灌溉系统的自动控制

灌溉系统的自动控制灌溉系统的自动控制 随着经济的发展，对绿化工程水平的要求越来越高。同时，为进一步解决水资源、能源的短缺和人工成本 增加等问题，越来越多的绿化工程采用自动控制灌溉系统。目前常用的自动控制系统可分为时序控制灌溉 系统、ET 智能灌溉系统、中央计算机控制灌溉系统两大类。 时序控制灌溉系统 时序控制灌溉系统将灌水开始时间、灌水延续时间和灌水周期作为控制参量，实现整个系统的自动灌 水。其基本组成包括：控制器、电磁阀，还可选配土壤水分传感器、降雨传感器及霜冻传感器等设备。其 中控制器是系统的核心。灌溉管理人员可根据需要将灌水开始时间、灌水延续时间、灌水周期等设置到控 制器的程序当中，控制器既通过电缆向电磁阀发出信号，开启或关闭灌溉系统。 控制器的种类很多，可分为机电式和混合电路式，交流电源式和直流电池操作式等。其容量有大有小， 最小的控制器只控制单个电磁阀，而最大的控制器可控制上百个电磁阀。 电磁阀一般为交流 24 伏隔膜阀，通过电缆与控制器相连。电磁阀启闭时有一定时间的延迟，这一特 性可有效防止管网中的水击现象，保护系统安全。 目前国内的自动控制灌溉系统，基本上均为时序控制灌溉系统。 ET 智能灌溉系统 ET 智能灌溉系统，将与植物需水量相关的气象参量（温度、相对湿度、降雨量、辐射、风速等）通 过单向传输的方式，自动将气象信息转化成数字信息传递给时序控制器。使用时只需将每个站点的信息 （坡度、作物种类、土壤类型、喷头种类等）设定完毕，无需对控制器设定开启、运行、关闭时间，整个 系统将根据当地的气象条件、土壤特性、作物类别等不同情况，实现自动化精确灌溉。 中央计算机控制灌溉系统 中央计算机控制灌溉系统，将与植物需水相关的气象参量（温度、相对湿度、降雨量、辐射、风速等） 通过自动电子气象站反馈到中央计算机，计算机会自动决策当天所需灌水量，并通知相关的执行设备，开 启或关闭某个子灌溉系统。在中央计算机控制灌溉系统中，上述时序控制灌溉系统可作为子系统。 美国亨特公司开发的 IMMS 中央计算机控制灌溉系统，可通过有线、无线、光缆、电话线、甚至手 机网络等方式对无限量的子系统实现计算机远程控制，如对小到一个公园、大到一个城市甚至几个城市的 所有园林灌溉系统，均可由一台中央计算机进行自动控制。 这种中央计算机控制灌溉系统是真正意义上的自动灌溉系统。目前在很多发达国家的园林绿地灌溉系 统，以及高尔夫球场的灌溉系统中已被广泛采用。 例如，在美国拉斯维加斯城，只用了三套中央计算机控制系统，将所有和花卉实现自动灌溉，一套用 于控制全城的公园绿地、街道花卉等灌溉，另两套则用于 130 多所大学的所有绿地灌溉。 上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕上显示各种信号变化（液 压，水位，温度等）。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是 PLC / 单片 机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直 接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈 给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但万变不离其宗：上下位机都需要编程，都 有专门的开发系统。 在概念上上位机 控制者和提供服务者是上位机 被控制者和被服务者是下位机 也可以理解为主机和从机的关系 但上位机和下位机是可以转换的 工作原理折叠折叠编辑本段编辑本段 两机如何通讯，一般取决于下位机，TCP/IP 一般是支持的，但是下位机一般具有更可靠的 独有通讯协议，购买下位机时，会带一大堆手册光盘，告诉你如何使用特有协议通讯，里 面会举大量例子，一般对编程人员而言一看也就那么回事，使用一些新的 API 罢了，多语 言支持功能模块，一般同时支持数种高级语言为上位机编程。 