郭志冬

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

1.前言

上世紀(jì)70年代，電子技術(shù)迅猛發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)問世，促進(jìn)溫室綜合自動(dòng)化控制技術(shù)良好發(fā)展，1974年荷蘭將計(jì)算機(jī)作為溫室氣候控制系統(tǒng)的核心部分，而從80年代到90年代，以色列溫室技術(shù)更新了三代。國內(nèi)溫室技術(shù)從上世紀(jì)60年代開始，采用簡(jiǎn)易的塑料大棚針對(duì)蔬菜進(jìn)行種植，直到80年代初，才從美國、保加利亞以及荷蘭等國引進(jìn)了成套設(shè)備，為后續(xù)生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的良好研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2.生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的必要性

在農(nóng)業(yè)發(fā)展的幾千年歷史之中，針對(duì)雨水進(jìn)行充分有效的利用，是節(jié)水灌溉工作中的重要內(nèi)容，同樣對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了極其重要的影響。水資源緊缺的社會(huì)現(xiàn)實(shí)，促進(jìn)人們?cè)絹碓街匾暭贽r(nóng)業(yè)技術(shù)。國內(nèi)針對(duì)雨水利用技術(shù)的系統(tǒng)化研究，是從上世紀(jì)80年代開始的，在這些年來的不斷研究中，取得了良好的進(jìn)展。但是需要注意的是，集雨農(nóng)業(yè)本身涉及到了較多的方面，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的復(fù)雜性以及系統(tǒng)性，對(duì)于技術(shù)要求較高，其中包含了收集、存儲(chǔ)、輸送以及最終利用等環(huán)節(jié)，針對(duì)這種情況，就需要有著較高自動(dòng)化的調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)作為支撐，才能促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)能夠在無人值守的情況下自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)和推廣，對(duì)于現(xiàn)階段生態(tài)溫室雨水的綜合利用工作具有十分重要的作用，能夠有效推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定增長(zhǎng)提供良好的前提技術(shù)條件。

3.生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組織部分和工作原理

在實(shí)際應(yīng)用過程中，生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要針對(duì)雨水進(jìn)行收集、過濾，并將過濾后的雨水存儲(chǔ)到集雨池之中，這樣當(dāng)該系統(tǒng)下達(dá)相應(yīng)的灌溉命令的時(shí)候，就能夠在水泵的作用下及時(shí)提取雨水，開啟田間灌溉設(shè)備，從而針對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行有效灌溉。從控制系統(tǒng)本身的實(shí)際運(yùn)行流程來看，就能夠發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)之中主要包含了三個(gè)方面：一是雨水收集系統(tǒng)，其中包含雨水收集設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備；二是田間灌溉系統(tǒng)，該子系統(tǒng)中涵蓋了田間監(jiān)測(cè)設(shè)備、供水電網(wǎng)以及灌溉設(shè)備這三個(gè)方面；三是自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中主要是分為硬件設(shè)施和軟件設(shè)施兩個(gè)方面。針對(duì)生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體組成部分情況進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)其中主要包含了棚膜、集雨槽、排水口、集雨池、水泵、井口、水桶、輸水管、鐵架、電磁閥、土壤濕度傳感器、灌水器（滴頭和滴灌管）、支管、配電箱（儀表）、電腦以及轉(zhuǎn)換模塊等方面。

3.1 雨水收集系統(tǒng)

雨水收集系統(tǒng)（見圖1）是生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中的重要組成部分，顧名思義，就是針對(duì)雨水進(jìn)行收集的運(yùn)行系統(tǒng)，其中主要包含了集雨池、溫室棚膜、集雨槽和排水管這四個(gè)方面，涵蓋了收集設(shè)備和儲(chǔ)存設(shè)備。

圖1 雨水收集系統(tǒng)效果圖

3.2 田間灌溉系統(tǒng)

生態(tài)溫室內(nèi)部的雨水利用系統(tǒng)需要采用自動(dòng)化控制的方式，因而在針對(duì)其中的各方面系統(tǒng)組成部分進(jìn)行有效選擇和控制的時(shí)候，需要選擇一些能夠有效連接到自動(dòng)化設(shè)備的系統(tǒng)，這樣才能有效推進(jìn)自動(dòng)化手段的良好實(shí)施。對(duì)于田間灌溉系統(tǒng)來說，需要針對(duì)適用范圍、省水以及省電等方面條件進(jìn)行充分考量，同時(shí)還需要盡可能地選用一些設(shè)備投資價(jià)格較低的設(shè)備。田間灌溉系統(tǒng)中采用了滴灌方式，內(nèi)鑲式滴灌管，是該系統(tǒng)中常用的滴灌帶，其中壁厚為0.02mm，直徑為16mm，而出水孔之間的距離為30cm。在連接滴灌管的過程中，使用了聚乙烯硬塑管的輸水支管，其直徑是30mm[1]。

3.3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的核心設(shè)計(jì)部分就是自動(dòng)化方面，系統(tǒng)本身的自動(dòng)化強(qiáng)度和優(yōu)劣效果，將能夠直接影響到系統(tǒng)整體的功能強(qiáng)弱效果。本文中的生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，主要采用了智能儀表，將其作為核心控制系統(tǒng)，能夠有效開展智能化的自動(dòng)控制工作，促進(jìn)自動(dòng)化控制工作更為全面的開展。溫室雨水自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中主要包含了硬件設(shè)施和軟件設(shè)施兩個(gè)方面，其中硬件設(shè)施中包含了上位機(jī)、下位機(jī)以及執(zhí)行結(jié)構(gòu)、檢測(cè)傳感器、聲光報(bào)警電路以及具體的控制電路等多方面。工控機(jī)作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的上位機(jī)，其能夠針對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行良好設(shè)定，同時(shí)準(zhǔn)確控制好灌區(qū)的具體灌溉參數(shù)。而下位機(jī)方面，則主要是選擇了智能儀表，在具體的通訊接口中，需要將其與轉(zhuǎn)換器進(jìn)行良好的連接，一般采用的轉(zhuǎn)換器為RS232和RS485[2]。

