现代农业灌溉控制系统在农业上的应用

1、现代农业灌溉控制系统在农业上的应用摘要：现代化农业中灌溉技术对作物的生长以及水的利用率影响越来越显著，将自动化控制应用于灌溉技术已经是发展的方向。本文对自动化灌溉控制系统进行概述，并介绍了系统的组成、工作流程及通讯和软件方面功能。关键词：农业灌溉 自动化控制 测控系统引言当前，占世界人口总量的个国家缺水，其中个国家严重缺水。我国是一个水资源短缺的国家。我国全世界排第位，但人均水资源占有量不足世界水资源的，是世界上人均占有水资源最贫乏的个国家之一。农业用水量占总用水量的以上，是用水大户，而农业用水的是灌溉用水。我国由于灌溉管理水平相对较低，技术整体较为落后，用水浪费严重。与一些发达国家相比，我国

2、农业的用水效率还是相当低的，灌溉水资源的浪费情况相当严重。通过对全国灌溉水利用系数调查资料的初步分析，我国灌区目前大部分地区采用传统的地面灌溉技术，输水方式基本上采用的是渠道输水。由于渠道没有衬砌和部分渠道破损严重，渠道渗漏、跑水严重，渠系水利用系数一般只有左右，甚至更低。我国每年占总水量的以上的用水并没有真正用到农业上，而是由于渠道渗漏、田间灌溉渗漏、跑水等因素被浪费掉了。大量灌溉水的浪费还引起灌区地下水位的升高、土壤的盐碱渍害，导致农业减产，恶化灌区生态环境。由此可见，提高农业用水效率是节约用水的重要途径。自动化灌溉控制系统概述自动化灌溉控制系统是将计算机技术、传感与检测技术以及通讯技术结

3、合起来，能够检测土壤墒情、环境特征，并依据检测结果来决定灌溉量与灌溉时间，摆脱了传统的全凭经验灌溉的灌溉模式。并且将灌溉节水技术、农作物栽培技术及节水灌溉工程的运行管理技术有机结合，通过计算机通用化和模块化的设计程序，构筑供水流量、压力、土壤水分、作物生长信息、气象资料的自动监测控制系统，能够进行水、土环境因子的模拟优化，实现灌溉节水、作物生理、土壤湿度等技术控制指标的逼近控制，从而将农业高效节水的理论研究提高到新的现实应用水平。节水灌溉自动控制系统的研究方案是将传感技术与控制芯片相结合，设计一个简单、低成本、易推广的控制系统，而目前比较稳定可靠的农用传感器有测量温度、降雨量、流量、相对湿度、

4、土壤湿度、水面蒸发量、水位和电导率（土壤盐分）等的传感器。在自动化灌溉控制系统中，通过设置在田间的各类传感器不断获取信息，并依赖以土壤特性和灌溉管理、农作物需水规律的知识与模型为依据，能够实时检测土壤及作物的一些灌溉控制参数，农田实时水分状况、通气状况、储水数量、灌溉日期及灌水量的预报，根据检测结果实现按需、精准灌溉，达到高效节水、优质高产的目的。整个控制系统主要有个模块：检测模块、数据处理模块、数字模块及控制模块。自动化控制灌溉系统的组成结构及流程系统组成结构自动化控制灌溉系统由二大部分组成，即输水部分和控制部分。输水部分包括首部系统、管网系统和灌水器。首部系统主要包括加压泵、过滤器、施肥器

5、、总控阀、水表、流量计、逆止阀和排气阀等。其作用是从水源抽水加压；施入化肥溶液，过滤杂质；最后，将水、肥输进干管。管网系统主要包括环状布置的各级输水管道和控制阀、排气阀、放空阀等。系统包括干管、支管和毛管。灌水器的类型有喷头、滴头等各种类型的灌水器。滴头的作用在于使水流经过微小的孔隙消能，然后成水滴状灌入土壤。自动化控制灌溉系统的控制部分主要由采集系统、执行系统、传输系统、监控系统组成。按照空间位置，采集系统和执行系统在田间，监控系统安装在控制室中，传输系统为田间和控制室之间的连接部分。具体地说就是采集与传输系统主要负责支管控制阀信号处理传输，农田水分采集传输处理，农田气候要素采集传输，管道工

6、作参数采集传输，系统及泵站信号集中控制处理显示系统等。执行系统负责对输水部分的加压泵、控制阀以及灌水器等的控制来实现灌溉的功能。数据采集部分，通过与计算机相连的数据采集卡把传感器采集到的数据同步地接收进来。接收的数据包括土壤水分、空气温度、空气湿度、风速、风向、日照辐射、管道流量及作物的灌溉位置等信息。要考虑的设计因素主要包括数据接收方式、数据处理、数据信号的转换。数据处理部分，根据灌溉控制参数的需要，实现信息从传感器到计算机的调理、转换等数据处理功能。数据控制部分，针对灌溉系统特点，运用均方根算法，设计控制软件部分。数据分析、管理部分，实现数据的分析、显示、保存、删除等管理功能，结合专业的数

