基于DDC控制的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

摘 要：中國為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，而非農(nóng)業(yè)強(qiáng)國?，F(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，憑經(jīng)驗(yàn)施肥、灌溉。在東南沿海一帶，土地面積不大，農(nóng)戶分散，無法進(jìn)行規(guī)?；?、集約化、工廠化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在當(dāng)前勞動(dòng)力紅利消失，青少年農(nóng)業(yè)從業(yè)人口很少，機(jī)器換人是歷史的必然。但現(xiàn)有的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)投資大，對外部配套環(huán)境依賴性強(qiáng)，對使用人員的素質(zhì)要求高，我國的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員大部分文化層次低，年齡結(jié)構(gòu)大，要進(jìn)行現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的制約因素很多。因此，因地制宜地開展節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥的“三節(jié)”的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)推廣意義十分重大。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè);智能灌溉;DDC控制

1“基于DDC控制的智能灌溉系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目大多依托無線通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，依托大數(shù)據(jù)和云計(jì)算，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點(diǎn)和無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析、專家在線指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。[1]廣義的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該還包括基于RFID，二維碼等識別技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品跟蹤，溯源，存儲銷售解決方案。智慧農(nóng)業(yè)解決方案主要包括以下部分：1）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng);2）通信控制系統(tǒng);3）設(shè)備控制系統(tǒng); 4）視頻監(jiān)控;5）應(yīng)用管理平臺等。

DDC控制系統(tǒng)技術(shù)成熟，可實(shí)現(xiàn)一站式的全自動(dòng)控制。同時(shí)對使用人員的要求較低，對外部信息網(wǎng)絡(luò)的要求也不高。把DDC系統(tǒng)應(yīng)用到智能灌溉，機(jī)器換人，方便智慧農(nóng)業(yè)的普及，并能夠使文化素質(zhì)低的農(nóng)民能快速上手，迅速獲益。

1.1系統(tǒng)原理

基于DDC控制的智能灌溉系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取植物的生長環(huán)境信息，根據(jù)種植作物的需求提供肥料液與灌溉水，經(jīng)過可控管道系統(tǒng)使肥料充分融解于灌溉水，并通過噴槍或噴灌，定時(shí)、定量，均勻地噴灑在農(nóng)作物生長發(fā)育區(qū)域。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用DDC模塊的功能來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化控制。對“空氣、CO2、光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度等自然條件的自動(dòng)檢測，讓農(nóng)作物生產(chǎn)區(qū)域保持一個(gè)相對穩(wěn)定的環(huán)境，根據(jù)專家系統(tǒng)自動(dòng)對農(nóng)作物進(jìn)行滴灌和施肥。

基于DDC控制的智慧農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)，主要包含硬件和軟件兩方面。硬件系統(tǒng)主要包括建立滴灌系統(tǒng)和施肥系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)為滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的生產(chǎn)流程及專家系統(tǒng)的編程。

（1）硬件設(shè)計(jì)：建立一套以水泵，蓄水池等組成的滴灌系統(tǒng)和以混肥池、施肥管道、分配器、水泵等組成的施肥系統(tǒng)。以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)含傳感器、閥門、水泵及配電的設(shè)計(jì)等。

傳感器：土壤溫濕度傳感器、大氣溫濕度傳感器、CO 2 濃度傳感器 、光照強(qiáng)度傳感器、土壤酸堿度傳感器等。

執(zhí)行器：電磁閥、變頻器、電動(dòng)機(jī)等。

無線網(wǎng)絡(luò)：Zigbee 端節(jié)點(diǎn)、Zigbee 嵌入式網(wǎng)關(guān)等。[2]

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功率、低速率、低成本，可靠性高的雙向無線通信技術(shù)，主要用于各種電子設(shè)備之間的短距離、低功耗、低傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸和典型周期數(shù)據(jù)、間歇數(shù)據(jù)和響應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。隨著ZigBee技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。[3]

（2）軟件設(shè)計(jì)：根據(jù)不同的農(nóng)作物劃分不同的灌溉分區(qū)。不同的作物所需要的養(yǎng)料不同，灌溉時(shí)間和灌溉肥料不同。根據(jù)季節(jié)、不同植物成長的溫度、陽光和肥料的要求進(jìn)行滴灌和施肥程序設(shè)計(jì)以及專家咨詢系統(tǒng)的編程。

①根據(jù)當(dāng)天的光照度，土壤溫濕度，空氣溫濕度實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，讓大棚內(nèi)能夠保持一個(gè)相對穩(wěn)定的環(huán)境。

②根據(jù)不同的作物的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況，需肥規(guī)律情況進(jìn)行不同生育期的需求設(shè)計(jì)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例直接提供給作物。

③人機(jī)對話，自動(dòng)報(bào)警等。

2 “基于DDC控制的智能灌溉系統(tǒng)”的優(yōu)點(diǎn)

基于DDC控制的智能灌溉系統(tǒng)的優(yōu)勢如下：

（1）水肥均衡、省工省時(shí)

傳統(tǒng)的澆水和施肥方式，農(nóng)作物餓幾天再撐幾天，不能均勻地“吃喝”。而采用滴灌，可以根據(jù)作物需水需肥規(guī)律隨時(shí)供給，保證作物“吃得舒服，喝得痛快”。傳統(tǒng)的溝灌、施肥費(fèi)工費(fèi)時(shí)，非常麻煩。而使用滴灌，只需打開閥門，合上電閘，幾乎不用人工參與。

（2）節(jié)水省肥、減輕病害

滴灌水肥一體化，直接把作物所需要的肥料隨水均勻的輸送到植株的根部，作物“細(xì)酌慢飲”，大幅度地提高了肥料的利用率，可減少50%的肥料用量，水量也只有溝灌的30%-40%。

大棚內(nèi)作物很多病害是土傳病害，隨流水傳播。如辣椒疫病、番茄枯萎病等，采用滴灌可以直接有效的控制土傳病害的發(fā)生。滴灌能降低棚內(nèi)的濕度，減輕病害的發(fā)生。

（3）控溫調(diào)濕、增加產(chǎn)量

冬季使用滴灌能控制澆水量，降低濕度，提高地溫。傳統(tǒng)溝灌會造成土壤板結(jié)、通透性差，作物根系處于缺氧狀態(tài)，造成漚根現(xiàn)象，而使用滴灌則避免了因澆水過大而引起的作物漚根、黃葉等問題。改善了農(nóng)作物的品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)束語

基于DDC控制的智能灌溉系統(tǒng)極大地解放了勞動(dòng)力，投資少，見效快，示范效應(yīng)明顯。從而讓農(nóng)民自覺進(jìn)行智能化改造，減少政府扶植，讓社會資源分配更趨合理。在比較穩(wěn)定的環(huán)中應(yīng)用良好，但是在北方或西北較冷或較干燥的地方能不能推廣，還有待檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈徐慶.《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在“智慧農(nóng)業(yè)”中的應(yīng)用研究》.軟件研發(fā)與應(yīng)用，2018.12：45-46。

[2]張海蘭，雷桂平.《基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)》.信息記錄材料，2018年2月 第19卷第2期20：63-64。

[3] 范立南，劉 洲.《智能物聯(lián)網(wǎng)溫室自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》.儀器儀表用戶，2019年1月第26卷：6-9。

作者簡介：

王瑾烽，男（1969.02--），漢族，浙江金華人。高工，研究方向：建筑電氣。