精確灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王永濤，雷 薇，張和喜，周琴慧

（貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550002）

精確灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王永濤，雷 薇，張和喜，周琴慧

（貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550002）

針對貴州火龍果生產(chǎn)存在的問題，結(jié)合生長特性及對環(huán)境要素的需求特點，進行精確灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究。通過監(jiān)測、傳輸、診斷、決策及火龍果水分動態(tài)管理，按照火龍果生長期等信息實現(xiàn)精確灌溉控制。精確灌溉控制系統(tǒng)裁剪性良好，可根據(jù)灌溉規(guī)模、成本及作物種類滿足不同農(nóng)戶的個性化需求，充分挖掘火龍果生產(chǎn)的節(jié)能增效潛力，具有廣闊的應(yīng)用前景。

火龍果； 精準灌溉；控制系統(tǒng)；設(shè)備選型；通訊方式；應(yīng)用研究

0 引言

火龍果是精品特色水果和喀斯特石漠化山區(qū)治理的良好經(jīng)濟作物，產(chǎn)業(yè)化前景相當廣闊，然而，火龍果適應(yīng)性、生物學(xué)特性、物候期等方面迥異于常規(guī)果樹[1]。目前在火龍果生產(chǎn)上存在著管理粗放,對火龍果營養(yǎng)特性和需水規(guī)律針對性不強等問題，極大地影響了火龍果生產(chǎn)效益的充分發(fā)揮。為此運用計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，設(shè)計火龍果節(jié)能增效精細化管理技術(shù)方案，進行精確灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究，為提高火龍果產(chǎn)量和改善品質(zhì)，充分挖掘火龍果生產(chǎn)的節(jié)能增效潛力提供一種新的途徑[2]。

1 精確灌溉控制系統(tǒng)概述

1.1 試驗選點

精確灌溉控制系統(tǒng)控制面積為 1 hm2，由 30 個電磁閥（平均 1 個電磁閥控制 0.03 hm2）、30 個傳感器、4 000 個滴頭、1 個控制柜（含控制器）、1 臺 PC（具備上網(wǎng)條件）、太陽能供電及滴灌管網(wǎng)等組成，達到火龍果節(jié)能增效精細化管理的目的。

目標田塊分布示意圖如圖 1 所示，圍繞主管對稱分布于 2 側(cè)，共 30 塊處理區(qū)域，30 個 12 V 電磁閥控制灌溉與否，30 個土壤濕度傳感器實時采集當前土壤濕度。系統(tǒng)的工作模式為手動和自動 2 種控制模式。在自動控制模式下，管理者設(shè)定好火龍果所需土壤含水量，當系統(tǒng)檢測到當前土壤濕度低于火龍果正常生長所需時，系統(tǒng)自動打開電磁閥，實施灌溉；當系統(tǒng)檢測到當前土壤濕度大于或等于火龍果正常生長所需時，系統(tǒng)自動關(guān)閉電磁閥，停止灌溉。系統(tǒng)自動進入下一次循環(huán)掃描階段。在自動控制模式下，管理者可通過手動方式打開或關(guān)閉電磁閥，進行灌溉與否。

圖 1 系統(tǒng)總體概況圖

1.2 目標區(qū)域灌溉制度設(shè)計

火龍果的株行距定為 1.5 m×2.0 m，田間取水采用與壓力源水管直接相連接的方式，壓力源壓力應(yīng)不低于 0.1 MPa。壓力源水管與滴管管網(wǎng)連接處應(yīng)安裝手動控制開關(guān)閥，工作狀態(tài)時，應(yīng)處于長期的開啟狀態(tài)；當目標區(qū)域長期無需灌溉，可關(guān)閉開關(guān)閥使壓力管網(wǎng)不再承壓。

1.2.1 設(shè)計灌水定額

火龍果設(shè)計灌水最大定額按《滴灌工程技術(shù)》中的公式計算：

式中：mmax為設(shè)計最大凈灌水定額；γ 為干容量，取1.51 g/cm3；z 為計劃濕潤層深度，取 45 cm；p 為設(shè)計土壤濕潤比，取 18.5%；θmax為適宜土壤含水量質(zhì)量百分比上限，取 39%；θmin為適宜土壤含水量質(zhì)量百分比下限，取 28.6%。

式（1）中的基本資料數(shù)據(jù)為查 GB/T 50363—2006《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》所得，經(jīng)過計算，灌水最大定額為 16.1 mm/hm2。

