表达效果-新疆自治区教育厅

宁夏农林科技，Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａ　．ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓ．Ｓｃｉ． ＆Ｔｅｃｈ．２０１５，５６（１　１）：８５—８７　８５　
・
农业信息・教育・　
基于组态技术枸杞水肥一体化智能控制系统设计　
李锋，陈学东，张建华　
宁夏农林科学院农业 科技信息研究所，宁夏银川　７５０００２　
摘要：为提高肥料利用率和施肥智能化水平，节约水资源， 减少施肥用工，降低枸杞园土壤盐碱化程度，本文基于组态技　
术设计枸杞水肥一体化智能控制系统，将 该系统应用于中宁大地生态公司枸杞基地，实时采集展示枸杞生育期信息和环境　
因子数据．判断枸杞需 肥情况，按需施肥，实现枸杞水肥一体化智能控制。该系统运行稳定，界面清晰友好，易于操作，可有　
效地实现节水灌溉和精准施肥，具有很好的推广价值。　
关键词：节水灌溉；水肥一体化；组态技术；智 能控制　
中图分类号：￥２４；￥２７５．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—２０４Ｘ（２０ １５）０７－００８５—０３　
Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ＴｅｃｈｎＯｌＯ ｇｙ—ｂａｓｅｄ　Ｗａｔｅｒ－Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｃ ｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　
Ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ　
ＬＩ　Ｆｅｎ ｇ　ｅｔ　ａ１．　（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉ－ｔｅｃｈ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔ ｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｉｎｇｘｉａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ 　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　
Ｙｉｎｃｈｕａｎ，Ｎｉｎｇｘｉａ　７５０００２）　
Ａｂｓｔｒａ ｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　 ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ａｐｐｌ ｉｃａｔｉｏｎ，ｓａｖｅ　ｗａｔｅｒ　ｒｅ—　
ｓｏｕｒｃｅｓ，ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　 ｏｆ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ａｎｄ　ｌａｂｏｒ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｓ ｏｉｌ　ｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ　ｇａｒｄｅｎ，ａ 　
ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－ｂａｓｅｄ　ｗａｔｅｒ——ｆｅｒｔｉｌｉ ｚｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｃｈｉｎ ｅｓｅ　ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　
ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ａｐｐｌ ｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｂａｓｅ　ｏｆ　Ｚｈ ｏｎｇｎｉｎｇ　Ｄａｄｉ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｆｏｒ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ａｃｑｕ ｉｓｉｔｉｏｎ　
ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎ ｅｓｅ　ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ　ｉｎ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｐｅｒｉｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ ｔａｌ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｄａｔａ，ｊｕｄｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｅｒｔｉｌ—　
ｉｚｅｒ　ｒｅｑｕ ｉｒｅｍｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ，”ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｆ ｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ”，ａｃｈｉ ｅｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａ—　
ｔｅｒ－ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｉｎｔｅｌｌ ｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｏｌｆｂｅｒｒｙ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　 ｓｔａｂｌｅ　ｉｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｈａｖｉｎｇ　ａ　ｃｌｅａｒ　ａｎｄ　
