一種智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)

劉政權(quán)

摘要：智能灌溉控制系統(tǒng)是集自動控制技術(shù)傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等于一體的灌溉管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要面向農(nóng)田，園林，設(shè)施農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的日常灌溉控制和管理而設(shè)計，并通過現(xiàn)代化的科學技術(shù)手段，達到降低人力成本，提高自動化生產(chǎn)效率，節(jié)約水資源的目的。智能自動化控制灌溉能夠提高灌溉管理水平，改變?nèi)藶椴僮鞯碾S意性，同時智能控制灌溉能夠減少灌溉用工，降低管理成本，顯著提高效益。本系統(tǒng)通過運用反饋控制進行調(diào)控，即收集農(nóng)田溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)接嬎銠C，通過與預設(shè)值進行對比，然后通過執(zhí)行器控制灌溉噴頭閥門以及轉(zhuǎn)速以達到所需目的。

關(guān)鍵詞：智能農(nóng)業(yè);灌溉系統(tǒng);反饋控制

引言

世界上每年都會因為灌溉造成水資源大量浪費，比如美國每年浪費掉的水資源高達8，520億升，而若安裝一種智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)則可有效地控制水流量，達到節(jié)水目的。在中國農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%左右，由于農(nóng)業(yè)灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國家已達70%～80%，因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。我們的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)在這種背景下應運而生了。

1、?智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)工作原理

灌溉系統(tǒng)工作時，濕度傳感器采集土壤里的干濕度信號，檢測到的濕度信號通過A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標準的電流模擬信號轉(zhuǎn)換為濕度數(shù)字信號，輸入到可編程控制器?？删幊炭刂破鲀?nèi)預先設(shè)定標準濕度值，實際測得的濕度信號與標準值比較，可以分為：在這個范圍內(nèi)，超出這個范圍，小于這個范圍三種情況。

可編程控制器將控制信號傳給變頻器，變頻器根據(jù)濕度值，相應的調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，電動機帶動水泵從水源抽水，需要灌溉時，電磁閥就自動開啟，通過主管道和支管道為噴頭輸水，噴頭以各自的旋轉(zhuǎn)角度自動旋轉(zhuǎn)。灌溉結(jié)束時電磁閥自動關(guān)閉。為了避免離水源遠的噴頭不能被供給足夠的壓力，在電磁閥的一側(cè)安裝一塊壓力表，保證個噴頭的水壓滿足設(shè)定的噴灌射程，避免發(fā)生因為水壓不足，噴頭射程減少的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)對草坪灌溉的智能控制。

原理如圖：

1.1?設(shè)備說明與選取

①可編程控制器：負責發(fā)出和接收各種運行程序指令，是整個控制系統(tǒng)的中樞部分。

②傳感器：土壤溫度與含水傳感器。大棚土壤內(nèi)部買入熱敏電阻實現(xiàn)對土壤溫度的測量;利用土壤溫度通過熱土壤介電常數(shù)測量土壤含水率。根據(jù)上述傳感器測得土壤參數(shù)數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)土壤缺水，系統(tǒng)控制噴灌裝置進行噴灑作業(yè)。

③A/D模塊：因為可編程控制器不能接收模擬信號，所以需將傳感器的電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

④變頻器：通過改變電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)噴灌流量，達到節(jié)水的目的。

⑤電動機、水泵：由電動機帶動水泵從水源抽水，為噴灌系統(tǒng)提供一定的壓力。

⑥電磁閥：控制噴頭的噴灌與否。

⑦噴頭：實現(xiàn)均勻噴灑，便于充分吸收。

⑧管網(wǎng)：灌溉系統(tǒng)輸送水的管路。

2?系統(tǒng)功能簡介

2.1系統(tǒng)自動控制功能介紹

計算機控制系統(tǒng)原理圖如圖所示：

閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量變送器對被控對象進行檢測，把被控量如土壤溫度、濕度等物理量轉(zhuǎn)換成電信號再反饋到控制器中，控制器將此測量值與給定值進行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律（如PID控制規(guī)律）產(chǎn)生相應的控制信號驅(qū)動執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實現(xiàn)自動控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。本次設(shè)計系統(tǒng)把控制器用控制計算機即微型計算機及A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換接口與D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換接口代替，由于計算機采用的是數(shù)字信號傳遞，而一次儀表多采用模擬信號傳遞，因此需要有A/D轉(zhuǎn)換器將模?擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量作為其輸入信號，以及D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量作為其輸出信號。

3?總結(jié)

在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動化控制，不僅可以提高資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。灌溉系統(tǒng)自動化的水平較低，這也是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日本、美國等一些國家已采用先進節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進行監(jiān)測預報，實際動態(tài)管理。采用傳感器來監(jiān)測土壤的墑情和農(nóng)作物的生長，實現(xiàn)水管理的自動化。

參考文獻：

[1]?李惠鈞，?李雙冰.基于移動互聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].山西農(nóng)經(jīng)，?2017?（22）?：60.

[2]?陳磊，?許燕，?李建軍，?等.基于WSN和GSM的智能灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].農(nóng)機化研究，?2017，?39?（3）?：175-180.

[3]?侯真，于發(fā)達，江云霞.節(jié)水灌溉水利工程施工技術(shù)[J].居舍，2020（13）：25.

[4]?王煒.精準自動化灌溉系統(tǒng)設(shè)計及應用探討[J].陜西水利，2020（4）：77-79.

[5]?王淏，劉強.溫室大棚溫度自動控制系統(tǒng)技術(shù)研究[J].