灌溉系统

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇灌溉系统范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

灌溉系统范文第1篇

关键词：城市绿地；人工喷灌；再生水回用；水质安全

1.前言

1.1概述

近几年来，我国城乡公共绿地的面积增长迅速，灌溉需水量迅速增长。部分地区的灌溉设施不完善，在干旱季节，依靠洒水车和人工浇灌，既浪费人力、财力，又达不到良好的灌溉效果；采用自来水为水源的，更加大了绿地的养护成本。因此，从长远利益出发，完善灌溉系统、开辟新的灌溉水源对公共绿地的长效管理是非常必要的。

影响植物灌溉需水量的因素有气象条件（温度、光照、湿度、辐射及风速）、土壤性质及其含水状况、植物种植的环境、植物生长阶段等。昆明市属低纬度高原山地季风气候，年均温度在15.20℃上下波动，干湿季分明，年均降水量1035毫米，日照长，光能充足，霜期短，能见度良好，非常有利于植物的生长。尽管如此，昆明雨季集中、短暂，一年中大多数时间晴朗干燥，因此城市绿地的灌溉显得尤为重要。

本文结合昆明市某景观大道绿化美化工程灌溉系统施工图设计，探讨城市绿地灌溉系统设计的相关问题。

1.2工程概况

昆明市某景观大道绿化美化工程为道路红线外两侧各60m宽绿化景观带，长约6km，总面积为56.57公顷，分为15个标段，主要内容包括现场清污、种植土回填、绿化栽植、灌溉系统建设等。

2.灌溉方式

灌溉方式分为人工灌溉和自动灌溉。人工灌溉系统技术简单，投资少，运行、管理、维护简单，缺点是这种灌溉方法只能改变土壤湿度，对绿地植物生长的小气候影响小，灌水定额较大，不便于适时适量灌溉，水的利用率低，运行过程中人力投入大。自动灌溉系统具有如下优势：（1）节水；（2）省工；（3）提高养护质量；（4）增加景观效果。但是自动灌溉系统技术含量较高，系统组成较复杂，投资高，运行、管理、维护复杂，对操作人员素质要求高。根据业主要求，本工程选用人工灌溉方式。

3.水源及其水质

3.1水源

本工程靠近昆明市某城市污水处理厂，该厂有再生水厂，拟用该厂再生水作为绿地灌溉水源。

3.2水源水质

昆明市所有的污水处理厂出水必须达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准才允许排放；将此标准水质指标与《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）中城市绿化用水主要水质标准比较可知，城镇污水处理厂一级A标准出水基本达到再生污水用于城市绿化的水质要求，其中粪大肠菌群达不到绿化用水标准，为了保证回用水的生物安全性，回用前均经过加氯消毒，且要有一定的余氯。

叶茂研究发现，采用次氯酸钠消毒，投加量为4.5mg/L，余氯为1.8mg/L（均以Cl2计）时，总大肠菌和粪大肠菌都被全部杀灭。有研究表明，在余氯为0.5mg/L，接触时间6.5min的条件下，可以杀灭99.99%的甲肝病毒；而在余氯为6.6mg/L，接触时间为15min条件下只有50%的脊髓灰质炎病毒被灭活。

再生水中过多的余氯对所灌溉的景观带植物生长将产生伤害，甚至致其死亡，余氯上限的要求在现行的回用水标准中并没有体现。张楠等研究认为，再生水中的余氯对高羊茅与早熟禾的生长均有明显的负面影响。随着余氯含量的增加，两种草的相对地上生物量、光合速率和叶绿素总量下降明显，尤其早熟禾降幅更剧烈。试验表明，再生水灌溉高羊茅，余氯应控制在1.0mg/L以下，灌溉早熟禾，余氯应控制在0.8mg/L以下。

由此可见，为了保证再生污水回用于绿地灌溉的生物安全性，污水必须有一定的余氯；同时为避免过高的余氯对绿地植物产生负面影响，余氯应控制在一定水平。本工程水源为昆明市某污水处理厂再生水，其余氯符合国家标准要求。

4.首部枢纽工程

其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、加药器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、恒压变频控制装置等。本工程为人工喷灌系统，首部枢纽工程较简单，由动力设备（电机）、水泵、加药器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表及控制设备组成。水源为污水处理厂再生水，其SS可到达绿地灌溉要求，可不设置过滤器。再生水余氯达不到GB/T18920-2002的要求时，可通过加药器加氯；另外，如有需要也可通过加药器注入肥料。由于人工喷灌系统自动控制要求低，故控制系统较为简单。

5.景观带需水量

5.1景观带需水量参数

设计灌溉定额应依据设计代表年的灌溉试验资料确定，或按水量平衡原理确定。由于缺乏相关基础资料，故参照表1中所列经验数据选取。

表1绿地灌水量估算

注：“冷”指仲夏最高气温低于21℃；“暖”指仲夏最高气温21~32℃；“热”指仲夏最高气温高于32℃；“湿”指仲夏平均湿度大于50%；“干”指仲夏平均湿度低于50%。

昆明市属于“干暖”气候，故选取日需水量为6.0mm/d。《室外给水设计规范》（GB50013-2006）中浇洒绿地用水定额为1.0~3.0L/(m2·d)，亦即1.0~3.0mm/d。选取日需水量为6.0mm/d，基于如下考虑：