1.2.2 設(shè)計最大灌水周期

最大灌水周期按下式計算：

式中：Tmax為設(shè)計灌水周期；Ea為設(shè)計耗水強度，取3 mm/d；η 為灌溉水利用系數(shù)，取 0.98。

經(jīng)過計算，設(shè)計灌水周期為 5.2 d，取 5 d。

1.2.3 灌溉用水制度

結(jié)合項目區(qū)自然和水源條件、火龍果的生長特性和項目區(qū)實際管理經(jīng)驗，項目區(qū)火龍果的灌水時間主要依次分為發(fā)芽前后到開花期、新梢生長和幼果膨大期、果實迅速膨大期，第 1 時段灌水 3 次，第 2 時段灌水 6 次，第 3 時段灌水 4 次，年灌水次數(shù) 13 次。

1.3 滴灌管網(wǎng)部分

滴灌管網(wǎng)部分擬采用主管、支管、毛管 3 級結(jié)構(gòu)，初步定為主管管徑為 Ф50 mm，支管管徑為Ф30 mm，毛管管徑為 Ф10 mm。滴頭采用壓力補償式滴頭，滴頭數(shù)量約為 4 000 個，滴頭株行距與火龍果種植一致，亦為 1.5 m×2.0 m。

2 精確灌溉控制系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)與選型

火龍果生產(chǎn)精確灌溉控制系統(tǒng)的特點如下：1）以土壤墑情數(shù)據(jù)作為精確灌溉控制指標。實時采集土壤墑情數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)的該類數(shù)據(jù)分析對比并控制灌水，實現(xiàn)根據(jù)作物不同生長階段的需水量要求精準灌溉。2）自動灌溉，節(jié)能節(jié)水。能按預(yù)設(shè)需水量數(shù)據(jù)庫要求定時、定量地進行灌溉。3）測流、測壓及自動輸配水。灌溉系統(tǒng)重要管網(wǎng)分水處安裝遠傳水表、壓力表和電磁閥，實時監(jiān)測壓力，分別控制灌溉區(qū)域優(yōu)化配置水資源。4）便捷的控制和管理方式。控制地點可為現(xiàn)場地控、管理房中控、遠程網(wǎng)絡(luò)遙控等，還可采用手機進行控制。針對精確灌溉控制系統(tǒng)的特點，需要對主要設(shè)備進行選型。

2.1 控制器部分

2.1.1 控制器的設(shè)計與配置

按照精確灌溉控制系統(tǒng)的實際要求，控制器必須同時滿足以下條件：1）采用超低功耗、高性能的嵌入式處理器；2）配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關(guān)量輸入和輸出、脈沖信號輸入等；3）板載工業(yè)級 GSM/GPRS/CDMA 通信模塊，方便用戶選擇不同的通信組網(wǎng)方式；4）提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組態(tài)軟件及其他軟件連接；5）支持至少 1 路 RS-232/485 方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入 PLC 等各種設(shè)備。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，本研究選擇性價比較高的 XBS8051f310 作為精確灌溉控制系統(tǒng)的控制終端。

2.1.2 控終終端的性能

XBS8051f310 以 C8051f310 為核心控制器，集成了模擬、數(shù)字信號的采集，使繼電器控制輸出和無線數(shù)據(jù)通信于一體?？梢灾苯咏尤霕藴首兯推鬏敵龅哪M、各種電平、干觸點、脈沖等信號?？刂平K端集成了先進的 GPRS 無線通信、嵌入式單片機和工程測量與控制等技術(shù)，穩(wěn)定性強，可靠性高，實時性好，應(yīng)用性廣，功能強大。

2.2 土壤濕度傳感器

2.2.1 土壤濕度傳感器的選擇

水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素，測量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反映各種土壤的真實水分含量，與土壤本身的機理無關(guān)，是目前國際上最流行的土壤水分測量方法。PH-TS 土壤濕度傳感器精度和靈敏度均較高，信號輸出形式種類多，可滿足不同采集設(shè)備的要求，是目前較為通用的土壤水分傳感器，故采用 PH-TS 傳感器采集土壤濕度。

2.2.2 土壤濕度傳感器的標定

利用現(xiàn)有的 TDR（時域反射）進行標定。灌水，使待測容器中土壤達到飽和狀態(tài)，用現(xiàn)有 TDR設(shè)備，如 MP-406 土壤水分測試儀測量土壤體積含水量，并利用 PH-TS 進行電壓測定，記錄測值，以后每 2～3 d，重復(fù)以上的步驟進行測定，直到土壤體積含水量達到 10% 左右。該方法快速、準確。

