基于PLC的自动灌溉施肥监控系统设计

随着自动化技术在农业生产应用中的不断深入,自动灌溉施肥技术在农业灌溉中的应用越来越广泛,但在实际使用过程中,由于无法准确获取农田含水量和肥料含量,容易造成水资源的浪费及农田肥料匮乏或过饱和,影响农业生产。为此,设计了基于PLC的自动灌溉施肥监控系统,对自动灌溉施肥系统的工作原理进行简要分析,完成了自动灌溉施肥监控系统总体结构的设计,并通过硬件设计,确定了合理可靠的功能模块,最后完成了自动灌溉施肥监控系统的软件流程设计。实际应用表明:监控系统能够实时检测农田的含水量和含肥量,并根据需求供给水分和肥料,确保农田作物能够时刻保持充足的水分和足够的营养,且可在农田缺水状态或农作物缺肥状态下进行报警。该监控系统功能齐全、控制精度高,在较大程度上节约了水资源和农业生产成本,提高了自动灌溉施肥效率,具有一定的推广价值。     

基于ZigBee技术的棉田滴灌监测与控制系统

设计开发了基于ZigBee无线传感网络技术的棉田滴灌监测与控制系统。该系统通过无线传感网络实时采集土壤环境信息,使用自适应加权融合算法对各节点土壤湿度数据进行融合,根据融合数据发送电磁阀控制命令,完成实时监测自动灌溉;结合棉花不同生育期对需肥量和施肥浓度的要求,根据灌溉水量设置注肥比例,系统通过无线传感网络实时采集液态肥流量,实时监控施肥量,并根据施肥量发送施肥电磁阀控制命令,完成水肥一体化灌溉。工作过程中,系统可以将传感器采集的数据通过ZigBee无线网络协调器传输给上位机并实时显示和存储。通过试验验证,该系统可以按照设计要求实现灌溉和施肥的自动控制与检测。     

地表下水肥一体化系统优化设计

随着我国设施农业的快速发展,越来越多的工程技术应用到设施农业中。水肥一体化技术是集合施肥与灌溉配套使用的一项新技术,在我国农业生产中,提高水肥利用效率是设施农业生产中必须解决的问题。传统农业中常采用地表上滴灌,存在管道老化、灌溉过程中存在沿程渗漏和蒸发等问题,本研究改变传统地表滴灌形式,采用地表下埋管,地表上肥料罐将水肥混合后通过滴灌管道直接输送到作物根部的灌溉方式。同时,采用传感器进行灌溉的自动控制与自动检测土壤水分信息和肥料信息,利用远程控制来实现数据传输,并通过模拟计算出灌溉计划,大大提高了灌溉施肥自动化水平。     

基于“互联网+”模式的水肥一体机智能终端设计

以水肥一体机灌溉过程为研究对象,对农业生产自动灌溉和施肥控制方式进行分析,采用“互联网+”模式建立水肥一体机智能控制终端系统。系统通过传感器进行土壤湿度和肥力采集,形成土壤墒情监测控制模块,并采用数据分析的方式进行传感数据分析处理,生成系统灌溉施肥控制指令。系统测试结果表明：水肥一体智能终端能够有效地进行数据采集与传输,在灌溉控制过程中水肥一体机自动生成的灌溉控制指令与计算结果相符,系统具有较高的可靠性。     

智能灌溉施肥控制系统在温室中的应用

节水灌溉技术应用在农田、温室灌溉时,常用灌溉时间程序控制器及注肥泵来实现灌溉自动化,但该方式不能对灌溉系统进行监控以及实现准确、有效的灌溉。智能灌溉施肥控制系统融合微机及监控技术,对灌溉系统进行全程控制,实时检测灌溉水的pH值和EC值(肥料浓度),并通过控制器及时调节供肥和加酸量,保证给作物及时、精确的水分和营养供给,同时根据温度、湿度、降雨情况等调整灌溉运行时间,达到智能化节水灌溉,以及高效、精确灌溉目的。     