7、据分析软件，增强系统的数据分析能力。自动化控制灌溉系统要稳定准确地实现功能离不开其最基础的触角传感器。采集系统所需要的传感器包括土壤水分传感器、土壤温度传感器、农田水分吸力传感器、液位传感器、农田水位传感器、潜井水位测量仪、管道压力传感器、空气温度湿度传感器、光照传感器、风速传感器、气压传感器等。在控制系统的工作中，判断土壤是否缺水是一个难点。负压式土壤水分传感器测出来的是土壤的水吸力。土壤水吸力与土壤水分具有一定的关系，土壤吸力越大，土壤含水量越小；土壤吸力越小，土壤含水量越多。由于负压式土壤水分传感器经过多年使用累积经验，已经掌握了大部分作物需水状态对应的土壤水吸力范围，因此，可以直接用土

8、壤水吸力来判断作物的缺水状况。系统流程系统首先通过采集系统中的各种传感器，对气象、墒情信息进行实时数据采集，通过不同的信号输入转换模块将数据传送到控制室中的控制系统，并通过专业的分析软件进行分析判断；并将分析结果报知控制管理人员，为了保证整个系统的稳定性，系统设置了手动和自动种操作方式，当计算机发生故障时，可以切换到手动状态。控制系统向田间测控站、水源测控站、动力测控站及时发出指令，实施水泵、电磁阀的启闭，同时负反馈系统开始运作，将运行过程中的灌水流量、工作压力、田间墒情、气象信息等参数反馈回控制系统，加以参数判断进行控制修正；监测系统一直处于运作状态，对整个过程中的参数进行记录存储，已备查询

9、及数据分析之用。系统还编制了可根据降雨、蒸发、土壤墒情等资料，采用田间土壤水量平衡计算公式，预测土壤水分缺少动态变化软件，对土壤含水量逐段实行灌溉预报。系统的软件及通信传输软件设个独立程序，各程序可设置独立运行或与其他程序同时运行。每个程序每天有个启动时间；天日历，可随意设置按奇数日或偶数日灌水；可设置灌水周期为天、天直到天，或按星期设置一周内任意一天灌水；可设置一月之内任意一天为关闭；每站灌水延续时间最大为。内级差为，以上级差；可设置各站启动的时间间隔；对每个程序可设置灌水比例（级差），不用改变程序设置即可调整灌水延续时间，便于根据季节和气候随时调整；测试程序（）可用于系统的调试；独有的“循

10、环入渗”功能，可有效防止积水和地表径流；可进行手动操作；切断电源，已设置好的持续保持不变，直到人为清除；可选配雨量传感器、土壤湿度传感器等相关数据传感器；与监控计算机组成一个控制系统，灌溉控制器作为终端设备，控制器也可以独立脱离监控机独立运行。整个自动化控制系统的通讯网络选用通讯接口，网络介质采用超五类屏蔽双绞线。单级网段可以挂接个测控终端，通讯距离达到；如果经过级中继后，网络最多可以挂接个测控终端，支持以上的通讯距离。测控通讯网络采用工业标准通讯协议，通信速率为，无校验。系统的结构采用总线型结构，将所有的现场单元挂接在通信线上，利用通信距离长，抗干扰性能好的特点，并且很容易加扩新的节点，节点

11、之间通过总线直接通信，速度较快，实现对整个灌溉区域内控制设备的通讯和控制。该系统总线上挂接了个模块（个继电器输出模块，个数字量输入模块），控制一台水泵、台加压泵和个电磁阀等设备。由于每个继电器输出模块能输出路信号，而每个数字量输入模块能接收路信号，在本系统中，共采用了个继电器输出模块、个数字量输入模块。通过通讯线路，控制室的计算机可以对各现场单元进行参数设置、数据传递、命令控制等。如控制机关闭或出故障，现场单元仍然可进行数据的采集、存贮和显示，并接受管理人员的现场操作。该系统实质为一分散控制系统，各现场单元具有独立的数据采集、运算、控制功能，可以由上位机或由人工控制其各种动作。各种现场被测数据

12、通过通讯接口传送到上位机内完成显示、计算、数据图表编制、存盘等监控功能。结束语自动化灌溉控制系统通过对土壤墒情、管道流量及空气温度、空气湿度、风速、风向、日照辐射等信息的实时采集，经过处理后，要求实现基于预定模型的远程控制灌溉、自动灌溉和精确灌溉，并可自动生成数据报表，可实时查询灌溉情况，并可对现场生产情况实时监控。系统具有良好的人机交互界面，便于管理和操作，并需采用模块化、结构化设计，为将来系统的更新、提高和扩充做好准备。针对农业灌溉的露天工作情况和农村的实际经济状况，自控系统还要具有较高的稳定性和经济实用性。附录托普物联网简介托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国

13、内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络

14、）、应用系统（终端智能控制平台。）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。5、溯源模块：即农产品安全