进行精准控制,实现对果树的精准施药、施肥和灌溉,并进行试验验证。结果显示,ZigBee网络的丢包率与距离没有明显关系,与上位机软件发包频率有一定关系;系统能够实现远程监测与自动控制,实时显示空气和土壤湿度、EC值和pH值等监测数据;混合药池的EC值经过系统调节690 s左右,达到设定值1.5 ms/cm,土壤EC值经过系统调节810 s左右,达到设定值1.2 ms/cm附近;同时系统根据不同的土壤EC值与混合药池EC值执行不同的灌溉方案与混肥、施肥方案,精准控制灌溉施肥,有较好的稳定性。     

马铃薯水肥一体化脉冲控制浓度自调整系统设计 —基于PLC控制

结合当前我国马铃薯水肥一体化灌溉的发展趋势及发展需求,设计了一款基于西门子PLC精确控制的水肥一体化系统,相比于单片机控制,系统在运行稳定性、混肥均匀性、系统响应时间、水肥利用率均得到了显著的提升.系统由水源工程、首部控制系统、输水网管组成.控制枢纽系统以西门子PLC为核心,配合远传压力表和电导率、酸碱度传感器可以实时...     

设施草莓智慧生产管控系统设计与实现

针对设施草莓生产过程中环境参数采集和控制可靠性差、水肥调控粗放等问题，设计开发一种设施草莓智慧生产管控系统，包括生长环境信息感知系统和设施内的环境调控系统2个部分。结合多传感器数据融合算法和专家决策控制系统模型，提高环境参数采集的准确性和真实性，保证草莓各生长阶段对生长环境和水肥需求的精准控制。目前系统在示范园区内的草莓玻璃温室运行良好，水肥利用率与环境调控能力分别提高82.1%和35.5%，草莓产量、品质也有大幅度提高。     

水肥一体机肥液电导率远程模糊PID控制策略

为检测水肥一体机肥液电导率(EC),并将其控制在合理范围内,基于物联网技术,设计了远程水肥灌溉控制系统,将自整定模糊PID控制算法引入远程开发者服务终端中,通过模糊PID控制算法调控本地端变频注肥泵的频率进而精准控制EC,并对本地端PID和远程端模糊PID控制算法进行了对比试验验证。结果表明:目标EC越大,稳态EC越精确,但稳态时间和超调量均增大;与传统本地端PID控制相比,该系统响应速度快、EC波动幅度小、稳定,当目标EC为2.5 mS/cm时,稳态时间和超调量分别达到120 s和20.8%,混肥时间和实测EC均能满足水肥控制实际需求。该研究实现了EC的远程模糊PID控制,以及灌溉施肥系统的计算机、手机微信多终端灌溉数据监测和开关量控制。     

水肥精量配比灌溉系统设计

精确地控制农业灌溉中的水肥配比,能够很好地促进农作物的生长,大大提高化肥利用率。为此,开发了一套水肥精量配比灌溉系统,采用水路和肥路混合的方法,利用直流调速器控制泵来调节管道中水肥流量,从而实现水肥配比。该系统采用遗传算法优化的模糊PID模型作为控制策略来实现精量配比控制,进一步完善了传统PID的控制性能。实验结果表明:该系统成功实现了水肥精量配比,有效地提高了灌溉精度,具有一定的推广性和应用价值。