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荣幸加入了水果邦这个大家庭 , 几个月前来随意发了一张帖子，里面没有什么内容的。
就标题：我自己做了套智能化淋水淋水肥系统，一个人管理20亩 ，引起了 1万4千多阅读量后。 我就决定写一篇内容更丰富一点的介绍图文帖子。
写帖子是义务劳动，没有收入的。因为要收集很多我们自己的图片、素材、视频，所以有些内容是存在了我们公司的服务器上。
我会尽量全部转过来水果邦论坛的。（我是拼音输入法，有一些错别字，写得不好的地方请见谅。）
科技驱动农业--智能化种植系统提升生产效率“1个人管理20亩果园”
首先让大家看一下我们今年以6个月时间种植出来的百香果。此品种为金星六号。
1、 2、 3、
这是从2020年的4月到2020年的10月，6个月，期间我们并不懂种植，也是第一次接触这种水果。早前我们连吃都没有吃过这水果，就是朋友提供了果苗并委托我们设计一套智能化的种植系统，才开始对这种水果进行深入的研究。
以上是前言
第一部分---构思、搭棚、召集人员、布置、融资、物料、采购（简单叙述一次）
在我们开始之初，是完全不知道这品种对水、阳光、肥料的要求为多少的。也就是说，我们没有任何数据，只能自己亲自种植一次。 然后我们通过政府的资源就寻找到一户愿意和我们合作的农户。
这段故事涉及了很多事情，包括我们签协议、被人诽谤、嘲笑、反对等等故事，这些后续我会开新帖子来说。今日就暂时不讨论这个。
这是我们刚开始的场地，这里我们称之为 226号场地。 因为这个是我们公司的第226号项目。
1、我们直接请了挖掘机把1亩地打平，开出一个27x15的平整地形，其实长宽再增加1.5米为之最好。这里只是我们的获得地形有所限制。 2、这是我们自行设计的一套（raspberry Pi & arduino系列）气象站系统，用于观察、监控获得大气、空气、土壤、降雨、风速等数据。支持220v或太阳能供电。
场地建设完成后
获得场地后，我们就开始进行棚架、水管道与水肥一体化的系统框架设计。
期间我作为项目主要发起人、负责人与主设计者，我也亲自到场搭棚、组装配件、采购、分析问题、解决问题。这是创业者、公司决策者必须也是必要做到的基本。
以下就是我们与水电师傅在组装配件。说到这里，其实我可以再写一篇3万字的论文介绍我们所遇到的困难和怎么样解决的，就单单是水肥一体机与管道设计，我们就开发了13个版本。
  因为我也是第一次设计、开发这种系统，且能发动的力量都发动了，每样事情都是亲历亲为，所以受伤也是在所难免。
这套水肥一体机，是我们整套系统的核心，因为水肥一体机可以直接通过管道提供水、肥到植物根部，而且智能化运作后我们就不需要人工去干预，通过智能化运作节省人工、提高效率就是我们智慧农场系统的最大竞争力。
但在设计、开发的过程中，我们是充满了曲折的。 在水肥一体机的设计上，我们后来又改进为
加装了： 前置地下水砂石过滤器。 后置出水口青苔过滤器。
1寸过滤器
并采用双水泵增压设计，取消了搅拌马达。因为双水泵回压即可代替搅拌马达的功能且可以增加压力又可清理药桶内污，节省更多的成本。
具体参数我们就不便在公开的帖子里面公布了，因为这毕竟是我们公司的商业化项目。
管道设计---电磁阀门分区与三种材料测试。合计7个版本。
1、管道设计，我们尝试了3种不同材料。 A：软塑料管，我们首先在管道边缘用铁线折弯密封，再用电钻打孔。产生的回压合理，但是会卷积泥土且日积后能封闭出水口。导致有些区域会被“盲区化”，也就是不出水肥，且被遗漏检查或者每天都是检查，导致系统维护成本剧增。 在此方案上，我们又尝试了在末端使用剪刀剪开裂口，让水自然流淌并产生回压冲破出水口，此方法奏效但需要较多人工且对手工要求高。
