一、应用背景
水肥利用低效：传统漫灌 + 人工施肥模式下，水资源利用率仅 30%-40%，化肥吸收率不足 50%，存在严重浪费;
管理依赖经验：施肥灌溉全凭农户主观判断，易出现 “少则缺肥、多则烧苗”，导致作物产量波动;
劳动力成本高：规模化种植需大量人工巡查、配比、操作，效率低且人工成本持续上涨;
生态污染风险：过量水肥渗透土壤深层，引发地下水污染、土壤板结等环境问题。
二、系统概述
1、系统定义
智能水肥一体化灌溉系统是融合传感器感知、物联网通信、边缘计算算法、自动控制技术的综合解决方案，通过实时采集土壤、作物、气象数据，动态生成最优水肥配比与灌溉方案，由水肥一体机精准执行，实现按需供给、水肥同步。
2、核心目标
精准化：根据作物生育期、土壤墒情、环境条件，精准控制水肥浓度、灌溉量、灌溉时间;
自动化：全程无需人工干预，支持定时、定量、条件触发等多种灌溉模式;
可视化：通过手机 APP/WEB 平台实时监控设备状态、土壤数据、灌溉记录，支持远程控制;
可扩展：兼容不同作物(蔬菜、果树、大田作物等)、不同种植规模(农户、合作社、农业园区)，支持与溯源系统、气象平台对接。
三、核心技术架构
系统采用 “四层架构” 设计，确保稳定性、兼容性与可扩展性：
感知层：采集水肥相关核心数据，为决策提供依据。由土壤传感器(温湿度、EC/PH 值)、作物长势传感器(叶面积指数、叶绿素)、气象传感器(温湿度、光照、降雨量)、流量传感器、压力传感器等设备组成;
网络层：实现感知层与平台层的数据传输，支持偏远地区全覆盖，支持LoRa/NB-IoT 无线通信、4G/5G、以太网等网络;
平台层：负责云服务器、决策引擎、数据管理、数据存储、历史分析、自动报警等方式，支持千万级数据并发处理;
应用层：用户操作入口，提供监控、控制、数据分析、报表导出等功能，可从手机 APP、WEB 管理平台、现场控制柜等终端，分别进行手动、远程、自动控制;
执行层：接收平台指令，精准执行水肥配比、灌溉作业，由智能水肥一体机、变频恒压水泵、电磁控制阀、滴灌 / 喷灌管网等部分组成;
四、核心功能
1、数据采集
土壤监测：实时采集土壤含水量(范围 0-100%)、EC 值(土壤肥力指标，0-20mS/cm)、PH 值(4-10)。支持多点部署(每亩 1-2 个监测点)，数据采集频率可设置(10 分钟 - 1 小时 / 次)。
环境与作物监测：气象传感器采集空气温湿度、光照强度、降雨量、风速等数据;作物传感器通过光谱分析获取叶绿素含量、叶面积指数，判断作物营养需求。
设备状态监测：流量传感器监测水肥混合液输送量，压力传感器监控管网压力;实时反馈水泵、电磁阀、水肥一体机运行状态，异常自动报警。
2、智能模式
支持多种规格模式，支持用户自定义作物参数，适配特色种植需求。
干旱模式：优先保证水分供给，适当降低肥料浓度;
多雨模式：减少灌溉量，增加钾肥比例，增强作物抗涝能力;
结果期模式：提高磷钾肥比例，促进果实膨大与糖分积累。
3、精准执行
智能水肥一体机：支持 4-8 路肥液吸入通道，精准控制水肥混合比例(误差 ±2%);具备自动搅拌、过滤、压力稳定功能，防止肥液沉淀堵塞管网;适配固态肥、液态肥、水溶性肥等多种肥料类型。
变频恒压控制系统：根据管网压力自动调节水泵转速，保证灌溉均匀度(变异系数≤5%);支持多区域轮灌，可设置灌溉优先级，避免管网压力不足。
终端灌溉设备：可选滴灌(果树、蔬菜)、微喷灌(大田作物)、雾化喷灌(温室作物)等方式;电磁阀支持分区控制，实现一区一策精准灌溉。
4、远程监控与管理
多端管理入口：手机 APP：支持 iOS/Android 系统，功能包括实时数据查看、设备控制、灌溉计划制定、报警推送(短信 + APP 通知);
WEB 管理平台：提供数据报表(日 / 周 / 月灌溉量、用肥量统计)、趋势分析(土壤墒情变化曲线)、设备运维记录;
现场控制柜：配备触摸屏，支持本地操作与参数设置，断网状态下可独立运行。
异常报警：涵盖传感器故障、设备故障、管网压力异常、水肥不足等 10 + 报警类型;
自动处置：故障发生时，系统自动停止相关区域灌溉，避免二次损失。
5、数据管理与分析
数据存储：云端存储历史数据(≥1 年)，包括传感器数据、灌溉记录、设备运行数据;支持数据导出Excel格式，便于农业生产追溯。
数据分析：生成作物生育期水肥需求报告，为下一季种植提供参考;对比不同区域灌溉方案效果，优化决策模型;能耗分析：统计水泵、一体机耗电量，优化运行策略。
五、应用效益
推动农业数字化转型，提升农业生产现代化水平;
降低种植门槛，助力小农户对接智慧农业技术;
保障农产品供给稳定，提升农产品质量安全。
减少水肥流失，降低地下水污染与土壤板结风险;
减少化肥使用量，降低农业面源污染;
节约水资源，缓解农业用水紧张矛盾。
六、应用场景
1、温室蔬菜种植
比如番茄、黄瓜、生菜等作物，精准控制温湿度与水肥，保障作物周年生产。土壤传感器(20cm 埋深)+ 叶面湿度传感器 + 水肥一体机(4 路肥液通道)+ 滴灌系统。节水节肥，进一步提升亩产量，降低病虫害发生率。
2、果园种植
苹果、柑橘、葡萄等水果种植，系统整合土壤剖面传感器(10/30/50cm)+ 气象站 + 水肥一体机(6 路肥液通道)+ 微喷灌系统，按需供给水肥，促进果实发育，减少裂果，提升优果率。
3、大田作物种植
小麦、玉米、棉花等作物，需要实现规模化管理，降低人工成本，抗逆性提升。系统通过区域式传感器(每 5 亩 1 个)+ 移动气象站 + 大型水肥一体机 + 喷灌系统，节水节肥，大大降低人工成本，抗旱能力显著提升。
