智能化设施农业节水灌溉控制系统研究

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摘要：随着农业节水灌溉控制技术不断改进和成熟，智能化灌溉设备开始取代传统农机灌溉，在节水灌溉中实现了系统化和自动化运作。结合国内外先进节水灌溉经验，研究提出适合我国国情发展的节水灌溉控制系统，其控制的核心主要有两点：一测、二控。

关键词：智能化；农业用水；节水灌溉；控制系统

我国是农业大国，农业的是我国经济发展的基础，但是受水资源不足、人多地少、环境污染严重以及技术落后等原因的影响，我国农业用水的浪费率高，这对于发展现代农业是严峻的挑战，也是现代农业必须解决的重要问题。本文通过分析国外经验，研究分析适合我国的智能化设备农业节水灌溉控制系统。

1节水灌溉技术及国内外发展

（1）节水灌溉技术。

节水灌溉技术主要包含两个方面：工程节水技术；灌溉控制技术。①工程节水技术：工程节水技术主要指的是利用原有的灌溉设施并对其进行现代化技术改造，或者重新建设先进的灌溉设备其目的是通过设备改造和创新减少水资源的损失，节水利用原则一是减少输水损失、二是减少无效灌溉；具体技术有管道输水，滴灌等等。②灌溉控制技术：灌溉控制技术主要指的是利用自动化控制技术，根据自然环境、农作物用水需求以及可用水量等因素，综合协调保障供水，其供水原则更加精细化和可控化。相比较传统的人工控制灌溉，灌溉控制技术不再依靠人的经验进行控制灌溉，而是利用对地理环境以及作物生长的特性，大大提高了水资源的利用率，从而满足用水需求的同时，做到不浪费水。

（2）国外农业节水灌溉控制技术应用。

国外在农业节水灌溉控制技术上有发展时间长，智能化水平高，其自动控制系统更加完善和先进。主要是利用计算机控制灌溉系统，检测和掌握土壤环境，从而有效控制和掌握实际需水量，使用滴灌和喷灌，并且实现了自动化管理，只需要在控制室就能够完成整个操作过程，在自动灌溉配套设施中，流量控制阀、减压阀等，能够大大提高整个设备的运行效率，促使作物获得最佳的生长环境。

（3）国内农业节水灌溉控制技术发展。

国内节水灌溉技术开始于20世纪50年代，但是由于在管理和推广方面的问题，开展的效果并不理想。进入新时期以来，我国在灌溉技术上取得了较快发展，但是先进的设备住哟还是依靠从外国进口，并且未能形成完备的控制体系，相比较国外地区，我国在农业生产中，有其特殊性，土地相对分散，并且地形较为复杂，一些国外的灌溉控制系统在适应性上存在不小的问题，并且这些设备价格昂贵，在我国推广的难度大，我国在发展灌溉控制系统时需要加强自主创新，提高对控制系统的整合和升级，开发适用性强、成本低、效率高的智能化灌溉控制系统。

2节水灌溉控制系统

（1）节水灌溉控制系统工作原理。

节水灌溉控制系统是利用土壤测量仪器探测田间土壤各种信息，并对于收集到的信息进行转化成数字量，并在控制器上予以显示。同时这些信息及时传输和推送到PC上位机的人机界面上，实现对信息的掌握和控制。从接收的信息上结合预设的农作物需水量和以及整个灌溉系统的灌溉用水量、水速进行有效控制。一旦需要灌溉就可以启动相关按钮进行灌溉操作，整个过程中的信息都能够在人机界面中得到显示，主要包括灌溉时间、灌溉量以及剩余时间和水量等信息，如果不需要进行灌溉，就可以发出控制指令，机器就会停止操作。

（2）灌溉实现与控制。

在灌溉系统中，最核心的是采用电机驱动离心泵的方式将水注入管道，从而实现灌溉的目的。而这个过程中，执行灌溉任务的是电磁阀，电磁阀在这个系统中充当管理者角色，它能够控制区域灌溉与否，并且连接着灌溉干支流的各个管道，在整个系统中形成若干个连接点。灌溉支管上安置了若干个喷头，根据区域需水量进行灌溉或对区域实行轮流灌溉。对于分片区域，安放一定量的土壤水分传感器，土壤水分传感器的主要作用是监控所在地点的土壤水分，并将检测到的数据和结果通过通讯设备传输到单片机中，单片机再根据预先的参考数据进行对比分析，根据对比分析结果实施灌溉。

（3）节水灌溉控制系统总体结构。

根据具体的原理和实际的需求，对于灌溉控制系统的总体结构进行了分析，其工作采用的是某型单片机，并采用控制电磁阀对于田间进行灌溉操作，其系统主要是利用传感器测量电路、模数转换电路、控制电路等等，结合上述的功能及总体结构。在研究智能化设施农业节水灌溉控制系统时，将灌溉控制系统划分成两个部分，一个是硬件电路，另一个是软件程序。硬件电路主要是负责对数据的处理和执行，并且硬件设备能够根据其实际情况进行调整和完善，软件部分主要负责协调各个部分之间的关系，控制硬件的执行，属于整个系统的核心部分，而整个系统的完成质量主要是硬件设备和软件服务相互协调的结果，只有二者相互协调才能发挥节水灌溉系统的最大功效。

3节水灌溉控制系统的设计及建议

（1）系统设计主要内容。

智能化设施的农业节水灌溉控制系统设计可以分为硬件设计和软件设计两个部分。硬件设计主要集中在四个方面：①单片机主机；②模数转换电路；③LED数据现实电路；④超限报警电路。软件主要从五个方面进行设计：①灌溉系统主系统设计；②采样子程序设计；③数据处理程序设计；④尺度变换程序设计；⑤转码程序设计。

（2）系统设计基本原则。

在设计过程中，设计人员要遵循以下几个方面的原则。一是实事求是。中国的特殊自然环境和人文环境，决定了我国农业的发展基础，所以在技术推广和应用中，需要不断的注意实事求是原则，加强整个设备的适用性和实用性，保证整个设备在能够符合中国国情，并利于推广使用，这一点对于任何设计来说至关重要。二是与时俱进。在设计和开发相关控制系统时，研发人员要重视与时俱进，不仅要立足于现在还要着眼未来，要加强在技术上的考虑和投入。在布局规划上，灌溉系统不仅要服务于农业基础，更能够指导农业进步。三是开拓创新性。智能时代的到来已经深入的影响人民的衣食住行用，在农业发展上，智能化革命的影响也将不断加深，所以在控制设备的研发中，要充分利用和发挥职能化的优势，提高产品的智能化和创新性，更好的为现代农业服务。四是试用检验。在设计完成及制造组装之后，还需对强智能化设备进行实验和检验，发现问题及时改进完善，以保证设计目标的实现。

作者：段从文 单位：兰州市中川水上绿化管理处