2.3 電磁閥

2.3.1 電磁閥的規(guī)格參數(shù)

電磁閥是系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行元件，其性能的優(yōu)劣，直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)實際使用要求、管網(wǎng)鋪設(shè)線路的不同及成本等綜合考慮。由于低壓自保持式脈沖電磁閥功耗低，性能穩(wěn)定，工作狀態(tài)為正脈沖打開、負脈沖關(guān)閉，故本研究采用 12 V低壓自保持式電磁閥。

2.3.2 驅(qū)動芯片的選擇

TC4426 驅(qū)動芯片是 1.5 A 雙高速功率 MOSFET驅(qū)動器，輸入電流峰值高，工作在 4.5～18.0 V 的寬電源，具有容性負載能力強的特點，被廣泛應(yīng)用在開關(guān)式電源、線路驅(qū)動器、脈沖變壓器驅(qū)動等場合。在編制采集驅(qū)動程序時應(yīng)按照 TC4426 的時序圖進行。當在時間 tD1，輸入由 0 V 變?yōu)?5 V，應(yīng)延時 tF，輸出由高電平 VDD變?yōu)榈碗娖?0 V；當在時間tD2，輸入由 5 V 變?yōu)?0 V，應(yīng)延時 tR，輸出由低電平0 V 變?yōu)楦唠娖?VDD。TC4426 時序圖如圖 2 所示。

圖 2 TC4426 時序圖

2.3.3 驅(qū)動電路的設(shè)計

電磁閥驅(qū)動電路以 TC4426 驅(qū)動芯片為核心進行設(shè)計，當 P1.6 為高電平，P1.7 為低電平時，輸出端7 為低電平，5 為高電平，輸出端電壓 V31 為 12 V，V13 為 -12 V；反之，當 P1.6 為低電平，P1.7 為高電平時，輸出端 7 為高電平，5 為低電平。輸出端電壓 V31 為 -12 V，V13 為 12 V；若 V31 為 12 V 時，電磁閥打開，則 V31 為 -12 V 時，電磁閥關(guān)閉。通過輸出正負脈沖信號，實現(xiàn)電磁閥工作狀態(tài)的自由轉(zhuǎn)換。圖 3 為電磁閥驅(qū)動電路圖。

2.4 太陽能電池板

圖 3 電磁閥驅(qū)動電路圖

2.4.1 典型功耗測量

精確灌溉控制系統(tǒng)的用電負載有 ARM 開發(fā)板、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊等，全部采用 5 V 供電。表 2 為下位機的功率消耗，以最大電流消耗值為標準，經(jīng)過綜合計算，1 個下位機的能量消耗約為電流 400 mA，功率消耗 2 W。

表 2 下位機各器件功耗

實驗中用電流表測得上位機輸入端的電流總消耗為 400 mA 左右，400 mA× 5 V = 2 W，標準的太陽能蓄電池的電壓為 12 或 24 V，而控制器的工作電壓為 5 V，需加 12 V 轉(zhuǎn) 5 V 變壓器，滿足控制器的工作電壓要求。

2.4.2 供電系統(tǒng)各參數(shù)計算

2.4.2.1 太陽能電池板的選擇

1）太陽能日照時間的確定。根據(jù)本地氣象條件，最長的陰雨天設(shè)定為 7 d，核查光照條件，7 個陰雨天后一般是 3 個晴天。太陽能年平均日照小時數(shù)，取 4.5 h。

2）太陽能電池板功率 Ps的確定。

式中：P 為用電負載，取 2 W；T 為負載每天工作小時數(shù)，取 8 h；T1為連續(xù)最長的陰雨天數(shù)，取 7 d，即在沒有光照的情況下，系統(tǒng)能持續(xù)工作 7 d；ξ 為安全系數(shù)，包括充放電效率、灰塵遮擋系數(shù)等的綜合系數(shù)、電池組件組合損失修正系數(shù)，取 0.9；T2為太陽能年平均日照小時數(shù)，取 4.5 h。

3）太陽能電池板參數(shù)。太陽能電池板分為單晶和多晶 2 種。單晶硅電池板能量轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，相對成本也較高。從材料成本來看，多晶硅太陽電池板低于單晶硅太陽電池；從制造方面來看，多晶硅組件封裝成本較低，且易于制備成方型，目前在生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池板中，多晶硅太陽能電池板的規(guī)模也在不斷擴大。