（1）GB50013-2006中绿化给水定额参照《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）确定，其相应的给水定额系小区绿化给水定额，小区绿化植物与市政道路绿化植物种类配置不同，需水量不同，故不能硬套该标准中的定额。

（2）应业主要求，本工程建成后要同时为新建景观带和已建成绿地提供灌溉水源；建成后有可能同时作为道路浇洒水源，故日需水量取得比规范大。

5.2景观带灌溉系统设计流量

5.2.1最大允许喷灌强度

确定了日需水量(6mm/d)，要确定喷灌系统的流量，必须确定喷灌强度。土壤的喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深，灌溉系统的设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度，喷灌强度过大将形成积水或地表径流，使得土壤板结或破坏土壤结构，造成水土流失。昆明市的土壤为壤土，最大允许喷灌强度为11mm/h。6mm/d的需水量在1h内喷洒完毕即喷灌强度为6mm/h，低于最大允许喷灌强度，符合要求。

5.2.2 灌水周期

绿地灌水周期由下式确定：

式中T设――绿地灌水周期，d；

W――日需水量，mm/d；

η――灌溉水的有效利用系数，风速低于3.4m/s，η=0.8~0.9，风速为3.4~5.4m/s，η=0.7~0.8。

经计算并做适当调整，本工程灌水周期为1d。

5.2.3 系统设计需水量

根据4.2.1和4.2.2确定的参数，本工程喷灌系统设计流量为

式中Q――系统设计流量，m3/d；

S――绿地面积，m2。

经计算，本工程喷灌系统设计流量为3394.2m3/d。本工程水源为昆明市某污水处理厂再生水，水量充足。

6.管道水力计算及管道布置

6.1管道水力计算

6.1.1管径计算

（1）快速取水阀

当取水阀用于浇灌时，其服务半径一般为20m，不得超过50m，本工程中取服务半径为30m。在道路两侧60m宽景观带中央各布置1条主管。经计算，本工程快速取水阀总数为210个。

为了减少水头损失，避免在主管上安装过多管件，故在每个标段各安装1根支管，将快速取水阀安装在支管上，可降低水损，减少管件数量，节省投资。

（2）支管管径

喷灌系统的工作制度可分为续灌和轮灌。应业主要求，为了方便招标、施工、管理及明晰责任，本工程15个标段的喷灌系统既是一个整体，又具有一定的独立性。采用轮灌制度，将每个标段作为一个轮灌区。由于是人工浇灌，假设建成后15标段最多有1个工人同时使用取水阀浇灌，各标段轮灌1小时，则每区平均水流量为q1=Q/15=226.28m3/h

平均每区取水阀个数为14个，则平均每个取水阀流量为q2=16.16m3/h，取管内流速为v=2.0m/s。绿化喷灌系统管内经济流速一般为1.5m/s，不得超过2.5m/s。本工程取2.0m/s，主要考虑喷灌管网工程投资，如取得小，必然增大管径，增加投资。

支管管径由下式计算确定：

经计算并适当调整，本工程支管径取63mm。

（3）主管管径

在道路两侧60m宽景观带中央各布置1条主管，假设建成后15个标段每标段最多有1个工人同时使用取水阀浇灌，则喷灌系统最大流量为Q1=15q2=242.44m3/h，管内设计流速V=2.0m/s，则主管管径由下式计算确定：

经计算并适当调整，本工程主管管径取160mm。

6.1.2 水头损失

应业主要求，喷灌管网采用塑料管，则沿程水头损失采用魏斯巴赫-达西公式计算，即

式中λ――沿程阻力系数，按勃拉休斯公式计算，即

（1）主管沿程水头损失

按最不利点计算，本工程主管沿程水头损失为32m。

（2）支管沿程水头损失

按最不利点计算，本工程支管沿程水头损失为6m。

（3）局部水头损失

管道局部水头损失一般取沿程水头损失的10%~15%，本工程取10%，经计算得局部水头损失为3.8m。

（4）总水头损失

即沿程水头损失与局部水头损失之和，为42m。

6.1.3 确定水泵参数

（1）水泵流量

由于有2条主管，故设置2台水泵，水泵流量为系统流量的一半，即Q1/2=121.22m3/h。

（2）水泵扬程

绿化灌溉给水管网从地面算起最小服务水压应为0.10MPa，即10m服务水头。水泵扬程为

H=H设+hz+∆H

式中，H――水泵扬程，m；

H设――设计服务水头，10m；

hz――水泵至最不利点快速取水阀之间管路总水头损失，42m；

∆H――水泵出口中心线至最不利点快速取水阀高差，本工程所在地地势平坦，高差很小，故取0.5m。

经计算，水泵扬程为53m。

6.2 管道布置

绿化灌溉系统的设计、施工与市政给水管道的设计、施工要求基本相同，因此可按市政给水管道设计与施工的相关原则、做法、相关标准、规范来做，不再赘述。值得注意的是，绿化灌溉系统应尽量将阀门井、泄水井布置在绿地周边区域，以便于使用和检修；管道尽量避免穿越灌木和乔木的根区，以满足绿地种植要求。

7.结束语

完善的灌溉条件是城市绿地的重要保障，使其发挥良好的景观效益、环境效益、生态效益，成为城市一道靓丽的风景。本文结合实际工程探讨了城市绿地人工灌溉系统设计的通用原则、一般步骤及注意事项，以期为类似工程提供一定借鉴。