B：PVC管道，因我们设计的使用的是4分PVC作为主要管道，此方案属于我当时的一个设计疏忽，就没有考虑到水流回压不足，因为我们采用分区方式是16棵苗为一个区域，果苗与果苗之间的间隔是1.5米。每个区域采用一个220V供电的电磁阀门来控制开关水肥。这个方案初衷是好的，但是实现起来成本较高且效率不高，淋完全部区域合计15个区，需时30-60分钟。且衍生远处区域流量难以精细化控制，因为水流到远处需要一定的时间，而这个时间是需要详细测算的，这就是造成我们的研发成本增高。我们在PHP平台上一开始是设计统一淋灌时间后来拆分为不同区域不同淋灌时间，但始终会有一些偏差，考虑到压缩公司研发成本，我们后来就取消了这个方案。 一条4分PVC管道带动16个出水口，期间又需要经过一个4分电磁阀，无论是打5MM或者比5MM更小的孔，其产生的水回压都是不足的，因为有阳光的照射下，出水口是会产生青苔的，也就造成的水口堵塞。 另有一个致命问题就是地形是波浪形的，在高势地域的果苗得到的水分是少于低地势的果苗的，这情况是这种方案的致命缺憾，因为使用肥料的时候就会造成一些果苗会被烧根、腐根。
所以最后我们也否定了这个方案。
至今，我们已经测试了5种不同的淋灌方式。实在找不到一款可以确切可行的方案，我出了一趟差，去研究滴灌系统。
后来我带回来了大量滴灌系统的设备，这就有了C方案。滴灌型管道+稳流器设定。
C： 我们采用了水肥稳流器设计+上我们自行设计的水肥一体机的双水泵供应，解决了地势均衡、淋灌均衡的问题。虽然无法做到最优化，但精确度已经可以控制到毫升级了。
管道设计我们投资了最多时间去测试的一个环节。
而完成管设计后，我们的场地就是下面这样子的了。
1、这是刚刚开始搭棚的时候。
2、这是管道设计完成后的
这就是建成前与建成后并加装了---------LED植物生长促进灯后的效果。
第二部分，水肥一体机的集成电路设计
我们在研发水肥一体机之前，开发了多款智能控制箱。 如下
1、基于WEMOS D1单片机内部代号056D的8路控制箱
2、基于ARDUINIO UNO + ESP8266系列内部代号056A的16路控制箱
3、基于ARDUINIO+RJ45系列内部代号056R的8x4路控制箱
又是3个不同的方案。我们在每一组方案上，均开发了高于5个不同的单机片控制程序，且在单一系列程序中迭代了5个不同版本包括云端采集程序与控制通讯程序，我们甚至联系到了 AVR单片机官网，avrfraeks，美国AVR公司。
他们也很热情帮助我们解决一些单片机程序上的问题，并提供了更优秀的技术解决方案。
后续我们在不同的单片机方案中选定了 ARDUINO+RJ45模块的有线控制方案，因为经过测试后，有线方案才是最稳定、最可靠的。
美国人也给我们提出了看门狗清理、内存清理等C++程序改进建议。
最后定点 为 056R 这套控制方案 + 管控水泵 + 超声波液位探测。
水肥一体的控制端，我们测试了整整3个月，期间大量的程序问题被我们改进、否定、改进、测试----again、again、*N次
这是核心环节中最难的一部分。
水肥一体机的集成设计因为也是涉及到商业内容，我也是只能公开一部分。
而关键的PCBA设计与电路注意要点，就不能写出来了。大家有兴趣的可以私下与我讨论。还望理解，毕竟是公司项目！
第三部分--云端控制设计
关于云端设计，可以说是最简单也可以说是较为困难，不仅涉及人工智能算法还涉及到公司后续经营、研发竞争。
1、我们采用了时下成本最低的服务器搭配。
IIS+MYSQL+PHP，为什么选WIN做服务器？ 因为考虑到这台服务器还需要干点其他事情，所以我们没有采用LINUX系统。
而临时表系统，我们采用SUSELINUX来进行快速查询。为什么不选用阿里云、华为云之类的？ 不必了，因为我们有足够的技术力量来维持我们自己的服务器架构，不需要使用第三方支持。关键是我们考虑长远发展，300元一台的二手电脑经过配置也可以形成分布式计算服务器。
