户用型网络智能化太阳能光伏滴灌系统开发研究

梁君++卢珍++李光辉++周小波++李玉玲++曾文明++阮红丽

摘要 随着全世界范围内的能源短缺和人们低碳环保意识的增强，太阳能因其资源丰富、利用成本低及安全可靠等特点被公认为是最重要、最有发展前景的清洁能源。本文在吸收国内外太阳能滴灌系统优点的基础上，结合一家一户的小型田块种植特点，设计研发了户用型网络智能太阳能光伏滴灌系统，并且通过试验验证了该系统的便捷性、实用性及稳定性。

关键词 太阳能光伏；滴灌系统；户用；智能化

中图分类号 S275.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）02-0155-02

滴灌是利用低压管道系统，通过滴头将水缓慢、均匀地输送到植物根部，是目前最有效的一种节水灌溉方式，该技术已经广泛地应用于农业灌溉生产中[1-2]。太阳能是一种可再生绿色能源，近年来太阳能光伏技术已经逐步在农业灌溉生产中推广应用[3]，但将滴灌技术与太阳能光伏技术相结合应用于农业灌溉中的相关研究较少。本文为了有效满足一家一户的小型田块种植的灌溉需求，研究开发了一种户用型太阳能光伏滴灌系统，将现代信息技术、太阳能光伏技术和灌溉技术进行有机结合，实现无线远程控制该系统的起停、参数监控及显示、报警及其他自动化管理等功能，实现系统均匀、定量精准、自动灌溉[4]。该系统能够满足滴灌系统的精准性、智能性和可靠性等要求，能确保弱光或阴雨天气条件下的太阳能最大发电量。

1 系统组成

本文研发的户用型太阳能光伏滴灌系统包括水箱、进水管、水泵、水泵底座、出水管、电磁阀和用于控制水泵启停和电磁阀开闭的控制装置，具体如图1所示。

1.1 水箱

水箱位于框架内，框架固定在底座上；框架对水箱起保护作用，底座支撑起带有框架的水箱。水箱侧壁设有进水阀门，可通过进水阀门往水箱内补充灌溉水。

1.2 水泵

水泵位于水箱顶部并固定在水泵底座上，水泵底座位于水箱内部，水泵分别与进水管和出水管相连；进水管一端与水泵相连，另一端延伸至水箱底部；出水管一端与水泵连接，另一端朝水箱外部延伸；出水管延伸处连接有多个滴灌管，滴灌管上均设有电磁阀，出水管上设有过滤器，水从水泵出水后经过滤器进行过滤，可提高滴灌用水的水质。在本研究中，出水管连接有3根滴灌管，则相应的电磁阀也为3个；底座下设有滚轮，使该滴灌系统进行移动时方便省力，能便利地在各个方便操作的地方进行滴灌。

1.3 控制装置

1.3.1 控制功能。控制装置固定在底座上。控制装置可对滴灌系统实现远程控制和本地控制，包括为该滴灌系统提供动力的太阳能电池板、本地控制系统和远程控制系统，如图2所示。控制装置上设有切换本地控制和远程控制的旋钮。太阳能电池板通过切换继电器J5与本地控制系统和远程控制系统相连；通过旋转旋钮，可改变切换继电器J5的开闭，从而实现远程控制和本地控制的切换。第一继电器远程开关J7、第二继电器远程开关J8、第三继电器远程开关J9和水泵继电器远程开关J6通过远程控制模块与太阳能电池板相连通；通过对远程控制模块实行远程控制，可对电磁阀的开闭与水泵的启停实现远程控制。

1.3.2 太阳能电池板。太阳能电池板位于控制装置外，分别与本地控制系统和远程控制系统相连。太阳能电池板通过水泵继电器本地开关J1和水泵继电器远程开关J6与水泵6相连通，可分别通过本地控制系统和远程控制系统控制水泵的启停。

太阳能电池板与第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均连接，第一电磁阀上通过第一继电器本地开关J2和第二继电器远程开关J7与太阳能电池板14相连，第二电磁阀上通过第二继电器本地开关J3和第二继电器远程开关J8与太阳能电池板相连，第三电磁阀上通过第三继电器本地开关J4和第三继电器远程开关J9与太阳能电池板相连；可分别通过本地控制系统和远程控制系统控制3个电磁阀的开闭。

1.3.3 本地系统。本地控制系统位于控制装置内部，包括水泵继电器本地开关J1、第一继电器本地开关J2、第二继电器本地开关J3、第三继电器本地开关J4。

1.3.4 远程系统。远程控制系统位于控制装置内部，包括水泵继电器远程开关J6、第一继电器远程开关J7、第二继电器远程开关J8、第三继电器远程开关J9和远程控制模块。与远程控制模块无线连接的手机，可通过手机上的软件、网页对滴灌系统进行远程控制。

2 工作原理

2.1 本地控制

本系統在具体使用时，若需要进行本地控制时，旋转旋钮使得切换继电器J5将本地控制连通，在触摸屏上进行操作，打开水泵继电器本地开关J1，让水泵工作，水泵6通过进水管5从水箱3底部抽水，经过滤器过滤后通过出水管来到滴灌管。

在触摸屏上打开第一继电器本地开关J2、第二继电器本地开关J3、第三继电器本地开关J4让各个电磁阀打开，使得水进入滴灌管开始进行滴灌，可根据需要调整电磁阀打开的个数。

2.2 远程控制

若需要进行远程控制时，旋转旋钮使切换继电器J5将远程控制连通，通过手机进行远程控制，在手机上进行操作，打开水泵继电器远程J6，让水泵6工作，水泵通过进水管从水箱底部抽水，经过滤器过滤后通过出水管来到滴灌管。

在手机上通过网页、软件或其他连接方式打开第一继电器远程开关J7、第二继电器远程开关J8、第三继电器远程开关J9让各个电磁阀打开，使得水进入滴灌管开始进行滴灌，在使用时可根据具体情况调整电磁阀打开的个数。

当不需要使用该滴灌系统时，旋转旋钮使切换继电器切换至自由状态，系统停止工作。

3 结论

本系统可以通过手机或控制装置对滴灌系统实现远程和本地控制，增强了控制的灵活性，提高了工作效率，可以有效解决一家一户的小型田块种植的自动灌溉问题，也可以解决无电区域和电量较少区域在进行农田滴灌时的用电问题，节约了能源，降低了成本。

4 参考文献

[1] 张克翠.滴灌技术的应用[J].农业科技与信息，2009（3）：58-59.

[2] 刘媛媛，朱路，黄德昌.基于GPRS与无线传感器网络的农田环境检测系统设计[J].农机化研究，2013，35（7）：229-232.

[3] 赵燕东，王一鸣.基于驻波率原理的土壤水分传感器的测量敏感度分析[J].农业工程学报，2002，18（2）：2-5.

[4] 李志勤.关于水利节水滴灌技术的研究[J].工程技术，2015（12）：238.