灌溉系统范文第2篇

关键词：农田水利;灌溉系统;滴灌工程;分析;设计

0 前言

随着我国经济的不断发展，农业用水也成为了我国需要解决的问题之一，而农业滴灌作为一种现代化的高效节水的灌溉技术，在农田水利的灌溉当中发挥着非常重要的作用。

1 农田水利灌溉系统工程的基本概况

（1）农田水利灌溉系统老化现象严重

我国大部分的农田水利灌溉系统工程都是在人们公社时期进行建造的，所以说有的部分根被没有任何科技含量可言，渗漏现象非常的严重，沟渠中全是泥沙和杂草，每年不仅要话费大量的人力物力来对沟渠进行清理。

（2）重视农田水利灌溉系统工程的程度不高

我国投资建设的大型农田水利灌溉系统工程大多数还是停留在之前的水平上，已经满足不了现代化农业水利灌溉系统工程的需要，在灌溉系统中，经常会出现争水、偷水的现象，有的县的农田水利灌溉系统工程经费方面是不足的，使得农田水利灌溉系统年久失修，想修有担心经费问题，使得水利灌溉系统一直是处于维持现状的状态。

2 农田水利灌溉系统滴灌工程的设计方案

（1）滴灌工程设计的相关参数

我们根据节水灌溉的相关规则以及国内外的滴灌技术发展所积累的经验，将各项技术的参数确定为以下各值：微灌土壤的湿润比：P=40%～50%;微灌水的利用系数一般在0.90～0.95;设计灌水的均匀度为90%～95%;设计湿润度为0.80m;

（2）滴灌工程设计的目标

滴灌工程设计的最终目标是能够选择合理的滴灌技术形式，真正意义上确定滴灌的制度，运用典型设计作为例子对灌水区进行合理的布局，进行轮灌区的划分，实现滴灌系统首部枢纽设计。

（3）滴灌管线的特点

滴灌管线所用的滴头是内镶式的结构，这是其他的灌溉系统所不具备的，而且滴头在生产过程当中是直接焊在滴灌管内侧的，这样不仅可以最大限度的防止机械出现损伤，而且还节省了机械的空间。而且管线所采用的是壁厚不小于0.50mm的PE管，在实际的施工中可以将其直接插在管线上。

（4）滴灌管线的布置形式

滴灌管线的布置和农作物的生长、作物种类以及种植的方式是有着非常密切的关系的，不同的农作物所选用的滴头类型也是不同的，与此同时我们还要着重的考虑施工、管理等外界因素对农作物的生长是否有影响，比如说玉米、蔬菜等作物是属于条播密植作物，这些作物需要非常高的湿润比，所以滴灌管沿行向进行布置，一膜最少要一到两根，为了更好的确保最佳的灌溉湿润效果，滴灌的管线比较适宜铺设在地上。

3 农田水利灌溉滴灌工程设计

（1）管网布置的原则。我们要根据作物种植的要求以及所采用的灌溉技术，要求熟睡管要符合灌溉形式的要求;要结合作物的种植方向要求，确保作物的用水要求、保证调水方便、管理维修方面能够及时有效;管道的纵刨面要尽量的平顺，为了防止出现热胀冷缩以及冬季的冻害问题，输配水干管要深埋于地下，不同地区深埋的深度不同，一般情况下深埋的深度为1m左右。

（2）管网布置的形式。管网一般布置的形式是水源到加压泵到干管到支管，最后到滴灌管，由于我国的地形是非常复杂的，所以所有的干管都是采用鱼骨形进行布置，这样能够最大限度上减少水源的浪费，干管要深埋地下，支管可以放在地面。

（3）输配水管道规格。农田水利灌溉系统是一项非常重大的关乎民生的系统，它的建设一定要安全可靠，所以对于系统中输配水管道的规格和材质都要有一个非常明确的标准，这一标准是根据不同地区的设计流量所决定的，一般情况下滴灌管的材质是由低密度的聚乙烯拉制形成的，滴灌管材质的化学配方可以有效的低抗外界环境的应力破坏，同时材质当中还含有抗老化的添加剂成分，这样可以有效的预防管线老化，能够有效的延长管线的使用寿命，此外，为了确保每一个灌区都能够得到水资源，我们要结合当地的实际情况，在各个灌水区的首部安装一个能够调压的减压阀，设定一个统一的压力，这样的话，可以方便稳定滴灌管线所要求的压力数值，从而达到所有的灌区都能够均匀用水的目的。

（4）首部枢纽设计。首先要考虑的是过滤系统，因为过滤设备一直是滴灌系统长期以来安全运行的保障，因为任何一个项目区的水源水质当中都是有泥沙的，还有一些藻类以及漂浮物，这些漂浮物当中有的还有一些化学成分，要确定选用过滤系统的组合，设计要求这类系统具有坚固耐用、过滤性能可靠等优点，后期维护也要比较方便。

现阶段我国相对比较成熟的过滤组合有离心力沙石分离器加上叠片过滤器组;介质过滤器加行网式过滤器组，离心力式的过滤器组比较适合没有藻类和漂浮物的水源，因为这一水源当中含有大量的泥沙，这是离心力式过滤器组比较适合的，而介质过滤器组对河流水源的微生物和漂浮物具有较好的过滤效果。如果是水质很好的地区，其水源的过滤可以直接使用网式过滤器。其实不管选用哪种过滤器都是为了降低堵塞的程度。

参考文献：

[1]康权.农田水利学[M].北京：水利电力出版社，1992.