2、关于php程序员好招，因为php语言不用特别学习，就可以上手。我们公司没有人之前就学过PHP，而是直接拿来就开始用了。
智慧农场系统的界面设计与传感器数据收集后进行分析、制定应对的水肥灌溉策略。
目前农业系统做得最好的，我估计就是以色列的 netafim耐特菲姆 。
而我们目前并不需要达到他们的高度，因为他们已经有50年历史的跨国公司，是做滴灌系统起家的。我们只是中国大陆的初创型小企业，定位不一样。
所以我们目前仅仅需要做到是针对这种百香果定制出一套适合实际的水肥灌溉策略即可。
根据气象站传感器回报的数据分析。
我们采集了以下大量的数据
1、空气温湿度 2、大气压 3、风力、风速 4、日照强度与时间 5、降雨量 6、水质 7、用电 8、用肥 9、耗水 10、土壤数据（抽点）
在判定要给多少水、肥、补光给百香果，我们只需要以下数据就可以了。
1、空气温湿度 2、降雨量 3、土壤数据（氮、磷、钾）湿度 4、水质pH
其他数据我们可以采集，但只存在数据库，有需要再使用。
以下是空气温度分析表
云端是整套智能化系统的核心，其中涉及到一些人工智能算法。内容比较多，要表达清楚，也是可以写一篇10万字的论文了。我这里就简单地作出一个介绍。
通过空气温湿度数据、光照数据、降雨量数据。我们首先设计一套程序，以2日为一个单位，我们每2天调整一此权重比、水肥比。
1、找出最热的时间段。定义为 H
2、找出湿度最低的时间段 。定义为 W
3、找出最多光照的时间段。定义为 L
4、找出降雨最多的时间段。定义为 S
把HWLS分别分成 10个等级。
然后把土壤传感器放置到距离水肥一体机较远的位置，检查土壤数据。
通过对比HWLS的变化与权重，我们获得 Hx.Wx.Lx.Sx 的对比值评分，再核出水、肥（氮磷钾）的比例与下一次淋灌的用量，实现我们最优化的植物生长周期管理方式。
目前我们只针对金星六号百香果来测试，其中品种暂时不作研究开发。
下面是操作界面
界面是仿照触摸屏--可控制现场设备开关而设计的。适合各种平板电脑操作，直接打开网址就可以控制。
这是我们目前的智能化果园全貌
基本上我就是去看机械的运作，也没什么可以做的。
移动端的操作界面
最后部分介绍一下---天台版本的系统，我们也在策划中了并已经与某地方政府机构签订了合作协议，也正在开发中。这里可以透露一点信息。
这是我们设计的一种培育器皿，内置传感器。
通过传感器发回来的数据，我们的系统可以根据植物需要的养分进行供给。
需要多少水、需要多少肥，再由水肥一体机进行自动调配。
当然了，我们这个算法还需要继续进行优化，目前还在评测阶段。
以上就是我们公司近半年时间所做的一些小研发，谈不大大项目，就是为了将自己的一些理想实践出来了而已。
欢迎各位留言评论，如果观看的人多了，我会写出我们一直以后更多的经历。谢谢的大家看帖！
补充内容 (2020-10-31 11:08):
补充一点：大家以为智能化的成本很高，但恰恰相反，智能化的目前就是为了降低经营成本。 请一个工人要4000一个月，100亩，需要5-10个人，每个月支出起码2-4万。
如选用智能化系统，人工、电、水、肥可以降低一半。
补充内容 (2023-1-19 11:32):
由于我们的服务器地址改了，很多图片看不到了。 地址由原来的bbs.caffz.com改为cloud.caffz.com ，而www.caffz.com 是我们公司的网址。 | 
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发表于 2020-10-29 16:32
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