智能化設施農業節水灌溉控制系統研究

段從文

（蘭州市中川水上綠化管理處，甘肅 蘭州730000）

我國是農業大國，農業的是我國經濟發展的基礎，但是受水資源不足、人多地少、環境污染嚴重以及技術落后等原因的影響，我國農業用水的浪費率高，這對于發展現代農業是嚴峻的挑戰，也是現代農業必須解決的重要問題。本文通過分析國外經驗，研究分析適合我國的智能化設備農業節水灌溉控制系統。

1 節水灌溉技術及國內外發展

（1）節水灌溉技術。節水灌溉技術主要包含兩個方面：工程節水技術；灌溉控制技術。①工程節水技術：工程節水技術主要指的是利用原有的灌溉設施并對其進行現代化技術改造，或者重新建設先進的灌溉設備其目的是通過設備改造和創新減少水資源的損失，節水利用原則一是減少輸水損失、二是減少無效灌溉；具體技術有管道輸水，滴灌等等。②灌溉控制技術：灌溉控制技術主要指的是利用自動化控制技術，根據自然環境、農作物用水需求以及可用水量等因素，綜合協調保障供水，其供水原則更加精細化和可控化。相比較傳統的人工控制灌溉，灌溉控制技術不再依靠人的經驗進行控制灌溉，而是利用對地理環境以及作物生長的特性，大大提高了水資源的利用率，從而滿足用水需求的同時，做到不浪費水。

（2）國外農業節水灌溉控制技術應用。國外在農業節水灌溉控制技術上有發展時間長，智能化水平高，其自動控制系統更加完善和先進。主要是利用計算機控制灌溉系統，檢測和掌握土壤環境，從而有效控制和掌握實際需水量，使用滴灌和噴灌，并且實現了自動化管理，只需要在控制室就能夠完成整個操作過程，在自動灌溉配套設施中，流量控制閥、減壓閥等，能夠大大提高整個設備的運行效率，促使作物獲得最佳的生長環境。

（3）國內農業節水灌溉控制技術發展。國內節水灌溉技術開始于20世紀50年代，但是由于在管理和推廣方面的問題，開展的效果并不理想。進入新時期以來，我國在灌溉技術上取得了較快發展，但是先進的設備住喲還是依靠從外國進口，并且未能形成完備的控制體系，相比較國外地區，我國在農業生產中，有其特殊性，土地相對分散，并且地形較為復雜，一些國外的灌溉控制系統在適應性上存在不小的問題，并且這些設備價格昂貴，在我國推廣的難度大，我國在發展灌溉控制系統時需要加強自主創新，提高對控制系統的整合和升級，開發適用性強、成本低、效率高的智能化灌溉控制系統。

2 節水灌溉控制系統

（1）節水灌溉控制系統工作原理。節水灌溉控制系統是利用土壤測量儀器探測田間土壤各種信息，并對于收集到的信息進行轉化成數字量，并在控制器上予以顯示。同時這些信息及時傳輸和推送到PC上位機的人機界面上，實現對信息的掌握和控制。從接收的信息上結合預設的農作物需水量和以及整個灌溉系統的灌溉用水量、水速進行有效控制。一旦需要灌溉就可以啟動相關按鈕進行灌溉操作，整個過程中的信息都能夠在人機界面中得到顯示，主要包括灌溉時間、灌溉量以及剩余時間和水量等信息，如果不需要進行灌溉，就可以發出控制指令，機器就會停止操作。

（2）灌溉實現與控制。在灌溉系統中，最核心的是采用電機驅動離心泵的方式將水注入管道，從而實現灌溉的目的。而這個過程中，執行灌溉任務的是電磁閥，電磁閥在這個系統中充當管理者角色，它能夠控制區域灌溉與否，并且連接著灌溉干支流的各個管道，在整個系統中形成若干個連接點。灌溉支管上安置了若干個噴頭，根據區域需水量進行灌溉或對區域實行輪流灌溉。對于分片區域，安放一定量的土壤水分傳感器，土壤水分傳感器的主要作用是監控所在地點的土壤水分，并將檢測到的數據和結果通過通訊設備傳輸到單片機中，單片機再根據預先的參考數據進行對比分析，根據對比分析結果實施灌溉。

圖1 節水灌溉系統總體結構圖

（3）節水灌溉控制系統總體結構。根據具體的原理和實際的需求，對于灌溉控制系統的總體結構進行了分析，其工作采用的是某型單片機，并采用控制電磁閥對于田間進行灌溉操作，其系統主要是利用傳感器測量電路、模數轉換電路、控制電路等等，結合上述的功能及總體結構，其總體結構框如圖1所示。在研究智能化設施農業節水灌溉控制系統時，將灌溉控制系統劃分成兩個部分，一個是硬件電路，另一個是軟件程序。硬件電路主要是負責對數據的處理和執行，并且硬件設備能夠根據其實際情況進行調整和完善，軟件部分主要負責協調各個部分之間的關系，控制硬件的執行，屬于整個系統的核心部分，而整個系統的完成質量主要是硬件設備和軟件服務相互協調的結果，只有二者相互協調才能發揮節水灌溉系統的最大功效。

3 節水灌溉控制系統的設計及建議

（1）系統設計主要內容。智能化設施的農業節水灌溉控制系統設計可以分為硬件設計和軟件設計兩個部分。硬件設計主要集中在四個方面：①單片機主機；②模數轉換電路；③LED數據現實電路；④超限報警電路。軟件主要從五個方面進行設計：①灌溉系統主系統設計；②采樣子程序設計；③數據處理程序設計；④尺度變換程序設計；⑤轉碼程序設計。

（2）系統設計基本原則。在設計過程中，設計人員要遵循以下幾個方面的原則。一是實事求是。中國的特殊自然環境和人文環境，決定了我國農業的發展基礎，所以在技術推廣和應用中，需要不斷的注意實事求是原則，加強整個設備的適用性和實用性，保證整個設備在能夠符合中國國情，并利于推廣使用，這一點對于任何設計來說至關重要。二是與時俱進。在設計和開發相關控制系統時，研發人員要重視與時俱進，不僅要立足于現在還要著眼未來，要加強在技術上的考慮和投入。在布局規劃上，灌溉系統不僅要服務于農業基礎，更能夠指導農業進步。三是開拓創新性。智能時代的到來已經深入的影響人民的衣食住行用，在農業發展上，智能化革命的影響也將不斷加深，所以在控制設備的研發中，要充分利用和發揮職能化的優勢，提高產品的智能化和創新性，更好的為現代農業服務。四是試用檢驗。在設計完成及制造組裝之后，還需對強智能化設備進行實驗和檢驗，發現問題及時改進完善，以保證設計目標的實現。