灌溉系统范文第3篇

关键词：自动控制；湿度传感器；频域反射计（FDR）；土壤灌溉系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）27-0204-01

1 引言

相比一些国家，我国水资源较少。根据科研工作者研究的数据表明，我国的灌水使用率低至40%。为了缓解这一困境，国务院曾在2012年印发的节水纲要中设定以下目标――新增高效节水灌溉工程面积需要达到1.00 × 107hm2以上，农田灌溉水有效利用系数需高于 0. 55。然而，现今我国的节水状况仍与2012年所定目标相差甚远。高效的灌溉设备是节水灌溉得以发展的前提条件。根据所观察国内外节水灌溉设备发展状况，剖析中国节水灌溉设备存在的缺陷及发展前景，提出的发展思路与建议，将有益于节水灌溉设备行业全面发展。[2]从节流的角度出发，通过自动灌溉系统检测到植物土壤的湿度过低时合理地对植物进行浇水保湿，而加大节省灌溉水的力度，使得灌溉的操作变得更加准确。[1]因此，设计出一种可以实时检测土壤中含水量并作出快速正确响应（即灌溉操作）且造价相对便宜的自动灌溉系统是相当有必要的。[3] 而本文进行的土壤自动灌溉系统研究也是必然的。

2 自动灌溉系统的设计

该设计是基于继电器模块的自动灌溉控制器，其主要对土壤湿度及灌溉控制进行设计研究。该设计主要是通过土壤湿度传感器获取土壤湿度的数据，进而将数据传送到继电器模块，从而控制进水阀的开关以完成自动灌溉。

2.1系统结构及原理

图1为土壤自动灌溉系统的结构简图，该设计由继电器模块，控制器，土壤湿度传感器，进水阀，220V电源等基本模块组成。系统由220V电源为整个电路提供能量。土壤湿度传感器充当观察员的角色，时刻监测土壤中的水分含量，并将信息利用电信号传递给控制器。控制器则是整个系统的大脑，其通过对电信号所携带的土壤中水分含量大小与系统给定的供水临界值进行比较处理，遵循控制规则发出控制信号，并通过电路驱动放大控制继电器模块的供电与否，直接操作整个系统电路的开或断，从而直接影响进水阀的开闭工作，进而实现灌溉功能。在工作过程中，土壤湿度传感器始终给予控制器反馈，实现了自动控制功能，同时通过设定适当的供水阈值，使土壤湿度达到一定水平后便自动停止供水以达到节水的效果。

具体系统结构如下：

2.2 FDR原理

在本文提出的自动灌溉系统中，土壤湿度的实时监控，便是基于FDR原理――即介电法实现。FDR的水分探头内有一对电极组成的电容器，当水分探头插入土壤内时，土壤便成为了电介质。而电容器与振荡器形成了一个调谐电路，当土壤电容的变化时，振荡器工作频率也随之同时变化。当发生共振的频率有所不同时，说明土壤含水量发生了变化，而介电法就是通过使用扫频频率来检测共振频率从而监控土壤的湿度。从研究者的实践得出：在大多数土壤中，介电常数的平方根与土壤容积含水量具有线性关系；并且土壤的介电常数大小基本取决于土壤体积含水量的多少。而实验证明土壤中水的介电常数明显要远大于土壤基质材料，从而可以忽略土壤类型、密度、温度，可溶性盐含量等因素的干扰。因此，土壤的含水量可以通过测量得到的土壤介电常数正确地表达出来。[3]

2.3土壤自动灌溉系统工作过程

土壤自动灌溉系统的运作首先是由土壤湿度传感器收集土壤中含水量的实时数据，然后在继电器中对数据进行分析，从而通过控制继电器的开关来实行对进水阀的控制。将继电器连接在220V的开关电源上、把土壤湿度传感器插在干燥土壤中，打开电源开关，当土壤湿度低于继电器模块中设置好的最小值时，继电器打开使得电流可以通过电路以打开进水阀进行灌溉；当灌溉土壤湿度高于继电器模块中已设定的最大值时，继电器模块则自动断开，电流将不能通过电路，进水阀关闭，灌溉也停止。将土壤湿度传感器插在潮湿土壤中，继电器则处于断开状态，电流无法通过电路，进水阀不打开，不进行灌溉。

3 结束语

提出的自动灌溉系统是通过实时检测土壤含水量，利用控制单位对实时数据和定额数据来进行比较，从而实现自动灌溉。本文描述了通过基于FDR原理的土壤湿度传感器搜集数据，继电器根据输出信号的大小控制进水阀的通断来实现快速、准确感知的节约型自动灌溉。该系统能够简单直接地处理土壤湿度数据，具有响应快，低功耗的特点，且设计简洁，可适应大部分环境，充分利用水资源，同时解放大量人力物力。

本文的未来研究工作还可以对灌溉系统的电源进行优化，对于太阳能资源丰富这个条件，可以将电源的转化改成利用太阳能电源，可节省用电，有效利用资源。在实际生产过程中，该系统可能还需要面对恶劣天气如雷暴、冰霜及虫害等意外情况的挑战，这需要我们在实践中不断改进。

在经济发展需求不断增大、水资源日益紧张，电子技术也在进步的大背景下，自动控制技术在节水灌溉中的使用越来越普遍。[4]在此情况下，自动灌溉系统的自动化、精细化便成为了农业灌溉发展的重要趋势。[5]电子技术的发展，不应该只是媒体网络上的发展，还应该发展到生活中去，发展到农业生产上来，减轻农民的工作负担，更好地进行农业生产，使得农业产品质量的到保证。

参考文献：

[1] 王会. 基于单片机的太阳能自动浇灌系统的设计[J]. 电子技术与软件工程，2015（20）：257-258.

