《Computers and Electronics in Agriculture》：IoT-Enabled precision fertigation for Ngoc Linh ginseng house Cultivation: Hydraulic–Electronic Co-Design and Edge–Gateway validation
编辑推荐：
•一种针对越竹参（Ngoc Linh ginseng）的作物专用物联网水肥一体化平台已得到验证。•液压-电子协同设计实现了 DU_lq 达 97.26%，CVq 为 1.45%。•电导率（EC）误差为 1.67%，10 分钟内 EC/pH 稳定，无过饱和现象。•LoRa 节点
- •
一种针对越竹参（Ngoc Linh ginseng）的作物专用物联网水肥一体化平台已得到验证。
- •
液压-电子协同设计实现了 DU_lq 达 97.26%，CVq 为 1.45%。
- •
电导率（EC）误差为 1.67%，10 分钟内 EC/pH 稳定，无过饱和现象。
- •
LoRa 节点-网关控制的报文送达率达到了 97.42%–100%。
- •
该系统每年可避免 1460 次手动启动操作，能耗为 4.17 Wh/L。
引言
越竹参（Panax vietnamensis Ha et Grushv.）是一种高价值的越南药用植物，其栽培周期长且生态条件要求严格（Le et al., 2023, Le, 2022）。它通常在遮荫、凉爽、湿润且排水良好的条件下栽培，在这些条件下，水分不足和水分过多均会影响根区稳定性（Le et al., 2024, Le, 2022）。这些限制使得精确控制水分和营养供应成为保护栽培的核心工程要求。
精准水肥一体化是指在反馈监控下，根据实测的根区和系统状态，按照可控的时间、水量、浓度和空间分布，对水分和溶解营养进行输送（Miller et al., 2025, Mohammed et al., 2021）。现有的系统主要面向蔬菜、果树、水培和大棚设施开发（Mohiuddin et al., 2024, Morchid et al., 2024）。它们的操作假设并不直接适用于越竹参栽培的低流量、架式输送和扰动最小化要求。
农业物联网平台集成了分布式传感、本地控制、网关通信和远程监控（Jain and Kaur, 2024, Kumari et al., 2025）。然而，许多已发表的系统侧重环境监测或水泵启停控制，而较少研究在同一作物导向的原型中联合验证液压分配、电气保护、营养液目标值、现场通信和故障处理（Gupta and Pal, 2025, Hamdoon and Zengin, 2023）。这在高价值药用植物的紧凑保护栽培环境中留下了系统集成方面的空白。
本研究的目的是设计、实现和评估一种面向架式越竹参栽培大棚的物联网低流量水肥一体化平台。其贡献在于通过实验实现了低流量液压网络、受保护的电气执行机构、LoRa 节点-网关通信和 Web 监控的协同设计。与通用智能灌溉控制器不同，该平台评估了液压分配和故障响应；与水培施肥系统不同，它解决了基质架式输送问题；与仅监控型温室平台不同，它将传感与受保护执行机构及手动恢复相结合。本研究评估的是工程性能，并未声称具有农学有效性。
本文其余部分组织如下。第 2 节回顾了基于物联网的灌溉、自动化水肥一体化以及农业系统边缘-网关架构的相关研究。第 3 节介绍材料与方法，包括栽培要求、液压设计、电气控制、物联网节点/网关硬件、软件框架和验证指标。第 4 节报告原型实现和系统级性能，重点介绍液压输送、水肥控制、物联网通信和运行可靠性。第 5 节讨论工程意义、实际部署潜力、局限性以及向 AI 辅助精准水肥一体化发展的未来扩展。第 6 节通过强调所提出架构对高价值药用植物智能栽培的价值对论文进行总结。
章节摘要
基于物联网的智能灌溉系统
基于物联网的灌溉技术已从定时浇水发展为数据驱动的田间管理，其中环境传感、无线通信和远程执行机构被整合在一起，以提高用水效率并减少运行不确定性（Rajak et al., 2023）。近期的精准农业综述一致表明，智能传感器、物联网连接、云平台和数据分析已成为实现作物资源高效管理的核心推动因素，尤其是在相关应用中
栽培要求与原型规模
实验性水肥一体化系统是针对架式越竹参栽培大棚开发的，在该系统中，水分和营养的输送必须保持温和、空间均匀且可在低流量条件下进行控制。原型规模的确定依据是物理种植布局而非通用灌溉模板。栽培单元由五组栽培架组成，每架包含三个垂直层。每架容纳九个育苗盘，整个
原型实现与系统集成
所提出的物联网水肥一体化平台已实现为针对越竹参大棚栽培的完整多层原型。该实现并未止步于单个设备的组装，而是将作物特定的栽培要求转化为一个物理集成的系统，该系统将架式种植几何结构、低流量液压输送、受保护的电气执行机构、边缘-网关通信和基于 Web 的监控连接在一起。这种集成对于
对高价值药用植物的工程意义
结果表明，所开发的原型超越了传统低成本智能灌溉的范畴，达到了具有可衡量工程验证的作物导向精准水肥一体化平台水平。该系统被实现为液压输送、电气保护、物联网传感-执行机构、网关通信、Web 监控和架-层水肥一体化管理的集成组装体。这种集成对于高价值药用
结论
本研究开发、实现并定量验证了一种物联网精准水肥一体化系统，该系统针对越竹参（Panax vietnamensis Ha et Grushv.）的架式栽培进行了定制。越竹参是一种高价值药用植物，需要稳定的根区水分、温和的营养输送和最少的人工干预。与通用灌溉控制器或传统温室水肥一体化系统不同，所提出的平台被设计为一种集成的液压-电气-物联网
CRediT 作者贡献声明
Hieu-Trung Nguyen：软件、项目管理、调查、形式化分析、数据整理、概念构思。Thanh Q. Nguyen：撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、可视化、验证、监督、软件、资源。Thanh-Nhan Le：项目管理、方法论、调查、获取资金、形式化分析、数据整理、概念构思。Trung-Hieu Hoang：软件、资源、项目管理、方法论、调查、获取资金
利益冲突声明
作者声明他们不存在已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些情况可能会影响本文所报告的工作。
致谢
作者感谢越南越竹参大学为本研究提供的机构支持。作者还感谢半导体与微芯片技术研究所以及参与物联网自动水肥一体化原型设计、制造、组装和初步测试的技术团队，该原型用于越竹参大棚栽培。
Hieu-Trung Nguyen|Thanh Q. Nguyen|Thanh-Nhan Le|Trung-Hieu Hoang|Thang-Viet Tran
