大棚蔬菜节水灌溉系统的应用研究

2015-04-07王向飞周文帅临邑县水务局山东临邑251500

山东水利 2015年8期

关键词：大棚蔬菜节水灌溉应用分析

王向飞，周文帅（临邑县水务局，山东临邑 251500）

大棚蔬菜节水灌溉系统的应用研究

王向飞，周文帅
（临邑县水务局，山东临邑 251500）

【摘要】当前大棚蔬菜灌溉的自动控制系统多为直接进口，成本昂贵，难以得到大面积推广，而且传统的灌溉方式效率低，浪费大。鉴于此，介绍一种成本低，性能稳定，使用方便的节水灌溉控制系统，以期得到推广使用。

【关键词】大棚蔬菜；节水灌溉；应用分析

大棚蔬菜节水灌溉控制系统采用传感技术和单片微机技术相结合，上下位机均使用单片机。下位机负责采集土壤湿度信息并可任意设定湿度的上下限值，当湿度超出限定范围时能通过无线方式发送信息给上位机进行相应的处理，不同的下位机可通过不同的地址码和数据码进行编码。上位机负责将下位机发来的信息进行识别，确定是哪一个下位机，是湿度超过上限还是低于下限，并自动启停相应的水阀。

1　节水灌溉系统组成

一个完整的灌溉系统，从灌溉受水点到水源，一般是由灌水器、各级输水管道和管件、各种控制和量测设备、过滤器、施肥（施药）装置、水泵电机、电器控制装置、水源等配套组成。

1.1系统硬件

1）下位机工作原理。下位机硬件主要由单片机、土壤湿度采集、液晶显示模块、键盘、电源、编码电路和无线发射模块等组成。单片机作为下位机的核心，控制各模块间正常运作。系统工作时先等待键盘设置湿度的上限值和下限值，设定成功后进入正常工作状态，单片机将实时采集的湿度数据进行处理，并通过液晶1602进行显示，当湿度低于下限值时，单片机置编码芯片的其中一位数据码为“0”，同时启动编码电路将事先设置好地址码和其他数据码通过无线发射模块发射给上位机，同理，当湿度高于上限值时，将相应的数据码置“1”再发射出去，地址码和其他的数据码可通过拨码开关预置。电源负责下位机系统的正常供电。

土壤湿度传感器采用电压型SMS-1-50土壤水分传感器，可将相对湿度值很好的转换为线性电压输出，输出电压0～2V。AD转换采用德州仪器公司生产的高速单通道8位模数转换器ADC081S101，可将湿度传感器输出的模拟电压信号转化成单片机可识别的数字信号。键盘采用4×4矩阵式键盘，由数字键和功能键组成。液晶采用1602液晶显示器，用于显示实时的湿度值。单片机采用常用的AT89S52单片机，价格便宜。存储器采用24C02，用于存储设定的上下限值。编码电路中采用编码芯片PT2262，含8位地址码和4位数据码，其中一位数据码与单片机的I/O口相连，湿度超限置“1”，低于下限置“0”，其余数据码和地址码可由拨码开关置数，用于区别不同的下位机，编码的发射控制端由单片机控制，每当湿度超限时启动发射。无线发射模块采用315MHz或433MHzASK调制的无线发射模块，工作电压3V～12V，传输距离可达700m。

2）上位机工作原理。上位机的硬件主要由单片机、存储器、灌溉控制阀、液晶显示模块、键盘、电源、解码电路和无线接收模块等组成。上位机主要完成的工作是将各个大棚（下位机）发射过来的信息进行识别、存储、显示并执行相应大棚灌溉控制阀的开启和关闭。

解码电路中采用解码芯片PT2272，地址码与数据码均与单片机的I/O口相连，单片机可根据解码输出的不同数据来区分不同的大棚以及湿度的超限情况。无线接收模块采用与发射配套的315MHz或433MHz超外差无线接收模块。存储器采用24C04，用于存储接收到的下位机编号和超限情况。灌溉控制阀由单片机的I/O口，通过继电器间接控制。单片机、键盘、电源和液晶显示如同下位机。

1.2系统软件

系统软件包括上位机软件和下位机软件。下位机软件主要完成湿度上下限值的设定、修改、保存以及土壤湿度的采集、比较、数据码置数等。上位机主要完成对各下位机的湿度情况进行监控，根据具体情况控制水阀的启停等。

下位机的软件主要完成湿度值读取、显示，同时将采集的数据进行转化处理并与设定的上下限值进行比较。若湿度值低于下限值，说明土壤太干燥，需要灌溉；若湿度值高于下限值但不高于上限值，说明土壤湿度适宜，返回主程序；若湿度值高于上限值，则关闭水阀。上位机的软件主要实现按键扫描程序（可实现对接收信息的查询等功能），无键按下则对所设下位机的地址码循环反复扫描，当接收到解码输出的信号时，说明正在扫描的地址码对应的下位机有信号发送，此时，将地址码和相应数据进行存储并判别是0还是1：若是0，说明对应的下位机的土壤湿度低于预设下限，则开启控制水阀，延时10min左右再关闭控制水阀，返回主程序继续扫描判断；若是1，说明对应的下位机的土壤湿度超过预设上限，则立即关闭控制水阀，返回主程序。

2　蔬菜大棚节水灌溉技术分析

2.1蔬菜施肥灌溉一体技术

水肥一体化技术就是在低压的灌溉条件下将施肥工作和灌溉工作统一结合起来，利用安装在棚内的施肥灌通过低压管道系统以较小的流量进行输送，使肥料能够完全溶解于水中，便于蔬菜植物直接对肥料的吸收，满足蔬菜植物生长所需的各种成分。

2.2膜下灌溉技术分析

通过利用塑料薄膜紧密地贴近于蔬菜上表面的栽培方式就是地膜覆盖技术，又称促根栽培或者护根栽培。地膜覆盖技术不仅能够提高蔬菜植物的产量，还能提高蔬菜的品质，增加单位面积的产量，从而提高种植效益，并在一定程度上对土壤的板结有着抑制盐碱效应、增强植物的抗逆性等作用。与地膜覆盖相宜的灌溉技术是膜下灌溉技术，有膜下滴灌、膜下微灌等。

1）膜下滴灌技术。膜下滴灌技术是通过在地膜下边安装滴管带，然后利用滴头将水滴入蔬菜植物根部周围的土壤中的一种节水灌溉形式。但这项技术投入资金量较大，适合在单位面积种植效益高的蔬菜方面应用。膜下滴灌技术优点很多，大大提高了节水效率，相比漫灌节水率达到70%；同时节约了肥料，约50%以上；并能够有效地保护土壤，避免土壤板结，减少病虫害的影响，增加蔬菜作物的产量，增产效果明显。

2）膜下微灌技术分析。膜下微灌技术是通过铺设软管对蔬菜作物进行微流或微喷作用到植物根部。相比传统的畦灌，更能有效地节约水资源，增加作物产量，对于灌水量的控制准确有效，能够实现水肥同步一体化，适宜于露地蔬菜和大中棚蔬菜的生产应用。

3）（微）喷灌技术。喷灌是利用专门设备将有压水送到灌溉农田，并喷射到空中散成细小的水滴，像降雨一样进行灌溉。喷灌的优点是对地形的适应性强、机械化程度高、灌溉均匀、灌溉水利用系数较高，尤其是适合于透水性强的土壤，可调节空气湿度和温度。微喷灌是利用低压管道，采用流量相对较小的微喷头及其配套管路等进行灌溉。