ｆｉｒｅｎｄｌ ｙ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｏｐｅｒａｔｅ．Ｗｉｔｈ　ｉｔ，ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉ ｎｇ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ 　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．　
Ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｈｉ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｆ ｕｒｔｈｅｒ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇ　ｉｒｒｉｇ ａｔｉｏｎ；Ｗａｔｅｒ－ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ；Ｃｏｎｆｉｕｇｒａｔｉｏｎ　ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　
枸杞是宁夏特色优势产业和主要经济作 物，种植历史　和施肥参数进行施肥，实现枸杞水肥一体化的智能化控制。　
悠久。土地盐碱化是枸杞产 业发展面临最主要问题之一，造　
１　系统总体设计　
成这个问题的主要原因就是枸杞施肥不合 理。目前，枸杞施　
１．１系统网络结构　
肥主要采用平均施肥的方法，该方法增加了不必要的 投入，　
利用组态王软件设计枸杞水肥一体化智能控制系统，　
污染环境，同时使产品品质下降 。由于施人养分和需要不匹　
该系统包括感应层、监控层、管理层三个层次结构。控制层　
配， 使枸杞中对人体有益的维生素和水溶性糖分降低，对人　
主要包括传感器和电磁阀，通过接受管理层下达 的命令控　
体有害的硝酸盐含量增高。以不投肥、药进行的农业生产提　
制电磁阀、水泵的起停 以及传感器数据采集。管理层是在系　
供洁净、无公害的产品数量非常有限，唯有按需变量供应养　统自动运行时通过上传数据进行逻辑判断，管理电磁阀、传　
分才能满足大众对洁净、无公害产品的 需求＿１１。“水肥一体　
感器等。监控层对下连接控制层，对上连接管理层，实现对　
化”是 将灌溉与施肥融为一体的高效农业灌溉技术，就是把　
现场的实时监测与控制，且在智能控制系统中完成 上传下　
肥料溶解在灌溉水中，由灌溉通道输送给田间每一株作物，　
达和组态开发的重要作用 ；同时，运用画面、数据、动画等形　
以满足作物生长发育的需要，如通过滴灌管道施肥【２－３】。水 肥　
式实时显示各监控数据和运行状态。　
一
体化技术可定量供给作物水分，养分，维 持土壤适宜水分　
１．２系统流程控制　
和养分浓度　，调节水的人渗速率，灌水均匀，不产生 地面　
按需施肥是最科学合理的施肥方案，该系统首先获取　
径流，减轻土壤板结，减少土壤蒸 发和渗漏损失，使灌溉水　
环境因子的各项参数和枸杞的生育期信息，判断枸杞是否　
利用效率 达９０％以上【　；同时由于实现水、肥同步管理，可有　
效提高肥料利用率，节省施肥用工［７１。该 设计基于组态技术　
以及传感技术，利用组态王软件设计枸杞水肥一体化智能　
基金项目：宁夏 农林科学院科技创新先导资金项目“物联网技术在枸　
控制系统，该系统可以实时显示枸杞施肥灌溉。用 户登录该　
杞生产中的应用研究”。　
系统可以现场查询气象数据，如当前温度、湿度、光照等 以　
作者简介：李锋（１９８１一），男，宁夏银川人，助理研究员，硕士，研究方　
向：农业 信息化、“３ｓ”技术应用。　
及施肥灌溉状态参数，还可以通过操作系统界面设定灌溉　
收稿 日期：２０１５—１０—０４　

８６　李锋，等基于组态技术枸杞水肥一体化智能控制系 统设计　５６卷１１期　
需要灌溉和施肥；如果需要，根据生育期信息判断配肥的比　
３田间水 肥系统设计　
３．１系统现场布设（图４）　
例并开始配肥；配肥的同时利用传感器测量肥液ｐ Ｈ和Ｅｃ　
值，监测培肥比例是否达到要求，然后打开灌溉水阀向田间　
输水（图１）。　枸杞品种　
　ｌ
停止灌溉　
图４　水肥一体化装备设计方案　
图１　系统 控制流程　
以中宁大地生态公司枸杞基地作为应用示范区，利用　
文丘里原理通过水泵加压实现 肥液的混合。其原理是由于　
２系统软件设计　
组态王软件适应性强、开放性好、易于扩展，利 用组态　
水流运动时流速不同而产生压力差，利用压力差将液体肥　
料压人输水管网中。水泵从 混液桶中吸出肥料的混合液，文　
王软件设计枸杞水肥一体化智能控制系统，主要包括主界　
面 、灌溉设置界面、报表界面、图像界面以及报警界面，人　
机操作界面友好。　
在枸杞水肥一体 化智能控制系统主界面（图２——封　
二图６），单击左侧红色按钮可以查看肥液的ｐＨ、Ｅｃ值、土　
壤和空气的温湿度以及光照等数据。双击主界面下侧４个　
信息区可以对农田的基本情况进行编 辑录入。控制区和灌　
溉区分别对相应电磁阀的开关状态进行显示。　
在枸杞水肥一体化智能控 制系统灌溉设置界面（图　
３——封二图７），可以选择施肥和灌溉的操作模式——手　
动或自 动，手动模式下可以设置灌溉以及各种肥液施肥时　
丘里管循环加肥。为了控制肥料的掺混比例，设计了 ３路吸　
肥口，使用电磁阀和浮子流量计控制不同的肥料的吸入量。　
３．２供水管道设计　< br>试验地每１０　ｄ供水１次，每次滴灌１０　ｈ。共安排了６　
个对比试验区。为了满足灌溉水量 充足，必须要保证一个试　
验区施肥的同时其他的５个试验区处于滴灌状态。根据以　
个试验区 安装电磁阀和止回阀各２个（图５）。　
由于试验区比较集中，如果使用无线通信控制电磁阀　
成本反而会比较高，因此选择了在田间布线实现设备与电　
磁阀之间的通信。但是最远端的电磁阀距离设 备控制点　
５００　ｍ，考虑到电压的衰减，使用１　ｍｍ　双芯护套线。　
３．３水泵选型　
模块中的任意１个可以打开相应界面进行操作查看。基本　
上灌溉条件和试验要求，在试验地布 设供水管道５００　ｍ。每　
间，显示各支路灌溉和施肥状态。　
另外，图像界面监控枸杞灌溉 和施肥情况，用户还可以　
通过报表界面和报警界面查看历史数据和报警情况，进一　
步对农作 物的灌溉施肥参数进行最佳设定。　
（１）水泵流量计算　
滴灌带长度Ｌ　＝１００　ｍ，管径 Ｄ　＝１５　ｍｍ，每条滴灌带上　
有滴灌头１００个，每个滴灌头出流量Ｑ，范围为６～１０　ｈ，　
图５　供水管道施工