农田智能节水灌溉远程监测系统的设计探讨

2023-08-28韩晓娟

南方农机 2023年17期

韩晓娟

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃白银 730400）

随着科学技术水平的不断提升，将高新科技融入各类生产工作当中对于提升生产质量以及生产效率都有着重要的现实意义。在高新科技的加持下，各产业发展将得到进一步推动，在农田灌溉方面，通过与高新科技的有机结合，农业灌溉模式也由传统的人工粗放灌溉转变为智能节水灌溉。为确保国家农业生产灌溉需求得到充分满足，全面提升智能节水灌溉水平，相关人员应当基于农业生产实际情况，合理设计智能节水灌溉监测系统。通过对农田智能节水灌溉远程监测系统的有效应用，充分满足农作物生长的用水需求，并在一定程度上降低灌溉成本，进而达成节水、优质、增产的效果。

1 农田灌溉设备与技术的应用现状

当前我国农田灌溉工作中最常用的技术手段依旧是渠道防渗和低压管道灌溉，虽然近几年国内设备以及技术水平有了非常明显的提升，但是高新信息技术与农田灌溉工作的结合水平依旧相对一般，无法实现对智能化、现代化农田灌溉系统的有效构建。这种情况所导致的直接结果就是农田灌溉工作的节能效果依旧相对一般，并且存在无法充分满足农作物生长用水需求的情况，灌溉工作开展过程中的水资源实际利用效率也相对较低。但是了解灌溉技术以及灌溉设备后，可以发现当前发达国家已经可以通过计算机控制农田自动灌溉，基于农田当中的土壤水分传感器、灌溉区域气象站以及互联网实现对农作物的适时供水、施肥[1]。信息化智能节水灌溉是目前世界上最前沿的灌溉技术之一，由于当前该项技术的完善程度依旧处于相对较低的水平，所以美国、日本、以色列等发达国家一直在对该项技术进行优化完善，并对配套的水利技术、材料技术、电子技术以及IT 技术进行开发。但是由于国外所研发的智能节水灌溉系统与我国农业发展情况的匹配度相对较低，且对灌溉系统设计、灌溉设备选型以及操作技术的要求都相对较高，导致无法满足我国农田灌溉的实际需求。因此，相应系统只是被应用于国家园林灌溉以及高尔夫球场灌溉工作中。为实现信息化智能节水灌溉在农田灌溉工作当中的有效应用，相关人员需要对其进行进一步设计开发[2]。

2 农田智能节水灌溉远程监测系统的设计理念

在设计农田智能节水灌溉远程监测系统的过程中，相关人员应当充分考虑农业生产的工作内容以及工作环境的实际需求，确保农田智能节水灌溉远程监测系统可以得到有效应用。因此，设计工作开展过程中相关工作人员应当重点考虑以下几个方面：1）保证工作误差在合理范围内。由于农田智能节水灌溉远程监测系统的有效应用需要得到传感器的加持，所以必须保证传感器的数据传输精度，降低数据误差。因此，在开展设计工作的过程中，相关人员应当将传感器均匀分布在农田灌溉区当中，通过多点采样，提升信息采集的准确率[3]。2）保证操作简便。在对农田智能节水灌溉远程监测系统进行设计的过程中，相关工作人员应当保证系统平台设计的简洁性，从而降低系统操作难度，可以从系统平台上直接获取农作物的生长信息，明确其生长阶段，进而掌握其实际的用水需求。3）应用模块化结构。在对农田智能节水灌溉远程监测系统进行设计的过程中，工作人员应当注重模块化结构的有效应用，因为这种结构形式便于系统更新换代，只需要对相应模块进行升级处理即可[4]。4）提高传输效率。由于该系统在运行过程中远程控制各项工作的运作，而农田灌溉工作具有一定的实时性，所以在对系统进行设计的过程中，相关工作人员必须保证系统具有较高的传输效率，使得农田作物信息可以第一时间传输至控制中心，进而帮助工作人员精准掌握土壤湿度信息，实现灌溉工作的合理高效开展。

基于以上设计理念，首先可以将农田智能节水灌溉远程监测系统分为土壤湿度传感模块、降雨量传感模块以及集控中心。其次，在系统运行的过程中，可以通过两个传感器模块实现对农田信息的有效采集与传输，进而输送至集控中心，并将信息内容呈现出来。最后，通过对数据信息进行深入分析，选出最合理的灌溉方式，实现对整个灌溉过程的有效控制。系统当中的土壤湿度传感器模块以及降雨量传感器模块分别由相应传感器以及无线传输模块组成，从而实现对农田湿度以及降雨量信息的有效收集。集控中心主要包含的设备为电磁阀、继电器、PLC 模块以及PC 上位机，其中，电磁阀的主要功能为执行灌溉指令；PLC 模块的主要功能为收集传感器信号，在对信号进行处理之后，将相关信息内容传输至输出端口，从而驱动电磁阀对农田进行灌溉；PC 上位机的主要功能是对各模块的状态信息和天气预报信息进行呈现，综合相关信息内容并制定出农田灌溉策略[5]。

