目前，国内水肥管理仍沿用传统的粗放式施肥方式，既浪费了水资源，又降低了化肥的利用率，同时也存在着因作物长势变化而引起的非线性、时变性和滞后现象。水肥融合的核心是在土壤迟滞和大惯性的情况下，实现对土壤湿度和养分等数据的实时收集和上载，如果数据有误，在传感器湿度模拟测量的湿度超过一定的阈值时，滴水管道电磁阀与水泵的电工作排入水源，使土壤水分和含肥量远远超出了常规值。
一、物联网关键技术
物联网是指通过感知装置，将对象根据特定的协议与互联网相连，从而对对象进行智能识别、定位、追踪和控制。自1999年首次提出这一理念以来，全球范围内的许多国家都给予了极大的关注。其在农业、工业、家庭、医疗、军事等各个方面都有广泛地应用。
农业物联网是“互联网+农业”的一个重要发展趋势，对实现农产品整体感知、智能决策和预警分析具有十分重要的意义。通过对物联网国家标准（GB/T33474-2016）、《物联网·参考体系结构》、国际物联网（ISO/IEC30141）以及对农产品的加工管理流程进行综合解析，按照物联网“六域”模式框架，水肥一体化系统的设计与实现所设计到的相关物联网技术包括感知技术和通信技术。
二、物联网水肥一体化系统的实现
（一）下位机系统的实现
在生产过程中，可以通过在大棚内操纵LED触摸屏来实现对生产过程中的各个环节的监控。当管理者采用人工操作方式时，该系统会出现故障，可通过操作各种按键来单独操作每一个装置；当管理者进行自动化操作时，该系统根据在作物上输入的有关参数，将其与作物配肥的控制模式作为一个基本的模块，在此基础上，通过与播种之前输入的有关参数相匹配的方式，来对该装置进行自动化的操作。除了模式调节外，还可以根据用户设定的灌水时段和灌水次数，实现对下级系统的灵活操控。
（二）上位机系统的实现
PC机系统布置是系统进行数据可视化和自动化装置管理的基本环节，它是在云计算中被配置的，当它开始运行时，需要在系统中输入一个使用者的名字和口令，来确认这个使用者的身份，然后判定这个使用者的权利。如果确认了，那么就会进入到主屏幕上。在该系统的主要界面左边是设定条与功能条，通过按钮可以实现对设备的管理，数据的管理，遥控等。在主接口的左边是一条资讯显示条，分为日志区域、通讯记录区域以及装置资讯区域。另外，还可以点击 dtu增加键，进入到装置增加的画面中来增加下级装置的资料。在此基础上，还可以增加底层服务器的 DTU标识、数据库名称以及数据库中的数据字段名称及种类，最后按“递交 DTU”按钮，就完成了新设备的增加。
该数据库管理接口用于保存从下级系统收集到的数据，并通过建立表格、设置表格名称和字段名称以及选取字段类型来实现数据表格的生成。建立好的表单可以用来储存资料，也可以使用密码来呼叫储存资料，以达到通讯传送、故障报警等目的。
在遥控接口中，可以通过对控制电机、搅拌阀和电磁阀的开启和关闭进行控制。并能根据命令的传送清单，让使用者自己设定灌溉区及灌溉期，达到对灌溉自动控制。
（三）手机APP客户端实现
为了便于使用者进行操控，达到对作物水肥的智能化浇灌，还可以开发一个手机APP移动端，它包含了温室水肥数据展示、数据可视化和水肥控制三个部分。使用者可以在这个手机的接口上，对大棚里的水肥状况有一个直接的认识，同时还可以对大棚里的水肥机进行操控，这对解放劳力，提升农民的工作效率有很大的帮助。
