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摘要:
隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制技術(shù)不斷改進(jìn)和成熟,智能化灌溉設(shè)備開始取代傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)灌溉,在節(jié)水灌溉中實現(xiàn)了系統(tǒng)化和自動化運作。結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)節(jié)水灌溉經(jīng)驗,研究提出適合我國國情發(fā)展的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng),其控制的核心主要有兩點:一測、二控。
關(guān)鍵詞:智能化;農(nóng)業(yè)用水;節(jié)水灌溉;控制系統(tǒng)
我國是農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)的是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ),但是受水資源不足、人多地少、環(huán)境污染嚴(yán)重以及技術(shù)落后等原因的影響,我國農(nóng)業(yè)用水的浪費率高,這對于發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)必須解決的重要問題。本文通過分析國外經(jīng)驗,研究分析適合我國的智能化設(shè)備農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)。
1節(jié)水灌溉技術(shù)及國內(nèi)外發(fā)展
(1)節(jié)水灌溉技術(shù)。節(jié)水灌溉技術(shù)主要包含兩個方面:工程節(jié)水技術(shù);灌溉控制技術(shù)。①工程節(jié)水技術(shù):工程節(jié)水技術(shù)主要指的是利用原有的灌溉設(shè)施并對其進(jìn)行現(xiàn)代化技術(shù)改造,或者重新建設(shè)先進(jìn)的灌溉設(shè)備其目的是通過設(shè)備改造和創(chuàng)新減少水資源的損失,節(jié)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(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化控制技術(shù),根據(jù)自然環(huán)境、農(nóng)作物用水需求以及可用水量等因素,綜合協(xié)調(diào)保障供水,其供水原則更加精細(xì)化和可控化。相比較傳統(tǒng)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(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制技術(shù)應(yīng)用。國外在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制技術(shù)上有發(fā)展時間長,智能化水平高,其自動控制系統(tǒng)更加完善和先進(jìn)。主要是利用計算機(jī)控制灌溉系統(tǒng),檢測和掌握土壤環(huán)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(xiàn)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(shè)施中,流量控制閥、減壓閥等,能夠大大提高整個設(shè)備的運行效率,促使作物獲得最佳的生長環(huán)境。
(3)國內(nèi)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制技術(shù)發(fā)展。國內(nèi)節(jié)水灌溉技術(shù)開始于20世紀(jì)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(jìn)入新時期以來,我國在灌溉技術(shù)上取得了較快發(fā)展,但是先進(jìn)的設(shè)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(qū),我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,有其特殊性,土地相對分散,并且地形較為復(fù)雜,一些國外的灌溉控制系統(tǒng)在適應(yīng)性上存在不小的問題,并且這些設(shè)備價格昂貴,在我國推廣的難度大,我國在發(fā)展灌溉控制系統(tǒng)時需要加強(qiáng)自主創(chuàng)新,提高對控制系統(tǒng)的整合和升級,開發(fā)適用性強(qiáng)、成本低、效率高的智能化灌溉控制系統(tǒng)。
2節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)
(1)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)工作原理。節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)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(jìn)行轉(zhuǎn)化成數(shù)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(jī)的人機(jī)界面上,實現(xiàn)對信息的掌握和控制。從接收的信息上結(jié)合預(yù)設(shè)的農(nóng)作物需水量和以及整個灌溉系統(tǒng)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相關(guān)按鈕進(jìn)行灌溉操作,整個過程中的信息都能夠在人機(jī)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(jìn)行灌溉,就可以發(fā)出控制指令,機(jī)器就會停止操作。
(2)灌溉實現(xiàn)與控制。在灌溉系統(tǒng)中,最核心的是采用電機(jī)驅(qū)動離心泵的方式將水注入管道,從而實現(xiàn)灌溉的目的。而這個過程中,執(zhí)行灌溉任務(wù)的是電磁閥,電磁閥在這個系統(tǒng)中充當(dāng)管理者角色,它能夠控制區(qū)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(tǒng)中形成若干個連接點。灌溉支管上安置了若干個噴頭,根據(jù)區(qū)域需水量進(jìn)行灌溉或?qū)^(qū)域?qū)嵭休喠鞴喔取τ诜制瑓^(qū)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(jiān)控所在地點的土壤水分,并將檢測到的數(shù)據(jù)和結(jié)果通過通訊設(shè)備傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中,單片機(jī)再根據(jù)預(yù)先的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,根據(jù)對比分析結(jié)果實施灌溉。
(3)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體的原理和實際的需求,對于灌溉控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,其工作采用的是某型單片機(jī),并采用控制電磁閥對于田間進(jìn)行灌溉操作,其系統(tǒng)主要是利用傳感器測量電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制電路等等,結(jié)合上述的功能及總體結(jié)構(gòu),其總體結(jié)構(gòu)框如圖1所示。在研究智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)時,將灌溉控制系統(tǒng)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(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的處理和執(zhí)行,并且硬件設(shè)備能夠根據(jù)其實際情況進(jìn)行調(diào)整和完善,軟件部分主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個部分之間的關(guān)系,控制硬件的執(zhí)行,屬于整個系統(tǒng)的核心部分,而整個系統(tǒng)的完成質(zhì)量主要是硬件設(shè)備和軟件服務(wù)相互協(xié)調(diào)的結(jié)果,只有二者相互協(xié)調(diào)才能發(fā)揮節(jié)水灌溉系統(tǒng)的最大功效。
3節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計及建議
(1)系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容。智能化設(shè)施的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計可以分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分。硬件設(shè)計主要集中在四個方面:①單片機(jī)主機(jī);②模數(shù)轉(zhuǎn)換電路;③LED數(shù)據(jù)現(xiàn)實電路;④超限報警電路。軟件主要從五個方面進(jìn)行設(shè)計:①灌溉系統(tǒng)主系統(tǒng)設(shè)計;②采樣子程序設(shè)計;③數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計;④尺度變換程序設(shè)計;⑤轉(zhuǎn)碼程序設(shè)計。
(2)系統(tǒng)設(shè)計基本原則。在設(shè)計過程中,設(shè)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(huán)境和人文環(huán)境,決定了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ),所以在技術(shù)推廣和應(yīng)用中,需要不斷的注意實事求是原則,加強(qiáng)整個設(shè)備的適用性和實用性,保證整個設(shè)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(shè)計來說至關(guān)重要。二是與時俱進(jìn)。在設(shè)計和開發(fā)相關(guān)控制系統(tǒng)時,研發(fā)人員要重視與時俱進(jìn),不僅要立足于現(xiàn)在還要著眼未來,要加強(qiáng)在技術(shù)上的考慮和投入。在布局規(guī)劃上,灌溉系統(tǒng)不僅要服務(wù)于農(nóng)業(yè)基礎(chǔ),更能夠指導(dǎo)農(nóng)業(yè)進(jìn)步。三是開拓創(chuàng)新性。智能時代的到來已經(jīng)深入的影響人民的衣食住行用,在農(nóng)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(shè)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)服務(wù)。四是試用檢驗。在設(shè)計完成及制造組裝之后,還需對強(qiáng)智能化設(shè)備進(jìn)行實驗和檢驗,發(fā)現(xiàn)問題及時改進(jìn)完善,以保證設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)。
作者:段從文 單位:蘭州市中川水上綠化管理處