农田智能节水灌溉远程监测系统的具体工作流程为：1）通过传感器收集农田土壤湿度信息以及降雨量信息。2）经过无线传输模块将传感器所采集的信息内容传输至集控中心的PC 上位机处。3）基于PC上位机对信息内容进行深入分析，明确当前农作物的生长阶段以及环境信息，实现对农作物用水需求的合理判断，进而制定出相应的灌溉策略。4）当需要灌溉时，PLC 模块会将灌溉信息传输至电磁阀，从而驱动电磁阀开始灌溉。另外，在PLC 模块对信息进行处理的过程中，会根据实际数据信息适当延长农作物灌溉时间，提升灌溉成效。这有效规避了传统灌溉方式频繁灌溉所导致的土壤长期潮湿问题，进而避免了农作物烂根以及受到病虫害侵袭等情况[6]。

3 农田智能节水灌溉远程监测系统的落实方案

3.1 硬件落实方案

农田智能节水灌溉远程监测系统能否发挥出实效性，主要受到硬件运行水平的影响，例如传感器信息采集工作的效率以及精准性。因此，在对系统硬件尤其是传感器进行选择的过程中，相关工作人员应当保证硬件设备具有良好的实用性并且精度足够高，确保将土壤湿度传感器埋入土壤之后可以不受腐蚀，日常能够向集控中心传输数据信息。另外，为进一步降低系统落实难度，相关人员在对传感器类设备进行选择时，应尽可能选择体积小巧、便于携带安装的设备，这对于高效进行后续操作以及维护工作有着重要的现实意义。而在选择降雨量传感器的过程中，相关人员应当确保其具有良好的抗干扰能力，并在底部设有水平调节泡，可以实时将传感器调整到最佳水平度[7]。为防止传感器数据传输工作受到距离限制，相关工作人员会选择无线传输技术来实现传感器信号向PC 上位机的传输。相应的无线传输模块在运行过程中可以将传感器信息输送至GPRS 网络，进而在互联网的加持下，使得信息内容在PC 上位机上显示。在PC 上位机将信息整理好传输至PLC 模块后，驱动电磁阀实现灌溉操作或者停止灌溉操作。PLC 模块是整个农田智能节水灌溉远程监测系统硬件设备的核心，为进一步提升信息传输效率，相关工作人员可以将PC上位机与PLC模块通过以太网进行连接。

3.2 软件落实方案

在对系统软件进行设计的过程中，由于农田智能节水灌溉远程监测系统的监测工作主要通过PC 上位机来实现，因此相关人员应当将软件设计与PC 上位机相结合，从而使得软件平台可以更好地满足监测需求，为相关工作人员提供良好的工作体验。在对软件开发平台进行选择的过程中，相关人员除了需要保证平台可以实现自动化控制外，还要保证可以通过手动方式对农田节水灌溉方案进行调整，从而全面提升灌溉工作实效，最大程度减少水资源的消耗[8]。通常情况下，在对软件进行开发的过程中，应当保证其具有灌溉控制、参数调整、天气预报以及监测数据显示等多个功能单元。例如，灌溉控制单元在运行的过程中，首先会根据数据信息内容对农作物的生长阶段进行判断，进而在单元当中选择相应的灌溉方式，合理判断使用手动灌溉方式还是自动灌溉方式。如果选择手动灌溉方式，相关人员直接执行灌溉即可；若需要启用自动灌溉功能，相关人员应当结合其他单元的土壤湿度信息，将其与基准土壤湿度设定值进行对比，从而对其是否需要灌溉进行有效判断，明确相应农作物生长的实际需水量。另外，为进一步提升灌溉准确性，在灌溉控制单元运行的过程中，相关人员还应当结合天气预报单元的信息内容，对近一段时间是否有雨进行判断，如果有雨，相关人员应当减少灌溉量并等待下雨，保证农作物生长基本水分需求即可[9]。在下雨之后，工作人员需要结合降雨量传感器传输回的数据对灌溉量进行调整，重新设置灌溉标准，防止灌溉量过大导致农作物受水害侵扰。而在监测数据显示单元运行的过程中，相关工作人员可以实现对土壤湿度信息以及电磁阀状态信息的实时获取，了解清楚农作物是否处于需要被灌溉的状态以及农田各区域土壤的实际湿度情况。在应用监测数据显示单元开展工作的过程中，相关工作人员应当注重其与天气预报单元的联合使用，结合农田区域最近降水实际情况对灌溉工作进行调整，确保土壤湿度信息以及降雨量信息的实际价值可以得到充分发挥，全面提升农田灌溉的节水水平，并为后续农田节水灌溉监测工作的高质高效开展提供有效助力[10]。

3.3 农田智能节水灌溉远程监测系统的未来建设方向

由于农田智能节水灌溉远程监测系统对于我国农业发展具有非常重要的现实意义，所以工作人员应当进一步提高对相关技术设备开发工作的重视程度。高校应当加强对相关基础理论知识的研究，全面提升节水灌溉技术以及远程监测控制技术的研发水平，使得系统功能得到进一步优化。而国家有关部门也应当加大对相关工作的支持力度，投入更多资金，推动农田智能节水灌溉远程监测系统的发展。