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智能化設施農業(yè)節水灌溉控制系統分析論文
摘要：
隨著(zhù)農業(yè)節水灌溉控制技術(shù)不斷改進(jìn)和成熟，智能化灌溉設備開(kāi)始取代傳統農機灌溉，在節水灌溉中實(shí)現了系統化和自動(dòng)化運作。結合國內外先進(jìn)節水灌溉經(jīng)驗，研究提出適合我國國情發(fā)展的節水灌溉控制系統，其控制的核心主要有兩點(diǎn)：一測、二控。
關(guān)鍵詞：智能化；農業(yè)用水；節水灌溉；控制系統
我國是農業(yè)大國，農業(yè)的是我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎，但是受水資源不足、人多地少、環(huán)境污染嚴重以及技術(shù)落后等原因的影響，我國農業(yè)用水的浪費率高，這對于發(fā)展現代農業(yè)是嚴峻的挑戰，也是現代農業(yè)必須解決的重要問(wèn)題。本文通過(guò)分析國外經(jīng)驗，研究分析適合我國的智能化設備農業(yè)節水灌溉控制系統。
1節水灌溉技術(shù)及國內外發(fā)展
�。�1）節水灌溉技術(shù)。節水灌溉技術(shù)主要包含兩個(gè)方面：工程節水技術(shù)；灌溉控制技術(shù)。①工程節水技術(shù)：工程節水技術(shù)主要指的是利用原有的灌溉設施并對其進(jìn)行現代化技術(shù)改造，或者重新建設先進(jìn)的灌溉設備其目的是通過(guò)設備改造和創(chuàng )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(wú)效灌溉；具體技術(shù)有管道輸水，滴灌等等。②灌溉控制技術(shù)：灌溉控制技術(shù)主要指的是利用自動(dòng)化控制技術(shù)，根據自然環(huán)境、農作物用水需求以及可用水量等因素，綜合協(xié)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(shù)不再依靠人的經(jīng)驗進(jìn)行控制灌溉，而是利用對地理環(huán)境以及作物生長(cháng)的特性，大大提高了水資源的利用率，從而滿(mǎn)足用水需求的同時(shí)，做到不浪費水。
�。�2）國外農業(yè)節水灌溉控制技術(shù)應用。國外在農業(yè)節水灌溉控制技術(shù)上有發(fā)展時(shí)間長(cháng)，智能化水平高，其自動(dòng)控制系統更加完善和先進(jìn)。主要是利用計算機控制灌溉系統，檢測和掌握土壤環(huán)境，從而有效控制和掌握實(shí)際需水量，使用滴灌和噴灌，并且實(shí)現了自動(dòng)化管理，只需要在控制室就能夠完成整個(gè)操作過(guò)程，在自動(dòng)灌溉配套設施中，流量控制閥、減壓閥等，能夠大大提高整個(gè)設備的運行效率，促使作物獲得最佳的生長(cháng)環(huán)境。
�。�3）國內農業(yè)節水灌溉控制技術(shù)發(fā)展。國內節水灌溉技術(shù)開(kāi)始于20世紀50年代，但是由于在管理和推廣方面的問(wèn)題，開(kāi)展的效果并不理想。進(jìn)入新時(shí)期以來(lái)，我國在灌溉技術(shù)上取得了較快發(fā)展，但是先進(jìn)的設備住喲還是依靠從外國進(jìn)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(yè)生產(chǎn)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(wèn)題，并且這些設備價(jià)格昂貴，在我國推廣的難度大，我國在發(fā)展灌溉控制系統時(shí)需要加強自主創(chuàng )新，提高對控制系統的整合和升級，開(kāi)發(fā)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?jì)x器探測田間土壤各種信息，并對于收集到的信息進(jìn)行轉化成數字量，并在控制器上予以顯示。同時(shí)這些信息及時(shí)傳輸和推送到PC上位機的人機界面上，實(shí)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(gè)灌溉系統的灌溉用水量、水速進(jìn)行有效控制。一旦需要灌溉就可以啟動(dòng)相關(guān)按鈕進(jìn)行灌溉操作，整個(gè)過(guò)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(shí)間、灌溉量以及剩余時(shí)間和水量等信息，如果不需要進(jìn)行灌溉，就可以發(fā)出控制指令，機器就會(huì )停止操作。
�。�2）灌溉實(shí)現與控制。在灌溉系統中，最核心的是采用電機驅動(dòng)離心泵的方式將水注入管道，從而實(shí)現灌溉的目的。而這個(gè)過(guò)程中，執行灌溉任務(wù)的是電磁閥，電磁閥在這個(gè)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(zhù)灌溉干支流的各個(gè)管道，在整個(gè)系統中形成若干個(gè)連接點(diǎn)。灌溉支管上安置了若干個(gè)噴頭，根據區域需水量進(jìn)行灌溉或對區域實(shí)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(diǎn)的土壤水分，并將檢測到的數據和結果通過(guò)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(jìn)行對比分析，根據對比分析結果實(shí)施灌溉。
�。�3）節水灌溉控制系統總體結構。根據具體的原理和實(shí)際的需求，對于灌溉控制系統的總體結構進(jìn)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(jìn)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(yè)節水灌溉控制系統時(shí)，將灌溉控制系統劃分成兩個(gè)部分，一個(gè)是硬件電路，另一個(gè)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(shí)際情況進(jìn)行調整和完善，軟件部分主要負責協(xié)調各個(gè)部分之間的關(guān)系，控制硬件的執行，屬于整個(gè)系統的核心部分，而整個(gè)系統的完成質(zhì)量主要是硬件設備和軟件服務(wù)相互協(xié)調的結果，只有二者相互協(xié)調才能發(fā)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(yè)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(gè)部分。硬件設計主要集中在四個(gè)方面：①單片機主機；②模數轉換電路；③LED數據現實(shí)電路；④超限報警電路。軟件主要從五個(gè)方面進(jìn)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(guò)程中，設計人員要遵循以下幾個(gè)方面的原則。一是實(shí)事求是。中國的特殊自然環(huán)境和人文環(huán)境，決定了我國農業(yè)的發(fā)展基礎，所以在技術(shù)推廣和應用中，需要不斷的注意實(shí)事求是原則，加強整個(gè)設備的適用性和實(shí)用性，保證整個(gè)設備在能夠符合中國國情，并利于推廣使用，這一點(diǎn)對于任何設計來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。二是與時(shí)俱進(jìn)。在設計和開(kāi)發(fā)相關(guān)控制系統時(shí)，研發(fā)人員要重視與時(shí)俱進(jìn)，不僅要立足于現在還要著(zhù)眼未來(lái)，要加強在技術(shù)上的考慮和投入。在布局規劃上，灌溉系統不僅要服務(wù)于農業(yè)基礎，更能夠指導農業(yè)進(jìn)步。三是開(kāi)拓創(chuàng )新性。智能時(shí)代的到來(lái)已經(jīng)深入的影響人民的衣食住行用，在農業(yè)發(fā)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(fā)中，要充分利用和發(fā)揮職能化的優(yōu)勢，提高產(chǎn)品的智能化和創(chuàng )新性，更好的為現代農業(yè)服務(wù)。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(jìn)行實(shí)驗和檢驗，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)完善，以保證設計目標的實(shí)現。
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