[2] 袁寿其，李红，王新坤. 中国节水灌溉装备发展现状、问题、趋势与建议[J]. 排灌机械工程学报，2015（1）：78-92.

[3] 张瑞卿，戈振扬，单伟，等. 基于FDR原理的自动灌溉系统设计[J]. 传感器与微系统，2014（2）：80-82+86.

灌溉系统范文第4篇

关键词： ZigBee； 无线传感器； .Net； 智能灌溉系统； 上位机

中图分类号：TP315 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2012）12-61-04

Design and implementation of PC software for intelligent irrigation system

Zhao Zhenqi

（Wuxi Machinery and Electron Higher Professional and Technical School， Wuxi， Jiangsu 214028， China）

Abstract： According to the requirements of water， air and soil in farmland environment， an intelligent irrigation system is designed， based on wireless sensor network ZigBee. The system function is analyzed and overall structure is designed. The function demand， system architecture， concrete implementation scheme and key technology of intelligent irrigation system principal machine based on .Net are discussed.

Key words： ZigBee； wireless sensor； .Net； intelligent irrigation system； PC

0 引言

在水资源紧缺的条件下，要实现灌溉农业的可持续发展，就需要灌溉更加精确智能。在不影响农作物生长发育的前提下，按照农作物需水要求准确及时地预报，并实现水量的自动控制，精确施予。目前，主要采用先进的物联网技术与传统农业生产相结合的办法，通过研发先进的传感器、灌溉控制设备、功能强大的计算机灌溉管理软件等来实现科学灌溉，提高农业效益[1]。

由于全球气候的恶化和水污染等原因，水资源短缺已经成为全球性的问题。在各大园林、农业及高尔夫灌溉项目中，越来越多的人认识到了节水灌溉的重要性。为了保证人工植被和农作物的正常生长，节水灌溉系统起到了至关重要的作用。

1 系统主要功能

我们设计并制作出具有监视、控制、环境数据的不间断采集、整理、统计、绘图功能的智能灌溉系统，以实现优化科学灌溉。该系统适用于庭院、园林、农田等灌溉场所。主要包括以下功能：

⑴ 根据CO2浓度自动控制电磁阀的开关，与CO2发生器配套使用；

⑵ 根据土壤的干湿度自动控制电磁阀的开关，与喷灌、微灌、滴灌等管道系统配套使用；

⑶ 根据空气的干湿度自动控制电磁阀的开关，与加/降温、加/除湿等设备配套使用。

2 总体结构设计

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

无线网关实现了ZigBee、GPRS、以太网、串口的网络互联和协议转换，集成了符合ZigBee协议标准的JN5121系列通讯模块，GPRS模块，以太网接口，RS232接口。并具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性；可实现一点对多点、多点对多点的串口设备间的数据透明传输，也可以根据用户的需要定制软件；可按照星形网络、网状网络以及树状网络组网。兼容FCC Part 15， ETSI ETS 300-328和日本的ARIB STD-T16标准。主要应用领域：煤矿/油田设备远程监控、电力/水利设备远程监控、远程智能抄表/线缆取代、工业、农业自动化控制、楼宇、路灯智能控制[2]。

本系统设计由三个部分组成：监控中心、无线网关、无线路由节点。其中，监控中心主体是服务器和上位机；无线网关集成了符合ZigBee协议标准的JN5121系列通讯模块，GPRS模块，以太网接口，RS232接口，负责将各节点的数据发送给上位机处理，或接收上位机发送的指令并传送给各节点；无线路由节点可以有多个，集成了CO2浓度传感模块、土壤的干湿度传感模块、空气的干湿度传感模块和ARM模块。系统组成框图如图1所示。

3 硬件原理

本系统的传感节点硬件采用CC2530，如图2所示。CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其他强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB的闪存。CC2530具有不同的运行模式，使得它特别适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短，进一步确保了低能源消耗[3]。

4 上位机的设计

4.1 功能需求

以太网通信方式是物联网智能灌溉系统与计算机最主要的通信方式，采用UDP通信协议层，多线程方式进行数据交互。

上位机需要单独具备以太网通信界面，除了实现物联网智能灌溉系统以太网通信命令中列出的各项命令之外，还需要以下几个重要功能。

⑴ 网络拓扑，显示物联网智能灌溉系统所有已经注册的设备节点物理区域视图，主要用于直观地反映设备节点的分布概况，用于设备故障定位。在视图上，双击设备节点图标能够自动显示该节点的实时数据信息；如果设备有故障或告警，节点图标应该改变自身颜色警示操作人员。