在本設(shè)計中，考慮到貴州光照條件和時間都不是很充裕，選用能源效率較為高效的單晶硅，經(jīng)計算選擇 30 W 太陽能電池板，將太陽輻射能源直接轉(zhuǎn)換成直流電能，經(jīng)由控制器存貯于蓄電池內(nèi)儲能備用，供負載使用。

2.4.2.2 蓄電池的選擇

目前普遍采用計算太陽能蓄電池容量的公式，具體如下：

1）蓄電池容量 Bc的計算。計算公式為式中：A 為安全系數(shù)，取 1.1～1.5；Q 為負載平均耗電量，以工作電流乘以日工作小時數(shù)計算，即 Q = 400 mA × 8 h = 3.2 A?h；D 為修正系數(shù)，-10℃ 以下時取 1.2，-10℃ 以上時取 1.1，一般工作環(huán)境在 0℃以上時取 1.0；C 為蓄電池放電深度，堿性鎳鎘蓄電池取 0.85，全密閉免維護鉛酸蓄電池取 0.80。

經(jīng)過計算，Bc約為 33.6 A?h，考慮到系統(tǒng)長期使用，維護不便等特點，采用密閉免維護鉛酸蓄電池，容量為 35 A?h，電壓為 12 V。

2）實際電池耗電量 Bs（連續(xù) 7 個陰雨天）的計算。具體為

3）太陽能控制器的參數(shù)。在使用太陽能板對蓄電池進行充放電管理過程中，需要使用太陽能控制器控制整個過程的工作狀態(tài)?？刂破鲬?yīng)具備對蓄電池的過充和過放過程的保護，以及光控、時控、溫度保護等功能。目前，常用的太陽能充電控制器主要由一些模擬電路構(gòu)成，因此存在以下缺點：a.主要為一些簡單邏輯控制，無法全方位保證整套系統(tǒng)安全；b. 電路一旦設(shè)計完后，更改較難；c. 電路實現(xiàn)閉環(huán)控制較難，因此對溫度的補償功能很難達到，使得整個電路不一定達到最佳狀態(tài)；d. 由于使用場合及條件限制，不適合進行批量生產(chǎn)。

目前的太陽能控制器中加入了微處理器以實現(xiàn)對充放電過程的智能化控制，通過微處理器強大的可編程功能，充分提高對太陽能充電控制的功能，具有以下優(yōu)點：a. 由于微處理器提供多種類型 I/O接口，所以對系統(tǒng)的各種保護均比較完整；b. 微處理器通常具備可編程功能，通過軟件程序，可實現(xiàn)在不同的工作狀態(tài)下對控制器參數(shù)的修改，大大簡化了模擬電路，并能實現(xiàn)所需要的各個功能；c. 目前，8 或 16 位的單片機均能滿足對充電過程的控制，且芯片價格便宜，功能齊全，對外圍電路的要求也比較簡單，整體性能均比模擬電路穩(wěn)定很多。

目前太陽能控制器的原理圖如圖 4 所示，可以看出整套太陽能系統(tǒng)由微電腦控制器、溫度傳感器、電流傳感器、PWM 功率驅(qū)動、輸出保護及功率驅(qū)動和一些場效應(yīng)晶體管組成。

圖 4 太陽能充電控制器原理簡圖

3 精確灌溉控制系統(tǒng)通訊部分設(shè)計

精確灌溉控制系統(tǒng)不僅要求較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、較寬的信道帶寬和較強的保密性，還要求數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和精確控制?；?GPRS 的無線通訊方式具有安裝使用方便、性價比高、覆蓋范圍廣和擴展性好等優(yōu)點，在水利自動化方面得到廣泛應(yīng)用，故選用 GPRS 通訊方式進行系統(tǒng)組網(wǎng)[4]。

3.1 GPRS 入網(wǎng)方案

中心服務(wù)器端利用 ADSL 等動態(tài)公網(wǎng) IP，再加上動態(tài)域名解析軟件，客戶端采用 DNS 方式解析中心服務(wù)器 IP 地址完成雙向通訊，這種方式的優(yōu)點是減少了公網(wǎng)固定 IP 的費用。DTU 模塊只能與公網(wǎng) IP的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器相互通信，而用戶所在的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，一般通過路由器與公網(wǎng) IP 相連接，處于局域網(wǎng)內(nèi)，是無法與處于公網(wǎng)的 DTU 模塊直接通信的，須利用端口映射技術(shù)來實現(xiàn)。

