段從文

（蘭州市中川水上綠化管理處，甘肅 蘭州730000）

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的是我國經(jīng)濟發(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)施并對其進行現(xiàn)代化技術(shù)改造，或者重新建設(shè)先進的灌溉設(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。主要是利用計算機控制灌溉系統(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，但是先進的設(shè)備住喲還是依靠從外國進口，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、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上位機的人機界面上，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、水速進行有效控制。一旦需要灌溉就可以啟動相關(guān)按鈕進行灌溉操作，整個過程中的信息都能夠在人機界面中得到顯示，主要包括灌溉時間、灌溉量以及剩余時間和水量等信息，如果不需要進行灌溉，就可以發(fā)出控制指令，機器就會停止操作。

（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)域需水量進行灌溉或?qū)^(qū)域?qū)嵭休喠鞴喔?。對于分片區(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中，單片機再根據(jù)預(yù)先的參考數(shù)據(jù)進行對比分析，根據(jù)對比分析結(jié)果實施灌溉。

圖1 節(jié)水灌溉系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

（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)其實際情況進行調(diào)整和完善，軟件部分主要負責(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單片機主機；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。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，不僅要立足于現(xiàn)在還要著眼未來，要加強在技術(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，還需對強智能化設(shè)備進行實驗和檢驗，發(fā)現(xiàn)問題及時改進完善，以保證設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)。