温室智能装备系列之八十三温室园艺便携式遥控施肥机的设计

马伟+宋健+王秀

（北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097）

【摘要】针对温室园艺肥料多采用露天冲施导致利用率低、浪费严重的问题，本文通过充电蓄电池动力和遥控信号终端调节水泵的方法，采用肥料注射混合技术，实现面向温室园艺的便携式遥控施肥功能，精度和效率显著提高。

背景

温室园艺施肥多采用露天冲施的方式，存在利用率低、浪费严重的问题，新型沼液营养液的引入，对于提高作物品质有很大帮助，但对施肥的设备也提出了更高的要求。精准控制液体肥料，并按照作物需求投放到根部，是解决这一矛盾的关键点。通过开发专门的智能施肥农用机具，并与滴灌、小管出流和机具等已有的传统农业设施相结合，可提高施肥精准度和智能化水平，同时由于温室环境的限制，如何快速实现施肥机的便携化和可控性便成为了研究热点。

原理

温室园艺便携式遥控施肥机采用充电蓄电池作为动力，在温室中完成肥料溶液过滤、加压和喷射，采用紧凑型结构，方便携带以及搬运。采用施肥泵精准控制，能解决作物施肥无法精确定量、均匀施肥的难题。该装置控制系统基于物联网控制，可远程发送信号控制温室园艺灌溉施肥作业，并根据温室缺水信息，分区域自动调节水肥用量，实现按需给肥、按需给水，确保作物生长健康，节水增收。

结构设计

装置采用钢板折弯成三角形结构，具有很好的抗压能力。左侧的支撑板通过螺栓与主安装板固定，蓄电池的内置可以实现蓄电池的方便更换以及可以有效延长蓄电池的寿命。通过电动水泵对沼液等营养液进行直接加压，注射进水管支路中，实现营养液的水肥一体化作业。

管路设计

施肥机采用便携式电动装置，可实现营养液的电动注入以及移动使用，设计原理见图1。其通过压力传感器能检测到系统的压力值，恒压装置实现注肥压力的恒定，避免压力的相对波动。肥料母液从进水口快接处被定量抽入施肥机中，经过双层过滤后被水泵加压，流向出水口快接，进入灌溉管路。通过设置有恒压模块的水泵出水口，可以对水压进行检测，当水压波动太大时，自动控制水泵进行相应的开关运转，实现水泵加压后营养液的恒压注射。主管路的水流压力发生变化时，施肥浓度会有波动，通过固定在压力传感器和出水口快接之间的调压阀自动回流部分营养液，实现浓度的相对稳定。装置实物图见图2。

软件设计

基于嵌入式系统开发施肥控制软件，通过远程无线信号将施肥指令发送给便携施肥机的控制器，控制器根据无线信号调节施肥效率以及施肥开关，可实现无人值守的施肥量变量调节，也可通过无线信号使蓄电池进入休眠状态，并自动加锁，使电源无法使用，提高电池的寿命。软件界面如图3所示。

控制器将接收到的手机APP等终端无线控制信号，进行纠错及检验后，并根据信号通过脉冲控制施肥泵的流量线性变化，实现施肥的变量控制。当营养液流量的变化信息反馈给控制器后，根据施肥浓度的比例系数，调节主管道的水流量，实现营养液浓度的恒定不变，同时控制器也可直接关闭水泵，发送信号给主管道电磁阀，实现主管路的关闭。软件专门设计节能策略，软件发送指令给控制器来驱动蓄电池主电路接触器全部断开，实现所有电路的切断，然后每隔1星期发出信号，根据控制器的唤醒策略，使得接触器闭合，启动水泵转动20 s，实现蓄电池的定期负载放电，使蓄电池有条件的休眠，提高寿命3倍以上。

應用

便携式遥控施肥机在北京密云、平谷等地的温室和园艺基地进行推广应用，见图4。其施肥效率可达到传统施肥方式的3～6倍，大幅度节省施肥时间，并有利于沼液的循环利用。经过多重过滤去除沼渣的沼液可直接利用，为沼液对设施蔬菜和果树的精准栽培，探明了一个好的方法。