一种智能农业灌溉系统

刘政权

摘要：智能灌溉控制系统是集自动控制技术传感器技术、通讯技术、计算机技术等于一体的灌溉管理系统。该系统主要面向农田，园林，设施农业等领域的日常灌溉控制和管理而设计，并通过现代化的科学技术手段，达到降低人力成本，提高自动化生产效率，节约水资源的目的。智能自动化控制灌溉能够提高灌溉管理水平，改变人为操作的随意性，同时智能控制灌溉能够减少灌溉用工，降低管理成本，显著提高效益。本系统通过运用反馈控制进行调控，即收集农田温湿度传感器的数据并传输到计算机，通过与预设值进行对比，然后通过执行器控制灌溉喷头阀门以及转速以达到所需目的。

关键词：智能农业;灌溉系统;反馈控制

引言

世界上每年都会因为灌溉造成水资源大量浪费，比如美国每年浪费掉的水资源高达8，520亿升，而若安装一种智能农业灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能农业灌溉系统在这种背景下应运而生了。

1、 智能农业灌溉系统工作原理

灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的湿度信号通过A/D模块转换，将标准的电流模拟信号转换为湿度数字信号，输入到可编程控制器。可编程控制器内预先设定标准湿度值，实际测得的湿度信号与标准值比较，可以分为：在这个范围内，超出这个范围，小于这个范围三种情况。

可编程控制器将控制信号传给变频器，变频器根据湿度值，相应的调节电动机的转速，电动机带动水泵从水源抽水，需要灌溉时，电磁阀就自动开启，通过主管道和支管道为喷头输水，喷头以各自的旋转角度自动旋转。灌溉结束时电磁阀自动关闭。为了避免离水源远的喷头不能被供给足够的压力，在电磁阀的一侧安装一块压力表，保证个喷头的水压满足设定的喷灌射程，避免发生因为水压不足，喷头射程减少的现象。整个系统协调工作，实现对草坪灌溉的智能控制。

原理如图：

1.1 设备说明与选取

①可编程控制器：负责发出和接收各种运行程序指令，是整个控制系统的中枢部分。

②传感器：土壤温度与含水传感器。大棚土壤内部买入热敏电阻实现对土壤温度的测量;利用土壤温度通过热土壤介电常数测量土壤含水率。根据上述传感器测得土壤参数数据，若出现土壤缺水，系统控制喷灌装置进行喷洒作业。

③A/D模块：因为可编程控制器不能接收模拟信号，所以需将传感器的电压或电流信号转换成数字信号。

④变频器：通过改变电动机的转速调节喷灌流量，达到节水的目的。

⑤电动机、水泵：由电动机带动水泵从水源抽水，为喷灌系统提供一定的压力。

⑥电磁阀：控制喷头的喷灌与否。

⑦喷头：实现均匀喷洒，便于充分吸收。

⑧管网：灌溉系统输送水的管路。

2 系统功能简介

2.1系统自动控制功能介绍

计算机控制系统原理图如图所示：

闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如土壤温度、湿度等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律（如PID控制规律）产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。本次设计系统把控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模 拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。

3 总结

在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低，這也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。

参考文献：

[1] 李惠钧， 李双冰.基于移动互联网的智能灌溉系统设计与开发[J].山西农经， 2017 （22） ：60.

[2] 陈磊， 许燕， 李建军， 等.基于WSN和GSM的智能灌溉控制系统设计与实现[J].农机化研究， 2017， 39 （3） ：175-180.

[3] 侯真，于发达，江云霞.节水灌溉水利工程施工技术[J].居舍，2020（13）：25.

[4] 王炜.精准自动化灌溉系统设计及应用探讨[J].陕西水利，2020（4）：77-79.

[5] 王淏，刘强.温室大棚温度自动控制系统技术研究[J].