温室无土栽培作物所需的养分和水分均需从灌溉营养液中汲取,研究水肥一体化灌溉系统对提高设施农业水肥利用率、实现科学灌溉与施肥具有十分重要的意义。为改善温室水肥一体化灌溉的现状,本文运用嵌入式控制器与HMI触控终端,设计了一套轻简式水肥一体化灌溉系统。系统实现了对温室环境信息、水肥信息的在线监测和滴灌执行机构的实时控制;同时,依据作物不同生长期的养分需求,分析并确定了适宜作物各个生长时期需求的肥水比例,为实现水肥精准混合提供了决策依据。试验证明,本系统稳定可靠、使用便捷,可用于温室无土栽培的水肥一体化灌溉。基于轻简式设计原则,研制了一种水肥一体化灌溉系统。其结构采用轻型的铝型材配以万向轮进行设计,体积小,方便温室内的移动和使用。系统由STM32控制器、Ec值等传感器、模拟量采集模块、继电器模块、HMI触控终端等部分组成。STM32借助模拟量采集板实时采集温室环境信息及水肥信息,并与HMI触控终端进行信息实时交互,人机交互界面实时显示参数信息并侦听灌溉或施肥等命令,经STM32解析正确后驱动继电器模块完成灌溉或施肥任务。系统利用Penman-Monteith方程建立适合本系统的灌溉量算法。通过计算作物的蒸发蒸腾,计算出滴灌时长,通过对滴灌时间的控制来控制灌溉量。系统分手动控制与自动控制两种灌溉控制模式。手动模式下,滴灌量由用户设定;自动模式下,依据系统监测的水肥参数,判断是否进行灌水或施肥操作,其滴灌时长由Penman-Monteith方程换算得到。本研究以新津春4号黄瓜为研究对象,参考黄瓜灌溉研究中成熟的营养液配方,选定相应元素肥料配制营养液母液,并对营养液的稀释比例进行标定,确定了黄瓜不同生长期适宜的肥水比例,为系统水肥的精准混合提供依据。在试验温室进行了水肥灌溉系统的试验分析:1.施肥作业前营养液母液自混合3min以上,能够消除营养液母液沉淀产生的水肥不均匀问题,水肥灌溉系统电导率Ec控制精度误差≤0.02(mS·cm-1),标准偏差小于2.83%,能够满足温室无土栽培作物的灌溉施肥要求;2.对不同灌溉压力、不同肥水比例条件下滴灌肥液E的分布效果予以分析,试验发现,滴灌水压、滴灌肥水比例(即溶液浓度)及距滴灌主管的距离对滴灌溶液水肥分布效果有较大影响;试验测得在0.32MPa灌溉水压下,整个温室滴灌6min后,滴灌溶液的Ec值达到稳定(具体大小与肥水比例有关),达到水肥均匀分布的预期目标。这为系统在温室中的应用提供了理论依据和实践基础。