⑵ 数据查询，实时记录物联网智能灌溉系统的当前和历史数据，提供用户对数据按日期和设备标识查询的功能。根据数据容量和数据访问并发性的要求，建议数据库采用专用的数据库管理软件，例如SQL Server 2005。

⑶ 数据分析，根据数据库内查询的数据绘制图表（折线图或饼图等），显示数据的分布和趋势，提供用户环境参数的历史数据和做出灌溉决策的参考信息。

⑷ 分布式软件，可以在多个计算机上同时打开上位机软件，软件之间相互协调，每个上位机作出的参数修改都能在其他上位机软件上显示出操作记录，参数设置具有并发性，多个上位机软件进行同一参数的设置不会冲突，参数设置完成后，其他上位机界面会同步更新。

4.2 上位机架构

本系统采用.Net三层架构。三层架构（3-tier application） 通常意义上的三层架构就是将整个业务应用逻辑上划分为：表示层（USL）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。三层架构是一个支持可抽取、可替换的“抽屉”式架构，符合“高内聚，低耦合”的思想，所以这些层可以单独开发，单独测试[4]。具体的三层架构的分层结构图，如图3所示。

4.3 开发工具的选择

.NET是一个开发平台，它定义了一种公用语言子集（Common Language Subset， CLS）。.NET统一了编程类库，提供了对下一代网络通信标准，可扩展标记语言（XML）的完全支持，使软件的开发变得容易。.NET与Windows平台紧密集成，是一种面向网络、支持各种用户终端的开发平台环境。

SQL SERVER 2005对SQL Server 2000中已经存在的特性进行了加强。加强了T-SQL（事务处理SQL），整合了符合.NET规范的语言（可以在数据库管理系统中执行.NET代码以充分利用.NET功能），使自身带有支持对用户自定义数据库中存储的数据进行加密的功能，生成多活动结果集（允许从单个的客户端到数据库保持一条持久的连接，以便在每个连接上拥有超过一个的活动请求）等。

基于上述原因，我们选择.NET架构C#语言开发，作为系统开发的工具。开发人员必须掌握的预备知识和工具有：①UDP通讯编程（UDP包测试工具的使用）；②多线程；③Chart控件的使用；④调试工具的使用。

5 数据库表结构

数据库名称：ZigDB。主要包括设备状态信息表（如表1所示）、设备信息表（如表2所示）、设备类别表（如表3所示）、系统设置表、权限表、用户表等。

6 系统功能模块

系统上位机模块包括四个主要功能模块：实时监测模块、数据查询分析模块、权限管理模块和系统管理模块。每一个模块中设计了若干子模块。系统上位机功能模块图，如图4所示。

[系统上位机模块][实时检测模块][数据查询模块][权限管理模块][系统管理模块][设备分布概况][节点实时信息][读写上下阈值][实时图形显示][历史数据查询][图表报表分析][角色管理][权限管理][用户管理][备份还原数据][设备注册维护][设备采样维护]

图4 系统上位机功能模块图

7 上下位机通信的方式

本系统主要采用两种与上位机通信的方式。

⑴ 本地调试端口，采用RS232串口通信方式，用于和计算机直连后进行数据通信，同时，对智能灌溉系统进行设备注册和网络参数配置也使用该通信方式。

⑵ 远程通信端口，采用以太网通信方式，用于和远端计算机进行数据通信，主要功能是上报智能灌溉系统各传感器的数据，以及获取修改相关参数的上下限阈值。

8 主要窗口与关键技术

8.1 主要窗口

上位机软件主要包括以下几个窗口。

⑴ 主窗口（FormMain）：主要包括监听线程Run（）方法，用于实现轮询，先采样放入缓冲区然后入库。

⑵ 网络拓扑窗口（FormNetworkTop）：显示AP结点拓扑位置，主要包括AP结点图标的类型和位置，鼠标MouseDown（）、MouseUp（）、MouseMove（）事件处理等。

⑶ 设备状态窗口（FormOneEq）：主要包括发送信息给传感器sendThreshold（）、跨线程访问控件UpdateUI（）、设置最大阈值和最小阈值。

⑷ 设备序列号的设置窗口（FormEqpSN）：主要包括一些按钮事件处理btnSave_Click（）、btnDel_Click（）、btnUpdate_Click（），实现对设备序列号的增删改查的操作。

⑸ 数据查询窗口（FormBrowseHisData）：主要包括根据查询条件显示查询结果和CHART图表。涉及btnBrow_Click（）、dgvBrowResult_DataBindingComplete（）等事件处理。

8.2 关键技术

8.2.1 轮询监听

主程序（FormMain）中监听线程Run（）方法代码，主要根据通讯协议的要求，通过轮询方式，主要采用基于，.Sockets空间的UdpClient类实现UDP通信，向设备发送命令，从而获取传感器数据信息，然后解析数据（包括进制转换），并记录到数据库表中。

