基于物联网的智能水肥一体化管理系统分析

韩昕美

(内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗市场监督管理局，内蒙古 赤峰 025550)

1 系统运行结构设计

1.1 整体架构

智能一体化管理系统的整体架构主要包括3大部分，即无线传感部分、水肥一体化部分、远程监控部分。在系统运行过程中，无线传感器需要收集空气温湿度、土壤温湿度等环境信息，然后将信息传输至水肥一体化部分。在水肥一体化部分中，供水、供肥、一体机等设备，会根据环境信息，并结合已经被设置好的酸碱度、导电率，来配制肥料，再进行灌溉和施肥。在此过程中，水肥一体机会将传感器传输的信息，以及水肥信息一起传输给远程监控系统，工作者借助远程监控系统，即可全面了解农作物的灌溉、施肥情况，并根据实际需求，进行远程控制，增强智能水肥一体管理系统的运行效果。此外，在系统的运行结构中，远程系统中的组态软件，还能够将系统采集到的数据以报表的形式记录并留存下来，使工作者可以随时对选定时间段内的数据进行查看，有助于其更好地分析植物种植操作，增强系统使用性能。

1.2 主体结构硬件设计

在系统整体架构中，水肥一体系统作为其核心组成部分，其硬件结构主要由过滤器、控制器、文丘里吸肥器、液位计、传感器、水泵等装置组成。在运行过程中，工作者需要设置好EC和PH值，然后打开水泵，将清水抽入混肥罐中，待到水位高于液位计之后，施肥泵就会被启动，把水从支路抽入文丘里吸肥器中，此时，传感器就会对当前水肥的PH、EC值进行检测，若未达到设定值，控制器就会操作电磁阀、酸碱液罐，来调整水肥中的PH、EC值使其达到设定要求，完成水肥的调配。之后，再进行作物施肥灌溉。在此过程中，工作者可以采用SITM32103ZET6型号的ARM Cortex M3核心的32位微控制器，确保其能够同时处理数据和指令，提高系统工作效率，同时，在电导率传感器方面，可以选用SIN-TDS210，其精度可达0.01μs/cm、量程为20μs/cm～20ms/cm，能有效满足系统的运行需求，保障系统的运行效用。

2 管理系统中控制算法

2.1 水肥控制算法设计

2.2 灌溉制度算法设计

在灌溉制度算法设计中，工作者需要设计出最大灌水定额、灌水周期、净灌水定额、一次灌水延续时间这几个灌溉制度值，然后根据这些计算值，来完成灌溉制度的设计。在最大灌水定额计算中，设计者需要将土壤环境因素融入到计算中，提高灌溉制度的准确性，由此可得最大净灌水定额为0.001γzp(θmax-θmin)，其中θmax为植物适宜土壤含水率上限、θmin为植物适宜土壤含水率下限、γ为土壤容重、p土壤湿润比设计值、z土壤湿润层深度设计值。在灌水周期、净灌水定额、一次灌水延续时间的算法设计中，设计者需要根据灌溉水利用率、灌水器设置数量等实际情况数据，来设计具体算法。一般来说，灌水周期T应为Tmax=mmax/Ea，T≤Tmax，其中Tmax为最大灌水周期、Ea为耗水强度设计值，净灌水定额可以设为T*Ea，一次灌水延续时间可以设为M’SrSt/(nqd)，其中M’=md/η，且m’为毛灌水设计值、η为灌溉水利用系数、md为净灌水设计值、Sr为作物种植行距、St为作物植株距离，n为单位区域内灌水器个数、qd为灌水器流量设计值。

3 控制软件设计

3.1 无线传感网络软件

在控制软件方面，无线传感网络软件作为水肥一体化管理系统内部的主要通讯平台，工作者需要选用操作简单、应用成本低、性能优质的软件，来构建一体化系统的无线传感机制。在开发设计中，工作者可以选用IAR EmbeddedWorkbench软件，采用C++编程语言，开发无线传感网络软件。在架构设计上，射频电路、节点时钟在初始化完毕后，会向协调点发送链接建立申请，待申请获得批准，每个子节点都会得到一个唯一的网络ID，形成无线传感器网络。此外，协调点如果发出指令，节点就会读取传感器采集到的参数信息，并对这些参数进行计算、打包，然后通过CC2530射频模块，将打包后的数据传送给协调点，循环往复，实现无线传感网络通信，为智能水肥一体化管理系统的决策和控制提供有力的数据参考[1]。

3.2 远程监控软件

在远程监控软件的设计中，通常需要经历数据库与外部设备定义、界面图画设计、动画连接建立、运行调试这4个步骤，工作者需要选取灵活性好、开发时间短的设计软件，来构建远程监控系统。在此过程中，工作者可以借助组态王操作简单、灵活性强等优势，将其应用到外部设备与数据库定义中，并定义土壤湿度、光照强度、营养液EC值等变量，同时，还要设置数据词典与报警组，分别用来增删、修改变量，处理各类报警事件。此外，在界面图画设计、动画连接建立这几个方面，工作者都可以基于组态王来编写相应的程序，完成整体系统的构建，最后再点击运行，并观察系统所采集数据、控制面板控制动作状态等方面，确认无问题后，才能将软件投入使用[2]。

4 结论

综上所述，保障智能水肥一体化管理系统的应用效果能够推动农业生产力的发展。在农业生产中，工作者采用该管理系统可以提高工作效率、优化灌溉施肥操作的准确性、减少人工劳动强度，从而增强农业生产力，提升农业生产的智能化水平。