水肥一体化技术是现代温室农业中节水节肥的重要手段之一,目前,国内生产的轻简水肥一体化设备虽然成本低,但存在控肥精度和水肥配比精度低等问题。大型水肥一体化设备的控肥精度和水肥配比精度虽高于轻简水肥一体化设备,但操控和维护设备人员须具备一定专业知识,在农业的实际推广应用过程中,设备暴露出成本过高、操作复杂、移动性差、维护难度大等问题,造成大型精准水肥一体化设备在温室农业中难以大规模推广。现代控制技术、移动互联网技术等快速发展,智能开源硬件更新换代,综合运用这些技术,针对上述问题,开展针对低成本、高精度、操作简易、可远程控制的轻简水肥一体化控制系统相关研究。具体研究内容如下:1、研发了轻简水肥一体化控制系统。根据温室环境灌溉施肥作业流程,设计系统总体控制方案,系统分为上位机控制系统和下位机数据采集系统。上位机以Raspberry Pi 3B为控制核心,设计硬件控制电路并进行软件实现,可对温室灌溉施肥作业过程的润湿、水肥配比、施肥、清洗环节进行精准控制。下位机以Arduino为控制核心,设计硬件控制电路并进行软件实现,通过采集水速、肥速,并实时上传到上位机系统,可为上位机系统执行控制算法提供精准数据支持。设计远程App,降低了农户操控和管理系统的难度,可统计灌溉施肥信息,支持远程控制和查看灌溉施肥信息。2、设计轻简水肥一体化控制系统的控制算法,并设计实验进行了验证。系统灌溉施肥控制之前需要精准水速、肥速支持,设计了流量控制算法并进行实验验证,可获取精准的水速、肥速数据。根据温室灌溉施肥作业的控制流程,设计了润湿时间控制算法、PWM实时调控水肥比例算法、施肥时间控制算法和清洗时间控制算法,实现对各个灌溉施肥环节精准控制。以灌溉水量和施肥量比例为500:15、600:15和700:15对所设计的系统控制算法进行多次实验验证。验证结果表明系统调控后的水肥比例与标准水肥比例之间误差低于0.6,系统控制施肥量精度误差低于5%。3、采用单神经元自适应PID算法调控水肥比例。可根据实时水肥比例与标准水肥比例之间误差,动态输出控制量PWM,快速将肥速调控至期望值附近,根据水速变化动态微调肥速。以灌溉水量和施用肥量为500:15对单神经元PID算法进行验证,试验结果表明:在8秒时,实时水肥比例与标准水肥比例之间误差降至设定误差范围。之后,系统将根据水速变化继续微调肥速,具有较好的适应性。系统主要设计了流量控制算法、PWM实时调控算法和施肥时间控制算法,通过现场试验对控制算法进行验证,试验结果表明系统可实时调控水肥比例,精准控制施肥量。通过单神经元PID算法调控水肥比例,缩短了水肥比例调控时间,且对水速动态变化具备一定适应性。通过设计系统控制电路,降低系统整体成本。并设计软件系统,对灌溉施肥过程进行控制。将App与蓝牙技术结合,实现在一定范围内可对系统一键远程操控。