部分代码如下：

private void Run（）

{ byte [] buffer=new byte[9]；

while （true）

{ Try

{ strEqSn=StaticCommon.EqSn[ii]；

buffer[0]=buffer[1]=0xef； //发送标识符

buffer[2]=0x06； //发送长度

//序列号组的规则为拆封设备序列号为3个字节

buffer[3]=Convert.ToByte（strEqSn.Substring（0，2））；

buffer[4]=Convert.ToByte（strEqSn.Substring（2，2））；

buffer[5]=Convert.ToByte（strEqSn.Substring（4，2））；

buffer[6]=0x10； //命令字为单字节表示

//命令选项为命令字的辅助标记部分，区分同一类型命令的不同功能

//命令参数的长度不定，在设置类命令中为需要设置的具体参数数值

buffer[7]=0x00；

//校验和为从应答标识符到应答参数包含的字节内数值累加和

byte x=0；

for （int i=0； i

buffer[8]=x；

StaticCommon.lstbuffer[ii]=buffer； //送到临时缓冲区

udp.Send（buffer， buffer.Length， ipp）； //UDP方式发送

Thread.Sleep（200）；

StaticCommon.lstrev[ii]=udp.Receive（ref ipp）； //间隔0.2秒接受数据

AddData（StaticCommon.lstrev[ii]）； //记录到数据库表

Thread.Sleep（（int）StaticCommon.ssi.SpanTime）；

//间隔用户指定时间

ii++；

if （ii>=StaticCommon.EqSn.Count） ii=0；

//在指定的设备数中循环

}

catch （Exception ex） //异常处理

{……}

}

}

以上各传感器数据信息参数的计算公式如下：

二氧化碳浓度：CO2数据=CO2数据1×256+CO2数据2

土壤湿度：SOIL数据=SOIL数据

日照度：SUN数据=SUN数据1×256×256×256+SUN数据2×256×256+SUN数据3×256+SUN数据4

空气温度：TEMP数据=TEMP数据-40

空气湿度：HUMI数据=HUMI数据

8.2.2 跨线程访问控件

在多线程编程中，经常要在工作线程中去更新界面显示，而在多线程中直接调用界面控件的方法是错误的做法，一般采用Invoke和BeginInvoke解决这个问题。它们的共同之处是参数为delegate（委托），委托的方法是在Control的线程上执行的，也就是UI线程，这样确保在多线程中安全地更新界面显示。Invoke在拥有此控件的基础窗口句柄的线程上执行指定的委托；而BeginInvoke则在创建控件的基础句柄所在线程上异步执行指定委托。本系统主要采用Invoke方法。

实现轮询式访问多节点设备，调用UpdateUI方法多线程实时更新采样数据，图形化各设备各传感器的参数状态，如果当前某参数值超出上下限阈值范围，及时显示警告信息，并记录在库表中，供操作者进行分析。

while （true）

{ Try

{ this.Invoke（new System.EventHandler（UpdateUI），

StaticCommon.lstrev[StaticCommon.num]）；

Thread.Sleep（（int）StaticCommon.ssi.SpanTime）；

}

catch （Exception ex） //异常处理

{…… } }

9 调试效果

在历史数据查询界面操作中，用户根据条件查询，图形化显示不同时间段及不同设备的CO2浓度、空气温湿度、土壤湿度和日照强度等历史信息。数据查询显示结果图，如图5所示。

10 结束语

经过学校、企业、农业部门的共同努力，智能灌溉系统顺利通过了验收，在省农业厅进行了应用推广，效果良好。在系统地、不间断地采集环境数据后，上体机软件对这些数据进行整理、统计、绘图。使用者不但能实时掌握田间农作物的信息，而且能根据设置的参数自动控制设备，达到了农业的智能化和高效化。随着我国移动互联网的发展，我们将进一步研发本系统的智能移动客户端应用软件，使用户更方便地掌控作物环境，更好地为农业现代化服务。

参考文献：

[1] 顾建华，严国军.远程控制农田自动灌溉系统研制[J].软件，2012.6：10

[2] 牛新征，梁帆，周明天.基于无线传感器的物联网网络拓扑发现算法

研究[J].计算机科学，2012.36（4）：118-122

[3] 倪瑛，傅大梅.基于无线传感器网络的温室监测系统的设计[J].南京

工业职业技术学院学报，2010.4：39-41

灌溉系统范文第5篇

【关键词】zigBee；自动监控；节水灌溉

【Abstract】China is a country poor in water resources， per capita water resources is only a quarter of the world average， while our country is an agricultural country， long-term extensive farming great waste precious water resources. The purpose of this paper is to design a set of based on zigBee wireless sensor network technology， to automatically crop growth of soil moisture monitoring system， it can timely， right amount of crop irrigation， and a high efficient irrigation， water saving， energy saving effect.

【Key words】zigBee； Automatic monitoring； Water-saving irrigation

0 引言

我国是个水资源非常缺乏的国家，传统的温室节水控制系统存着以下缺点：

1）单独依靠灌溉流程的最后环节来解决，没有将水资源的开发、输送、分配等因素全盘综合考虑，真正的做到按需精确的给水。

2）在实际的农业生产应用时，需要密布传感器节点，才能实现对监测区域的有效覆盖，这将导致农业设施内部线缆纵横交错，系统安装及维护成本急剧增加。

本研究拟将物联网架构的无线传感器技术应用于节水灌溉系统中。以ZigBee无线网络技术为依托构建物联网架构的温室节水灌溉系统。内容包括：利用ZigBee无线网络技术的低功耗、低成本、免许可无线通信频段等特点，将其引入到温室灌溉系统中，避免了大量信号线的敷设；

