倪冰倩 盧彪 張仕遠(yuǎn)

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)已不能滿足人們的現(xiàn)代生活，除此之外，近些年水資源的不足與污染問題嚴(yán)重加劇。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)推動了農(nóng)業(yè)種植的快速發(fā)展，促使灌溉系統(tǒng)智能化越來越普遍。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);智能;灌溉系統(tǒng)

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢

（一）國外研究現(xiàn)狀與趨勢

國外的灌溉智能技術(shù)到目前為止已有50多年的歷史。在一些機(jī)械化種植技術(shù)較為發(fā)達(dá)或水資源極度匱乏的地區(qū)，智能灌溉技術(shù)已得到了普及。通過智能灌溉技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對土壤濕度與溫度的實(shí)施監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)智能化來保證灌溉質(zhì)量和對灌溉標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新設(shè)置。一些國家的節(jié)水智能灌溉系統(tǒng)功能已實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代非充分灌溉方式的良好改革與過渡，朝著全自動化灌溉方向不斷探索。

（二）國內(nèi)研究現(xiàn)狀與趨勢

我國的智能灌溉系統(tǒng)源于90年代，由于起步的時(shí)間較遲，其還未形成系統(tǒng)化。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的智能灌溉產(chǎn)品種類較為單一，尚未形成專業(yè)化的質(zhì)量檢測與控制體系，在其方面還應(yīng)不斷探索與研究。我國的智能化灌溉目前在大棚設(shè)施中較為普遍，大田農(nóng)業(yè)很少涉及，丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)更是為一片空白。園林是智能灌溉未來發(fā)展的主要市場，在日后國內(nèi)將會加快研發(fā)、提高速度，搶占國內(nèi)外園林市場。

二、系統(tǒng)原理

（一）技術(shù)路線

（二）光照檢測電路和高亮LED燈照明電路

此光照系統(tǒng)我們采用了光敏電阻來進(jìn)行檢測，該電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。隨著光照強(qiáng)度的升高，其阻值降低，最小可至1KΩ以下。該電阻對光線極為敏感，在黑暗環(huán)境下，呈高阻狀態(tài)，電阻一般可達(dá)1.5MΩ。本系統(tǒng)中，采用串聯(lián)一個(gè)光敏電阻的方式不僅實(shí)現(xiàn)光敏電阻的分壓，還起到了保護(hù)電阻的功效。

在本設(shè)計(jì)中，LED為高亮燈。當(dāng)光照不足時(shí)，單片機(jī)的控制引腳將轉(zhuǎn)化為低電平，燈亮，給予光照。否，則燈不亮。

（三）DS18B20溫度傳感器模塊電路和5V散熱風(fēng)扇控制電路

DS18B20溫度傳感器的測溫范圍為-55℃～+125℃，工作電源：為3.0～5.5V/DC，測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送。其擁有獨(dú)特的單線接口方式、使用時(shí)不需要任何外圍元件、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線便可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，數(shù)量不多于8個(gè)DS18B20可并聯(lián)在唯一的三線上，但若超過8個(gè)將會使供電電源電壓過低，造成信號傳輸不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

風(fēng)扇的散熱工作原理是依照能量轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的，即為電能→電磁能→機(jī)械能→動能?？紤]到單片機(jī)無法直接使風(fēng)扇工作，所以該系統(tǒng)選擇三極管9012來解決此問題。該電阻為限流電阻，除了起到限流的作用外，還可以保護(hù)三極管。當(dāng)系統(tǒng)檢測到種植環(huán)境溫度過高時(shí)單片機(jī)的相關(guān)控制引腳將變?yōu)榈碗娖?，三極管導(dǎo)通，風(fēng)扇正常工作;否則，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動。

（四）TRSD土壤濕度傳感器模塊電路

該供水系統(tǒng)根據(jù)檢測出的導(dǎo)電率值來判斷灌溉所用的水源是否達(dá)標(biāo)，若達(dá)標(biāo)則可進(jìn)行水源供水，否則不供水。其土壤濕度傳感器檢測土壤的濕度，將濕度值顯示在液晶顯示器上，更具不同的植物可通過按鍵設(shè)置濕度閾值，當(dāng)土壤濕度小于設(shè)定的閾值，繼電器打開，繼電器可以外接水泵適量供給植物水分，否則繼電器斷開，水泵不工作。該土壤濕度傳感器采用鍍鎳，加寬傳感器感應(yīng)面積、提高導(dǎo)電性來延長傳感器使用壽命等作用。