精准灌溉施肥自动控制系统的研发

随着现代农业的发展,将灌溉与施肥有效结合,实现精准及自动化控制是现代农业的一个发展趋势。依据作物生长过程中对水肥的动态需求,确定了精准灌溉施肥自动控制系统的控制要求及相关性能指标,通过系统硬件选型、人机界面软件开发以及系统的综合调试,开发了灌溉施肥自动控制系统,实现了上位机软件对灌溉和施肥的自动控制与运行。系统具有手动和自动两种控制模式,具有响应速度快、可靠性高、数据自动记录保存、操作简便等优点。试验运行结果表明:该自动控制系统设计方案合理,系统运行可靠,能够满足设施作物精准灌溉施肥的要求。     

机械注入式施肥装置研制与应用

介绍了一种经济实用型机械注入式施肥装置，该施肥装置采用耐腐蚀泵将肥料原液强行注入灌溉管网并与灌溉水进行混合从而获得一定浓度的灌溉液。灌溉液浓度通过标有流量示值的手动流量调节阀进行调节，从而实现节水灌溉微滴灌系统灌溉过程的比例施肥控制。灌溉液浓度控制准确度明显高于文丘里式和压差式，可用于滴灌系统的准确经济施肥。     

滴灌与喷水带灌溉对香蕉生长及水肥利用的影响

通过田间试验探讨了滴灌施肥、喷水带灌溉加人工撒肥、常规灌溉施肥3种水肥管理方式对香蕉生长及水肥利用的影响,并对3种灌溉施肥方式下的经济效益进行比较。结果表明:与常规灌溉施肥及喷水带灌溉加人工施肥方式相比,通过滴灌施肥系统进行灌溉和施肥能显著促进香蕉生长发育,增加香蕉各部分生物干重,增加一级根数量,促进香蕉集中抽蕾,增大香蕉果指长、果指围,香蕉产量增加值达到29.37%;在滴灌施肥下有利于氮、钾等养分的平衡供应,提高养分的利用效率;滴灌施肥和喷水带灌溉加人工撒肥两种灌溉施肥方式均有利于节省肥料、人工等生产成本,而滴灌施肥条件下所取得的经济效益更显著。研究结果将为滴灌施肥技术在香蕉生产上的应用提供理论依据。     

多通道移动式果园灌溉施肥机设计与试验

针对目前果园种植管理过程中灌溉量与施肥浓度控制精度较低、不能动态调整施肥配方等问题，开发了一种多通道移动式果园灌溉施肥机。样机主要由灌溉混肥装置、吸肥装置、水肥参数检测装置、控制系统、牵引式行走装置和动力系统等6部分组成。对吸肥装置关键部件设计正交试验，分析了吸肥器布置方式、吸肥管道管径、过滤器类型、管道排列方式和过滤器目数等不同因素对吸肥性能的影响，确定了最优的吸肥装置结构。开发了精确灌溉施肥自动控制系统，并进行了样机性能测试，结果表明：施肥机可自动完成果园精准灌溉与施肥作业，动态调整施肥配方，灌溉量控制相对误差≤0.54%,EC值控制绝对误差≤0.07mS/cm,母液配比相对误差≤2.00%。     

水肥一体化自动精准灌溉施肥设施技术的研究和实现

水肥一体化精准灌溉施肥技术是将施肥与灌溉结合在一起的一项精准农业新技术,它借助灌溉系统,将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起均匀、准确输入到作物根部土壤,有效控制灌溉水量和施肥量,提高水肥利用效率。本文论述了水肥一体化精准灌溉施肥基本构成以及应用成效,自动精准滴灌施肥机的工作原理、技术性能。对施肥装置、混合装置、过滤装置、EC/PH检测监控反馈装置、精准灌溉施肥模糊控制技术进行探索研究,提出了实现水肥一体化自动精准灌溉施肥主要技术途径。     

滴灌施肥对滴头抗堵塞性能及系统均匀度影响试验研究

为探明温室滴灌系统随水施肥过程中滴头堵塞影响因素、堵塞机理及滴灌管性能评价方式,根据温室滴灌系统布置方式,通过长周期间歇性灌溉试验,研究了N、P、K肥分别单施情况下各肥对φ16滴灌管及φ8小管径滴灌管灌溉均匀度及滴头流量的影响,并利用场发射扫描电镜观测了流道内沉积物。结果表明:φ8滴灌管中后段滴头易先堵塞并分别逐渐向上、下游延伸,φ16管滴头堵塞一般由后端向管前端逐渐发展;φ8管P肥灌溉中8次随水施肥后Cu仅在50%,滴头有效率仅达75%,K肥灌溉时Cu几乎为0,滴头有效率仅50%,严重影响灌溉质量,φ8管在随水施肥过程中抗堵塞性、施肥均匀性均低于φ16管;滴灌系统随水施肥的堵塞位置大多为滴头流道入口,应优化滴头流道入口结构以提高滴头抗堵塞性。     