4.生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，需要在上位機(jī)上安裝好事先編制好的軟件，這樣將能夠有效控制后相應(yīng)的下位機(jī)和田間各項(xiàng)設(shè)備。本文控制系統(tǒng)中的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)過程中主要是采用了組態(tài)王和Visual C++6.0這兩種軟件形式[3]。

4.1 作物土壤相對(duì)含水量查詢系統(tǒng)

設(shè)計(jì)作物土壤相對(duì)含水量的查詢系統(tǒng)，將能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制系統(tǒng)的良好運(yùn)行提供前提條件。首先需要設(shè)計(jì)好該查詢系統(tǒng)自身的作物名稱和類型，將其作為相應(yīng)的變量，并以此為根據(jù)開展作物灌溉信息和土壤相對(duì)含水量的查詢工作，從而具有較強(qiáng)的應(yīng)用效果[4]。以溫室常見蔬菜土壤含水量的相關(guān)情況為例，針對(duì)含水量查詢系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，具體情況如下表1。

表1 溫室常見蔬菜土壤含水量的相關(guān)情況表

而具體在查詢相關(guān)數(shù)據(jù)的過程中，首先需要針對(duì)地區(qū)進(jìn)行選擇，然后針對(duì)溫室類型進(jìn)行選擇，在此基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的灌溉方式和土壤類型；其次，需要選擇作物類型和作物名稱；最后，需要點(diǎn)擊相應(yīng)的查詢按鈕，系統(tǒng)頁面將會(huì)直接顯示出具體的結(jié)果。

4.2 自動(dòng)化灌溉軟件設(shè)計(jì)工作

針對(duì)自動(dòng)化灌溉軟件進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，需要全面掌握其具體的運(yùn)行流程，從雨水收集出發(fā)，按照田間作物自身的需水情況，按照缺水時(shí)候自動(dòng)灌溉的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，直到滿足田間作物的需水要求后停止灌溉，這樣將能夠?qū)崿F(xiàn)整體的自動(dòng)化效果[5]。在具體設(shè)計(jì)自動(dòng)化灌溉軟件過程中，首先需要針對(duì)系統(tǒng)的主界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中主要是包含了工作間、室外和種植區(qū)域這三個(gè)部分，而在界面之中能夠直接顯示出來溫室作物自身的土壤濕度和溫度情況[6]。其次，需要針對(duì)參數(shù)設(shè)置界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，從土壤相對(duì)含水量查詢系統(tǒng)軟件出發(fā)，按照實(shí)際作物的種植情況針對(duì)土壤含水量的報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定，這樣將能夠有效確定出最終灌溉系統(tǒng)的啟動(dòng)條件。通常情況下，針對(duì)土壤含水量報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定的過程中，需要將報(bào)警值設(shè)定在3%～5%的范圍內(nèi)，只有在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，才會(huì)誘發(fā)相應(yīng)的報(bào)警條件，從而完成相應(yīng)的灌溉工作[7]。

4.3 灌溉趨勢(shì)曲線查詢界面

在針對(duì)生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)本身進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注到灌溉趨勢(shì)曲線的查詢界面方面，通過這一曲線能夠有效表現(xiàn)出土壤溫濕度變量的實(shí)際變化情況，能為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工作提供良好的數(shù)據(jù)支持。在具體的設(shè)計(jì)工作中，主要采用了組態(tài)王軟件，而在這方面包含了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線[8]。

5.生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性分析和測(cè)試工作

做好生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作之后，為了有效保證其正常應(yīng)用效果，需要做好相應(yīng)的可靠性分析和測(cè)試工作，為系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行分析數(shù)據(jù)。首先，需要做好設(shè)備儀器方面的安裝和校準(zhǔn)工作，這就需要從設(shè)備的具體設(shè)計(jì)要求出發(fā)，按照具體的安裝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范開展具體的配置工作。當(dāng)前生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)在正式使用的時(shí)候，需要安裝的硬件設(shè)備包含了溫室試驗(yàn)田、控制室以及溫室配電柜這三個(gè)方面。按照溫室試驗(yàn)區(qū)域的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，做好田間灌溉部分的設(shè)備安裝工作，通常需要使用到支管和滴灌管，使其二者保持良好的連接效果，并將支管和水桶連接[9]。其次，需要做好測(cè)試工作，這其中需要選用專門的試驗(yàn)基地，可以根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的地區(qū)和環(huán)境條件，主要是針對(duì)自動(dòng)化灌溉控制和手動(dòng)灌溉控制的差異性進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比。

6.結(jié)束語

將溫室雨水利用的理念和自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行完美融合，通過土壤溫濕度傳感器針對(duì)土壤的實(shí)際情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)作物本身土壤含水量數(shù)值的具體變化狀態(tài)，針對(duì)溫室雨水自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，這樣將能有效提升溫室內(nèi)部灌溉的自動(dòng)化效果，不僅減少了勞動(dòng)量，同時(shí)還有效提升了生產(chǎn)效率。本文針對(duì)生態(tài)溫室雨水綜合利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)和研究過程作了細(xì)致的分析和介紹，尤其是針對(duì)水收集系統(tǒng)、田間灌溉系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程進(jìn)行充分研究，這將能夠?yàn)樵撓到y(tǒng)在未來農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的廣泛應(yīng)用提供良好的前提條件。

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