三、智能灌溉的價(jià)值

（一）節(jié)約水資源

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國的東北、西北等地區(qū)，大范圍旱災(zāi)發(fā)生頻繁，我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域每日平均缺水量已經(jīng)超過960×104t，由此導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)問題將會十分嚴(yán)峻。此外，原本一些降水量較為豐富的南方地區(qū)，最近幾年也呈現(xiàn)出水量不斷減少的趨勢。從總體來看，我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的水資源供需不平衡問題將會越來越嚴(yán)峻?？偨Y(jié)當(dāng)下現(xiàn)有的智能灌溉技術(shù)，其大致分為滴灌、涌泉灌以及地下滲灌等方式，其在很大程度上解決了水資源供應(yīng)不足的問題。

（二）減輕勞動力、提高生產(chǎn)量

世界上許多發(fā)達(dá)國家在不斷改良與優(yōu)化本國的灌溉技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)了將每立方米水資源的糧食產(chǎn)量提高至2kg以上的優(yōu)秀成果。當(dāng)前我國的智能灌溉系統(tǒng)主要以進(jìn)口為主，在汲取國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始創(chuàng)新與自主研發(fā)更加優(yōu)秀的專利產(chǎn)品。我國的智能化灌溉技術(shù)發(fā)展前景十分開闊，其通過對溫度、濕度、光照等因素的智能監(jiān)測和控制，從而在減少大棚農(nóng)業(yè)種植者的成本和精力的情況下還能保證農(nóng)作物的生長環(huán)境達(dá)到一個(gè)較佳的狀態(tài)，進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

四、結(jié)束語

無論從全球缺水的實(shí)際情況來看，還是從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度分析，節(jié)水節(jié)能都是當(dāng)代社會發(fā)展的大勢所趨。現(xiàn)代化社會使用的智能灌溉技術(shù)，不僅比傳統(tǒng)方式節(jié)約了60%以上的水資源，同時(shí)還節(jié)約了大量的人力物力，降低了養(yǎng)護(hù)成本。隨著現(xiàn)代化科技的飛速發(fā)展，智能化灌溉系統(tǒng)正朝著綠色環(huán)保的方向不斷探索與邁進(jìn)。在未來，相信會有越來越多的智能化灌溉設(shè)備將被應(yīng)用于更多相關(guān)方面的規(guī)劃與建設(shè)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐松惠.園林運(yùn)行過程中智能灌溉技術(shù)的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代園藝，2018（9）.

[2]張竟華.探究節(jié)能型技術(shù)在園林施工中的運(yùn)用[J].現(xiàn)代園藝，2018（2）：188-188.

[3]邢佳伊，于偉銘.論農(nóng)業(yè)水資源的高效利用與可持續(xù)發(fā)展[J].南方農(nóng)機(jī)，2017（8）：109-110.

[4]桑瑜.農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的智能化發(fā)展[J].農(nóng)經(jīng)，2021（Z1）：51-55.

[5]袁偉。農(nóng)業(yè)水資源節(jié)約利用的優(yōu)化方案探討[J].中國水運(yùn)（下半月），2015（6）：130-131.

[6]潘曉貝，員瑩.基于ZigBee的農(nóng)田智能灌溉系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)[J].電子測試2020（13）：14.試，2020（13）：11-14.

[7]文紅輝.淺論農(nóng)業(yè)綠色高效節(jié)水研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢[J].絲路視野，2018（31）：180.

[8]余國雄，王衛(wèi)星，謝家興，陸華忠，林進(jìn)彬，莫昊凡.基于物聯(lián)網(wǎng)的荔枝園信息獲取與智能灌溉專家決策系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（20）：144-152.

[9]崔天時(shí)，孫建偉，呂信超，鄭鐵，孟祥遠(yuǎn)，李昕洋，林珊.基于GPRS的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016，38（10）：193-197.

[10]王志云.農(nóng)業(yè)水資源現(xiàn)狀與節(jié)約利用探討[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2020，26（07）：45-46+49.