本應(yīng)用研究主要是通過路由器實現(xiàn)端口映射的。在路由器的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則下，使用虛擬服務(wù)器進行端口映射，當在路由器上做好端口映射后，也就定義了廣域網(wǎng)服務(wù)器端口與局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的映射關(guān)系，所有對廣域網(wǎng)服務(wù)端口的訪問將會被重新定位給通過 IP 地址指定的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。則GPRS 網(wǎng)絡(luò)所有發(fā)向 10000 端口的數(shù)據(jù)，都將轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務(wù)器上。同理，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務(wù)器也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到公網(wǎng)的計算機上。

3.2 ModBus 協(xié)議

GPRS RTU 通過 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包發(fā)往遠程電腦上配套的測控中心軟件。測控中心軟件將數(shù)據(jù)包整理成 ModBus RTU 協(xié)議的格式，通過電腦上的串口（或虛擬串口）發(fā)給組態(tài)軟件（或其他應(yīng)用軟件）使用。

組態(tài)軟件作為客戶機（主站）發(fā)送讀/寫命令幀，測控中心軟件作為服務(wù)器（從站）發(fā)送應(yīng)答幀。測控中心與 GPRS RTU 終端是一對多的關(guān)系，GPRS RTU 終端與外接設(shè)備也是一對多的關(guān)系。通過對地址碼（1-247）分段確定操作的是 GPRS RTU終端還是終端外接的設(shè)備，本協(xié)議將（1-200）的地址碼作為終端的地址碼，將（201-247）的地址碼作為終端 RS-485 口外接設(shè)備的地址碼。在對外接設(shè)備進行讀寫指令時，須先指定是要操作哪臺 GPRS RTU 終端的外接設(shè)備，可以通過先發(fā)送 GPRS RTU終端操作指令（地址碼 1-200）確定當前操作的是哪臺終端，然后再發(fā)送外接設(shè)備的操作指令（地址碼201-247）。

基本的通訊字節(jié)數(shù)據(jù)格式是：1 個起始位，8 位數(shù)據(jù)，低位在前，無奇偶校驗位，1 個停止位；默認串口設(shè)置為：波特率 9 600 bit/s，無奇偶校驗，8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位。

4 精確灌溉控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

組態(tài)軟件是指在工業(yè)自動化領(lǐng)域中利用系統(tǒng)資源配置軟件化的組態(tài)理念，提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能、通用層次的應(yīng)用。它通過計算機信號對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場自動化設(shè)備或過程進行監(jiān)視、控制和管理，處于控制系統(tǒng)的監(jiān)控層，可以對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境進行可視化動畫模擬，對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行高效管理 ，開放的數(shù)據(jù)接口與 I/O 設(shè)備的廣泛支持為通訊與聯(lián)網(wǎng)提供了保證[5]。

將工業(yè)組態(tài)軟件 6.55 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)精確灌溉控制系統(tǒng)中，具有適應(yīng)性強、開放型好、易于擴展、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，可以有效地提高農(nóng)業(yè)示范田的自動化水平，組態(tài)軟件功能模塊如圖 5 所示。

圖 5 組態(tài)軟件功能模塊圖

4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用 SQL Server 2005，作物對象表為作物區(qū)域表的父表，作物名稱、區(qū)域編號、澆灌時間分別為各表的主鍵，圖 6 為數(shù)據(jù)庫框架圖，具體構(gòu)成如下：

1）作物對象表。包括作物名稱，最小、最大濕度，最低、最高溫度。

2）作物區(qū)域表。包括作物區(qū)域編號、大小，以及作物對象、灌溉方式。

3）作物灌溉計劃表。包括灌溉區(qū)域編號、時間，灌溉量，是否已經(jīng)灌溉。

4）作物狀態(tài)表。包括灌溉區(qū)域編號，設(shè)備通信狀態(tài)，土壤、空氣溫濕度傳感器狀態(tài)，雨量溫度計狀態(tài)，風(fēng)速、流量傳感器狀態(tài)，土壤、空氣溫濕度值，雨量值，風(fēng)速值，流量值。