另外，因为温室是采光建筑，透光性较好，本项目将太阳能供电技术应用到温室土壤温、湿度检测之中，利用太阳能供给环境检测所需电力，在不利于电力线路敷设的区域也可以实现电力供给，并且节能、环保。

国外灌溉监控系统在运行、管理方面的自动化程度较高，并且系统也相对比较完善。在农业机械化和自动化程度较高的美国、日本、荷兰、西班牙和以色列等国家中，很多灌溉控制的技术值得我们在农业灌溉现代化过程中借鉴。

1 系统设计原则

结合灌溉系统自身的特点和当前国内外各种精准灌溉的优劣，本系统的设计遵循以下原则：

1）能时时刻刻的监测灌溉区域的土壤含水量，这是我们做精准灌溉的基础。如果做不到实时监测，空谈精准就毫无根据可言。

2）能够准确的读取灌溉区域土壤含水量，这是精准灌溉的精髓所在，如果连含水量的监测都无法保证精确，就无从说起控制。

3）方便而实用。用户不需要过于复杂的操作，而需要经过专业技术人员的培训之后便能熟练的操作。

4）节能，低碳。系统不需要复杂的交流电连接，这样既不破坏植被的美观又能节约能源。

5）低成本。国外很多先进的精准灌溉系统虽然己经做的很好了，但是高昂的价格根本不是我国农民能承受得起的。因此只有价格低廉有利于推广。

2 系统总体设计方案

3 温室无线环境检测系统的方案设计

整个检测系统由zigbee无线传感器网络和上位机检测平台两部分组成。zigbee无线传感器网络由传感器节点、路由节点和协调器节点组成，分布在温室的各个区域。无线传感器节点分为传感器节点和路由节点 协调器节点。系统运行时，传感器节点周期性地完成数据采集并通过 Zig-Bee 网络汇总到协调器，协调器将采集的数据通过多跳的方式汇聚到远程监控中心的基地管理监测平台。基地管理监测平台收到所有节点周期性汇聚的数据后，采用 SQLite 数据库对采集的数据进行存储、查询等管理，并可以通过 GPRS 或 Internet 网络将监测数据发送到远程监控中心的服务器上，使得用户可以随时通过 Internet 登录到服务器网站查阅或分析处理数据，为多个区域的环境信息集中管理和和综合应用提供支持。此外，还可以对写入数据库的数据进行判断，当超过管理人员设置的阈值时，通过启动声光报警器、GSM 短信等多种方式预警，并根据设计的算法将不同的控制命令发送到控制节点，由控制节点驱动相应的执行机构，完成相应的策略。检测系统的整体结构图如图1所示。

4 无线传感器网络节点的硬件设计

无线传感器网络节点有三种：传感器节点、路由节点和协调器节点。这三种节点在硬件设计上有部分内容是重叠的。节点主要由数据处理模块和无线通信模块组成。本设计选用了CC2430芯片，从而简化了电路的设计。传感器节点采集与环境有关的数据，因此除完成数据收发外，还需要数据采集模块。另外，所有节点均采用太阳能供电，网络中节点的结构如图2所示。

5 太阳能供电模块

为了更好地解决传感器节点的能量供给问题，提出了基于太阳能的能量供给系统，主要由太阳能电池组件、能量管理控制器、蓄电池（组）三部分组成。太阳能电池组件保证使用寿命长，设计在20年以上；蓄电池容量能满足设备负载7天连续阴雨天供电。为了降低能耗，采用类似于智能手机的供电方式，即采用锂电池的供电的设计方案。太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。供电模块结构图如图3所示。

6 系统软件设计

系统软件的设计要实现预想的功能，除此之外应该考虑复杂度和功耗等一些优化措施。本系统的软件设计包含这几个部分：协调器节点（coordinator）软件设计，控制功能节点（router）软件设计，客户端软件设计。这几部分的关系如图4所示：

7 结论

针对温室环境湿度大、基础设施少、作物众多且动态变化等特点，本文设计了基于 ZigBee 的温室自动灌溉系统。设备基于太阳能供电，实现现场实时监测、远程监控报警、灌溉阈值设置灵活以及休眠等功能，并为用户提供直观的系统管理平台来完成节点管理和数据处理功能。设备使用证明，其具有良好的稳定性，并能满足不同作物不同时期灌溉的需要。同时，具有系统误差低、响应速度快、部署灵活、成本低廉、维护简单等特点。该设备的研制和使用为建立大型远程智能灌溉系统提供经验和技术支持。

【参考文献】

[1]高峰，俞立蝶，张文安，等.基于无线传感器网络的作物水分状况监测系统研究与设计[J].农业工程学报，2009（25）.

[2]王成，侯瑞锋，张馨.节水灌溉监测控制系统在设施生产中的研究与应用[J].农业工程技术温室园艺，2008（10）.

[3]袁巧霞，蔡月秋.温室集雨及低压自渗灌溉可行性研究[J].农业机械学报，2006（37）.

[4]Cam p C R，Lamm F R，Evans R G，et al.Proceedings of the 4th Decennial National Irrigation Symposium[J].Phoenix AZ，2000（14）.

[5]甘露萍，谭雪松，张黎骅.基于太阳能和自制土壤湿度传感器的自动灌溉控制系统[J].节水灌溉，2009（11）.