设施大棚沙培蔬菜水肥一体化系统设计(2)

3.3 设计灌水定额

设计净灌水定额：

md=TIa

式中：md，设计净灌水定额，mm。经计算，设计灌水定额3mm。

设计毛灌水定额：

式中：m′，设计毛灌水定额，mm。计算得到m′=3.3mm。

3.4 一次灌水延续时间

式中：t，一次灌水延续时间，小时；Se，滴头间距，0.2m；SL，滴灌带间距，0.3m；qd，滴头流量，2.0L/h。计算得到t=0.09小时=5 分30 秒。

4 系统设计

4.1 灌溉系统

（1）水源工程：项目水源为地表水与收集雨水作为灌溉水源，通过离心泵将水输送至田间，水泵采用变频控制。

（2）过滤系统：滴灌对系统水质要求较高，设计水源为地表水及雨水，考虑水质稳定性不强，在系统首部安装一套砂石过滤器及一套碟片式过滤器对水源进行过滤，过滤器均具备自动反冲洗功能，可根据过滤器前后压力差实现过滤器自动冲洗功能。

（3）田间输配水管网：输配水管道包括干、支、毛，项目干管采用硬聚氯乙烯管（PVC-U），埋设于地下；支管采用聚乙烯管（PE 管），直接铺设地面上。

（4）灌水器：设计灌水器采用贴片式滴灌带，滴灌带壁厚为0.4mm，内径为15.2mm，滴头间距为0.2m，额定工作压力hd＝10m，额定流量qv＝2.0L/h，流态指数x＝0.5。滴灌带采用多行直线布置，布置方式为一膜四管六行。

4.2 施肥系统

施肥系统采用水肥一体机进行施肥。施肥机由显示屏、主控制系统、水泵控制单元、灌溉电磁阀控制单元、报警装置、3 路电动阀控制带流量显示的文丘里吸肥通道（可扩展）、EC/PH 检测单元等构成。系统在一个标准支撑平台的基础下，主控制系统利用安装在吸肥通道上的流量计监测肥料用量，利用主管道上的流量计监测水用量，控制3路吸肥电动阀的开度，直至主管道的水量和肥料通道上的肥料用量达到设定比例值，当主管道水量发生变化时，自动调节肥料吸入量，始终将吸肥量维持在一个稳定水平，然后打开田间电磁阀进行灌溉，设备配肥精准，灵敏度高。

4.3 自动化控制系统

本系统运行农业物联网自动化控制技术对系统进行自动控制，主要包括两线解码控制器、解码器和田间电磁阀三部分：

（1）两线解码技术：基于两线解码技术的自动灌溉系统是由灌溉系统软件及上位机、主控制器、解码器、电磁阀、传感器等组成。灌溉系统主控制器通过两芯电缆线与解码器连接，各解码器与电磁阀和各类传感器相连，采用低功耗电力线载波通信技术。每个解码器都有一个或多个地址，灌溉系统根据编制好的程序通过两芯信号线向不同地址传送命令，地址激活后，解码器允许电流流向电磁阀或传感器，控制电磁阀开启或读取传感器相关数据，实现灌溉系统功能。

与多线分控灌溉控制系统相比，基于两线解码技术的自动灌溉系统控制线的敷设距离明显缩短，线缆总数量比多线分控箱系统减少约70%~80%，遭受雷击的几率也相应减少；在一条两芯电缆线上实现多个地址控制，线路出现各种故障的几率也大为降低，可靠性显著提高，便于后期维护管理。

（2）田间解码器：解码器是两线解码技术的核心设备，是控制电磁阀开关的中间设备，通过编写地址码，识别灌溉阀区，完成开闭动作，从而实现系统的轮灌灌水，解码器是将具有开关量、模拟量输入输出功能的微处理器、防雷接地保护装置，用压缩树脂方法固化在塑料壳体中制作而成，它可以很好地保护内部电子元器件，做到防水防蚀，可直接埋于地下。

（3）电磁阀：电磁阀是起到开关水量的作用，通过控制电磁线圈的通断来实现，设计采用AC24v 交流电磁阀进行，电磁阀需要稳定性好，使用寿命长。

（4）控制软件：本系统采用两套控制方式：现地控制和远程控制，现地以智能施肥机为控制核心，通过人工在施肥机操作平台上进行设置，到达预设值后系统自动启动，同时开发一套手机APP 程序进行远程控制，通过内置的物联网卡实现远程通讯，无距离限制。

5 结束语

沙培蔬菜水肥一体化系统不仅实现了灌溉施肥远程控制，可节省劳动力；而且实现了水肥的精准化种植、高效化管理，有利于设施大棚沙培蔬菜生产的标准化发展；同时进一步提高了沙培蔬菜生产效率，提升了农产品品质，有效改善了设施大棚生产环境。在推进农业供给侧结构性改革和农业高质量发展的大背景下，设施大棚沙培蔬菜水肥一体化系统具有很好的推广应用前景。

文章来源：《灌溉排水学报》 网址: http://www.ggpsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0121/487.html