5）作物歷史表。包括作物區(qū)域編號、灌溉時間、灌溉量，灌溉前、后濕度，以及土壤、空氣溫濕度值，雨量值，風(fēng)速值，流量值。

圖 6 數(shù)據(jù)庫框架圖

4.2 程序設(shè)計

接通電源啟動系統(tǒng)后，進入初始化狀態(tài)。當系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收正常后，系統(tǒng)可以同時完成以下任務(wù)：獲取土壤濕度，設(shè)定溫濕度限值和灌溉計劃時間，自動控制灌溉，手動控制灌溉。

當管理者設(shè)定控制模式為自動控制時，系統(tǒng)具有定時、自適應(yīng)灌溉等功能，當選擇定時灌溉時，若當前時間與計劃灌溉時間相等，實行灌溉，否則停止灌溉；當選擇自適應(yīng)灌溉時，若當前環(huán)境土壤濕度小于設(shè)定作物所需土壤濕度時，實行灌溉，否則停止灌溉。程序設(shè)計流程圖如圖 7 所示[6]。

4.3 系統(tǒng)運行效果

精確灌溉控制系統(tǒng)于 2014 年 3 月在羅甸縣火龍果示范基地運行，一段時間的運行結(jié)果表明：系統(tǒng)通信穩(wěn)定，溫、濕度數(shù)據(jù)準確，處理方便快捷，并能準確控制執(zhí)行元件；自動和手動 2 種控制方式均有較高的靈敏度；管理者可通過登錄口令，修改相關(guān)參數(shù)的限值，趨勢圖等圖形顯示效果好，運行界面美觀；能滿足生產(chǎn)實際的要求。系統(tǒng)運行界面如圖 8 所示。

5 結(jié)語

研究的精確灌溉控制技術(shù)以火龍果灌溉制度為例開展應(yīng)用，完成了系統(tǒng)的設(shè)備（包括太陽能供電部分）選型和配置、GPRS 無線通訊部分、SQL Server 2005 灌溉系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計和開發(fā)，并于 2014年 3 月在羅甸縣火龍果示范基地運行，還方便用于烤煙、玉米和葡萄等作物的精確灌溉控制。精確灌溉控制系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，能夠節(jié)約水資源，滿足作物不同生育期的適宜需水量要求，提高作物品質(zhì)；無需通電布線，節(jié)約勞動力，節(jié)能增效，具有很好的應(yīng)用和推廣價值。

圖 7 程序設(shè)計流程圖

圖 8 系統(tǒng)運行界面

參考文獻：

[1] 戚艷艷. 基于 Labview 的水肥耦合灌溉控制系統(tǒng)的研究[D]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011: 9-13.

[2] 張兵，袁壽其，成立. 節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的發(fā)展及趨勢[J]. 排灌機械，2003, 2 (21): 37-38.

[3] 中華人民共和國建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB/T 50363—2006 節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2006: 121-122.

[4] 王璽聯(lián).“花生殼”與端口映射在 GPRS 流量監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用實現(xiàn)[J]. 中國科技信息，2009 (24): 99-104.

[5] 姜訓(xùn)宇，段生梅，母利. 節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的發(fā)展及前景分析[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2011, 17 (15): 207-208.

[6] 王巧麗，楚俊菊. 國內(nèi)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].山西水利，2003 (6): 33-34.

Application Research of Precision Irrigation Control System

WANG Yongtao, LEI Wei, ZHANG Hexi, ZHOU Qinhui

(Water Resources Research Institute of Guizhou Province, Guiyang 550002, China)

For the problems of dragon fruit production in Guizhou province, combining with the growth characteristics and demand characteristics of the environmental factors, the article introduces application research of precision irrigation control system. By monitoring, transfering, diagnosing, decision-making and managing of moisture dynamic of dragon fruit, it realizes the precise irrigation control according to growing and other information of dragon fruit. The system meets the individual needs of different farmers under irrigation size, cost, and crop species, to fully exploit the potential of energy efficiency in dragon fruit production. It has broad application prospects.

dragon fruit; precise irrigation; control system; equipment selection; communication mode; application research

S275

A

1674-9405(2015)03-0030-07

2015-01-12

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目資助（201201025）；貴州省水資源高效利用創(chuàng)新服務(wù)能力團隊建設(shè)（黔科合院所創(chuàng)能[2010]4003）；貴州省水利廳科研項目“貴州省大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造效益評價研究”（KT201306）

王永濤（1986－），男，貴州貴陽人，工程師，主要從事灌區(qū)物聯(lián)網(wǎng)及信息化應(yīng)用等研究工作。