自动灌溉施肥器

山东莱芜塑料制品股份有限公司生产的自动灌溉施肥器 ,可广泛应用于温室大棚、果园、园林及无土栽培试验室。它的操作形式分为手动和全自动。手动操作简单实用 ,用户可根据作物的不同生长期 ,对肥料浓度自行调节控制 ,施肥时间可以随意延长或缩短。全自动操作是程序化控制 ,肥料通过肥料泵设置的肥液浓度要求调配均匀 ,然后 ,由肥料泵准确适量地施给作物。同时 ,通过机器配备的EC/PH监控系统 ,在整个灌溉过程中进行持久的EC/PH实时监控。自动调节肥料溶液的注入速度、浓度、流量 ,以保持灌溉施肥过程的EC/PH水平。该系统具有较广泛的灌…     

基于专家知识库的智能施肥灌溉决策系统设计

传统的施肥灌溉主要依靠人工控制,环境参数和农作物生长参数无法实时获取,作业人员只能凭借感觉和经验等主观意识进行施肥灌溉,科学性和时效性差,造成了严重的水资源和肥料的浪费,且人工配制肥料的作业效率低、效果差,导致农作物生产的质量和产量较低。为此,深入研究专家系统基本结构和工作原理,完成了基于专家知识库的智能施肥灌溉决策系统的设计,通过传感器技术完成环境参数和农作物生长参数的实时采集,利用专家知识库的设计,构建智能施肥灌溉决策系统。应用结果表明：基于专家知识库的智能施肥灌溉系统能够实时采集环境参数和农作物生长参数,通过建立专家知识库,可以根据农作物的生长需求提供精确的施肥灌溉决策信息,为农作物供给必要的水分和肥料,在提高施肥灌溉效率的同时,节约水资源和肥料,降低农业生产成本,具有一定的推广价值。     

温室袋培番茄的水肥精准调控系统设计与试验

针对温室袋培番茄人工灌溉施肥劳动强度大、水肥资源浪费及智能化程度不高等问题,设计了一套基于光合辐射和袋培番茄所需水肥规律的智能灌溉施肥控制系统。采用C#语言对上位机进行开发,用SQL Server软件建立了数据库,用GX Works2软件对PLC程序进行编写,通过上位机调取数据库中传感器实时传输的数据和番茄需水规律计算出灌溉施肥量和灌溉施肥时间,并通过PLC Monitor Unity软件改变PLC程序中出水泵的工作时间,保证PLC每天对番茄进行合理灌溉施肥。对构建的智能灌溉施肥系统进行了不同时间内的出水量均匀性以及EC值、pH值响应时间试验,结果表明:在4.5min时最低均匀系数为98.61%,在9min时最低均匀系数为99.02%,在12min时最低均匀系数为99.16%,EC值在系统运行25s时稳定,稳定后保持在(1.290±0.03) m S/cm以内,pH值在系统运行20s时稳定,稳定后保持在6.00±0.07以内。针对温室袋培番茄灌溉施肥,系统可根据光合辐射变化制定不同的灌溉施肥量,不仅减轻了人工劳动强度,还具有响应速度快、灌溉施肥精确及所用水肥量符合番茄生长需求的特点。     

基于LabVIEW的水肥一体机控制系统设计

以水肥一体灌溉控制系统为研究对象,针对目前水肥灌溉系统出现的自动化程度低的现象,基于LabVIEW虚拟仪器技术设计出一种水肥耦合一体灌溉控制系统。系统对作物生长过程中的土壤湿度、肥液浓度及无机物含量等相关作物生长因素进行监测,并采用模糊系统控制的方法,对作物生长过程中所需水量和肥量进行自动控制;采用水肥耦合一体灌溉控制系统通过对作物生长过程中所需的土壤湿度和肥量需求量进行控制,实现作物水肥耦合灌溉。研究结果对现代农业自动灌溉和施肥或水肥耦合灌溉具有一定的参考意义。     