通过手机APP可以显示出大棚内的信息，使用者可以在资料框右边的灰色箭头处单击，就可以看到大棚内的温度、湿度、 EC值和灌溉机溶液中的 EC值。使用者可以透过手机的左、右划来开启控制界面，使用者可以透过控制模式，在手动控制与自动控制模式之间进行转换，在转换成手动控制之后，透过条形框架背面的按键，可以对水肥机的注水阀门、灌溉阀门的开启与关闭以及搅拌机的启动与关闭进行手动控制。
三、物联网水肥一体化系统在设施农业中的应用
（一）建设水肥蓄水系统
综合考虑作物种植面积和灌溉用水量等因素，设计相应的储水设施。例如，在水库修建时，采用防渗薄膜建造半沉式水池，并将水池分为澄清池、沉淀池两个区域，以满足山区丘陵地貌的绿化需求，达到较好的灌溉施肥作用。此外，对于水库的容量，要根据作物的密度和面积来决定，并对其他的用水量加以考虑。尽量选择洁净水源地取水，贮存于水库中，要做到科学、合理的用水需求。
（二）建设水肥自动灌溉系统
在水肥集成技术中，自动化灌水系统是一个非常关键的环节，它可以使作物在进行肥料和浇水时，获得不间断的恒定清洁水源。一般来说，该自动喷灌装置由四个部件组成，即变频控制器，水泵，过滤器，压力表和空气阀门。在浇水、给作物浇水、给作物施肥时，对自动喷灌头增压系统进行调节，使其满足工作要求。此外，为了防止该装置的阻塞，应定时清理该装置，以便种植作物的灌水和施肥工作得以顺利进行。
（三）建设电动配肥系统
以往的水肥集成工艺需要有人监督，需要手工投入和混合肥料，劳动强度大，用料精度不高，配料方式也比较粗糙。而采用了电控施肥装置，则能达到自动投肥和施肥的目的，达到连续施肥的目的。该设备包括投料，配肥，贮液，自动调节等功能。该系统通过给料设备向配料槽自动投放固态或液态化肥，并向配料槽内注射水，将其与配料槽内的水进行充分的搅动，让化肥相互交融，生成一定配比的液态化肥，再用水泵将肥液贮存在贮液装置内，实现连续自动施肥。使用自动化施肥系统，需要精确地控制施肥量，保证施肥溶液的浓度适宜，能够满足植物在各个生长时期所需要的养分，降低了人为的工作量，既能提高作物的效率，又能提高作物的产量。
（四）建设智能施肥系统
智能施肥系统在具体应用过程中，利用土壤营养传感器来监测土壤中的 N、P、K等元素。当土壤养分不能供应作物的需要时，可以将肥料系统开启，将肥料和水分通过水管输送到作物种植区。当养分含量达标时，就会自动切断，以达到精确施肥的目的。通过使用智能肥料系统，可以实现数据查询、系统设定、自动化控制和灌溉等多种功能，降低了水和肥料的使用，提升了农业的经营和生产效率。
（五）科学管理水肥
首先就是湿度的控制。播种的时候，要保证在整个生育过程中，保持表面的湿度，保证作物能够得到足够的水源。选用适宜的机械化灌溉工艺，在实施水肥一体化技术的时候，要严格监控灌溉时间、水流速率和灌溉强度，保证植株各个生育时期的含水量基本一致，避免在果实发育期间，由于土壤湿度的变化，造成植株开裂，降低了产量。
其次要注意营养的控制。在施肥时，应确定化肥的溶解性和溶出速率，避免管路阻塞。要掌握好气候、温度和搅拌对化肥的作用。采用水肥技术进行施肥，首先要确定整个施肥量，根据作物在各个发育时期对特定的肥料需要进行多次分量的浇灌。在应用水肥集成的过程中，应根据不同区域的土壤组成不同，确保不同作物的养分平衡。
四、结论
在农作物和经济作物生长过程中，水肥一体化的精确控制具有重要的现实意义。以解决当前传统的“粗放”灌水方式存在的问题为出发点，将环境信息实时收集到的信息反馈到“智能网关”中，实现“水肥一体化”的智能化调配，并将其通过管路传输到农作物的根系中，实现对土壤湿度、养分的精确控制。
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