基于DDC控制的智能灌溉系统设计与实施

摘 要：中国为一个农业大国，而非农业强国。现阶段农业生产仍然以传统生产模式为主，凭经验施肥、灌溉。在东南沿海一带，土地面积不大，农户分散，无法进行规模化、集约化、工厂化的农业生产。在当前劳动力红利消失，青少年农业从业人口很少，机器换人是历史的必然。但现有的智慧农业系统投资大，对外部配套环境依赖性强，对使用人员的素质要求高，我国的农业从业人员大部分文化层次低，年龄结构大，要进行现代智慧农业生产的制约因素很多。因此，因地制宜地开展节水、节肥、节药的“三节”的自动灌溉系统推广意义十分重大。

关键词：智慧农业;智能灌溉;DDC控制

1“基于DDC控制的智能灌溉系统”的设计

现代智慧农业项目大多依托无线通信技术的物联网，依托大数据和云计算，依托部署在农业生产现场的各种传感节点和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。[1]广义的农业物联网应该还包括基于RFID，二维码等识别技术的农产品跟踪，溯源，存储销售解决方案。智慧农业解决方案主要包括以下部分：1）环境监测系统;2）通信控制系统;3）设备控制系统; 4）视频监控;5）应用管理平台等。

DDC控制系统技术成熟，可实现一站式的全自动控制。同时对使用人员的要求较低，对外部信息网络的要求也不高。把DDC系统应用到智能灌溉，机器换人，方便智慧农业的普及，并能够使文化素质低的农民能快速上手，迅速获益。

1.1系统原理

基于DDC控制的智能灌溉系统通过无线网络获取植物的生长环境信息，根据种植作物的需求提供肥料液与灌溉水，经过可控管道系统使肥料充分融解于灌溉水，并通过喷枪或喷灌，定時、定量，均匀地喷洒在农作物生长发育区域。

1.2系统设计

系统利用DDC模块的功能来实现农业生产的智能化控制。对“空气、CO2、光照、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度等自然条件的自动检测，让农作物生产区域保持一个相对稳定的环境，根据专家系统自动对农作物进行滴灌和施肥。

基于DDC控制的智慧农业设计，主要包含硬件和软件两方面。硬件系统主要包括建立滴灌系统和施肥系统。软件系统为满足农业生产需要的生产流程及专家系统的编程。

（1）硬件设计：建立一套以水泵，蓄水池等组成的滴灌系统和以混肥池、施肥管道、分配器、水泵等组成的施肥系统。以上系统设计含传感器、阀门、水泵及配电的设计等。

传感器：土壤温湿度传感器、大气温湿度传感器、CO 2 浓度传感器 、光照强度传感器、土壤酸碱度传感器等。

执行器：电磁阀、变频器、电动机等。

无线网络：Zigbee 端节点、Zigbee 嵌入式网关等。[2]

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功率、低速率、低成本，可靠性高的双向无线通信技术，主要用于各种电子设备之间的短距离、低功耗、低传输速率的数据传输和典型周期数据、间歇数据和响应时间的数据传输应用。随着ZigBee技术的不断发展，其应用领域越来越广泛。[3]

（2）软件设计：根据不同的农作物划分不同的灌溉分区。不同的作物所需要的养料不同，灌溉时间和灌溉肥料不同。根据季节、不同植物成长的温度、阳光和肥料的要求进行滴灌和施肥程序设计以及专家咨询系统的编程。

①根据当天的光照度，土壤温湿度，空气温湿度实现自我调节，让大棚内能够保持一个相对稳定的环境。

②根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

③人机对话，自动报警等。

2 “基于DDC控制的智能灌溉系统”的优点

基于DDC控制的智能灌溉系统的优势如下：

（1）水肥均衡、省工省时

传统的浇水和施肥方式，农作物饿几天再撑几天，不能均匀地“吃喝”。而采用滴灌，可以根据作物需水需肥规律随时供给，保证作物“吃得舒服，喝得痛快”。传统的沟灌、施肥费工费时，非常麻烦。而使用滴灌，只需打开阀门，合上电闸，几乎不用人工参与。

（2）节水省肥、减轻病害

滴灌水肥一体化，直接把作物所需要的肥料随水均匀的输送到植株的根部，作物“细酌慢饮”，大幅度地提高了肥料的利用率，可减少50%的肥料用量，水量也只有沟灌的30%-40%。

大棚内作物很多病害是土传病害，随流水传播。如辣椒疫病、番茄枯萎病等，采用滴灌可以直接有效的控制土传病害的发生。滴灌能降低棚内的湿度，减轻病害的发生。

（3）控温调湿、增加产量

冬季使用滴灌能控制浇水量，降低湿度，提高地温。传统沟灌会造成土壤板结、通透性差，作物根系处于缺氧状态，造成沤根现象，而使用滴灌则避免了因浇水过大而引起的作物沤根、黄叶等问题。改善了农作物的品质，提高经济效益。

3结束语

基于DDC控制的智能灌溉系统极大地解放了劳动力，投资少，见效快，示范效应明显。从而让农民自觉进行智能化改造，减少政府扶植，让社会资源分配更趋合理。在比较稳定的环中应用良好，但是在北方或西北较冷或较干燥的地方能不能推广，还有待检验。

参考文献：

[1]贾徐庆.《物联网技术在“智慧农业”中的应用研究》.软件研发与应用，2018.12：45-46。

[2]张海兰，雷桂平.《基于物联网的智慧农业大棚系统架构设计》.信息记录材料，2018年2月 第19卷第2期20：63-64。

[3] 范立南，刘 洲.《智能物联网温室自动监控系统设计与实现》.仪器仪表用户，2019年1月第26卷：6-9。

作者简介：

王瑾烽，男（1969.02--），汉族，浙江金华人。高工，研究方向：建筑电气。