宁波市多元化灌溉施肥技术应用与实践

应用多元化灌溉施肥技术是适应不同农业生产方式,推进节水灌溉与水肥一体化技术发展的必然要求.从宁波市农业生产资源与环境特点出发,通过建立不同节水灌溉类型,应用多元化灌溉施肥技术,推广节水灌溉、水肥一体化、雨水收集、智能化灌溉施肥控制等技术,从而提高肥水利用效率和劳动生产率,对提高宁波市的农业生产水平,以及促进资源节约型和环境友好型社会建立都具有重要意义.     

温度对施肥滴灌系统滴头堵塞的影响

为探究不同灌水温度下水肥一体化滴灌滴头堵塞成因与过程,采用固定周期间歇滴灌的多因素完全随机试验设计方法,分别在冬、夏两个季节研究了3种不同泥沙级配浑水与3个不同施肥质量浓度组合对滴头堵塞的影响和堵塞变化过程。结果表明,灌水温度是影响滴头堵塞的重要因素,与水质交互耦合效应显著,夏季施肥和未施肥2种情况下灌溉滴头的抗堵塞性能均高于冬季,夏季有效灌水次数是冬季的1.26~1.43倍;施肥加速滴头堵塞的作用受泥沙级配和灌水温度的影响,冬季灌溉水中0.034~0.1 mm粒径粗颗粒含量越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感,夏季灌溉水中0~0.034 mm细颗粒越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感。建议灌水温度较低时,水肥一体化滴灌应控制在较低的施肥质量浓度下灌溉,适当增大次灌水时间,减少灌溉次数。     

山地果园水肥一体化控制系统设计与试验

为解决目前山地果园灌溉成本高、肥效低、浪费严重等问题,构建了一套果园水肥一体化滴灌系统,主要包括数据采集系统、控制中心、灌溉施肥系统,可自动完成母液配制、水肥循环、水肥灌溉及清水灌溉等过程。该系统以PLC为主控制器,以人机交互界面协同的方式控制作业,各传感器与PLC建立MODBUS协议并进行数据交换,保证作业过程中数据的实时监控。在水肥灌溉试验中,3个区域同一支管上不同滴头的平均水量为1.253、1.297、1.172L,同一滴头每5min出水量的平均值分别为0.626、0.659、0.616L,施肥过程中的水肥配比与目标值相比误差不超过5%,能够满足精准施肥要求。     

沙地大型喷灌机施肥灌溉配套鱼鳞坑对马铃薯生长和水肥利用的影响研究

为了实现沙地上大型喷灌机施肥灌溉下马铃薯的水肥高效利用,通过田间试验研究了大型喷灌机施肥灌溉条件下配套水土保持措施——鱼鳞坑对马铃薯生长、水肥利用效率等的影响。结果表明,在大型喷灌机条件下,通过负压计指导施肥灌溉,当垄中心20cm深度处的土壤水基质势低于-15kPa时进行施肥灌溉时,在马铃薯垄间挖鱼鳞坑,能有效地改善根区土壤水分状况,促进马铃薯的生长,不仅马铃薯增产22.1%~33.3%,还使肥料偏生产力提高了33.3%~36.8%。     

滴灌施肥下不同栽培模式对马铃薯生长和水肥利用的影响

为了研究滴灌施肥灌溉条件下马铃薯配套的栽培模式,参考大型喷灌机灌溉条件下马铃薯的栽培模式,布置了"窄垄种植单行马铃薯"和"宽垄种植双行马铃薯"两种栽培模式,研究了滴灌施肥灌溉条件下两种栽培模式对马铃薯生长、产量和水肥利用效率等的影响。结果表明,在滴灌施肥灌溉下,通过负压计指导施肥灌溉,当滴头正下方20cm深度处的土壤水基质势低于-25kPa时进行施肥灌溉时,与"窄垄种植单行马铃薯"栽培模式相比,"宽垄种植双行马铃薯"的栽培模式能有效地改善根区土壤水分状况,促进马铃薯的生长,马铃薯不仅增产9.0%~18.0%,并且灌溉水利用效率提高了15.6%~46.0%,偏肥料生产力提高了17.5%~38.0%。