通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议可以有 RS232 的串口通讯或者采用 RS485 串行通讯当用计算机和 PLC 通讯的时候不但可以采用传统的 D 形式的串行通讯还 可以采用更适合工业控制的双线的 PROFIBUS-DP 通讯采用封装好的程序开发工具就可以 实现 PLC 和上位机的通讯，当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通 讯。上位机 通常工控机，工作站，触摸屏作为上位机，通信控制 PLC，单片机等作为下位机，从而控 制相关设备元件和驱动装置。 我国是一个水资源严重短缺的农业大国，大力推广节水型农业是我国农业发展的必然趋势，节水灌溉是节 水农业的核心，它是通过采用先进的灌溉方法和技术将水源尽可能均匀、适度的分配到作物根区土壤中， 使土壤经常保持适宜于作物生长的水分、通气和营养状况；从而达到提高灌溉水利用效率和水产出效率的 目的。 一. 喷灌 喷灌是将灌溉水通过喷灌系统（或喷灌机具），形成具有一定压力的水，由喷头喷射到空中，形成水滴 状态，洒落在土壤表面，为作物生长提供必要的水分。喷灌比地面灌可提高产量 15一 25；灌水均匀 度一般可达到 80一 85，水的有效利用率为 80以上，用水量比地面灌溉节省 3650；喷灌可用 于各种类型的土壤和作物，受地形条件的限制小；可以提高工效 20 一 30 倍；可提高耕地利用率 7一 15。 但喷灌受风的影响大，3 一 4 级以上风力时应停止喷灌。喷灌的蒸发损失相对较大。喷灌系统组成： 水源工程、首部装置、输配水管道系统和喷头等喷灌系统形式：管道式喷灌系统和机组式喷灌系统 a：管道式喷灌系统：以输配水管网为主体，在我国使用比较广泛。 b：机组式喷灌系统：结构紧凑，使用灵活，机械利用率高，单位喷灌面积的投资较低，在农业节水灌溉 中具有广泛的使用前景。 二. 微灌 微灌是利用微灌设备组装成微灌系统，将有压水输送分配到田问，通过灌水去以微小的流量湿润作物根 部附近土壤的一种局部灌水技术。微灌可以非常方便地将水施灌到每一株植物附近的土壤，经常维持较低 的水应力满足作物生长需要。微灌省水、省工、节能，灌水器的工作压力一般为 50 一 150kpa；灌水均匀 度高，可达 80 一 90 以上；增产、对土壤和地形的适应性强。但微灌系统投资一般要远高于地面灌；灌水 器出口很小，易堵塞，敌对过滤系统要求高。微灌系统组成：水源、首部枢纽、输配水管网、灌水器以及 流量、压力控制部件和量测仪表等。 微灌系统形式：滴灌、微喷灌、小管出流灌和渗灌。 a. 滴灌 滴灌是利用安装在末级管道上的滴头，或与毛管制成一体的滴灌带将压力水以水滴状湿润土壤，滴灌灌 水器的流量为 212L/h。 b. 微喷灌 微喷灌是利用直接安装在毛管上，或与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤。微喷头有固定式 和旋转式两种。前者喷射范围小，水滴小；后者喷射范围较大，水滴也大些，故安装的间距也大。微喷头 的流量通常为 20250Lh。 c. 小管出流 小管出流灌溉是利用 4mm 的小塑料管与毛管连接作为灌水器，以细流（射流）状局部湿润作物附近土 壤。对于高大果树通常围绕树干修一渗水小沟，以分散水流，均匀湿润果树周围土壤，小管灌水器的流量 为 80250L/h。 d渗灌 渗灌是利用一种特别的渗水毛管埋入地表以下 3040cm，压力水通过渗水毛管管壁的毛细孔以渗流的 形式湿润其周围土壤。由于它减小土壤表面蒸发，是用水量最省的一种微灌技术。渗灌毛管的流量为 23L/hm。 三. 行走式节水灌溉技术 1采用农村普遍使用的小拖拉机作动力，不需专配动力机械，因此，减少灌溉机的造价，并使拖拉机充 分利用。 2适应性强，只要有水源，田间不需任何工程就可灌溉，流动服务，便灌溉便于实现产业化。 3先进的局部灌溉技术，水只湿润作物处的土地。同时抓住作物种苗期和最关键的需水期灌溉一、两次， 节水效果明显，一般播种时每亩只需 48 立方米水，幼苗期每亩 8 一 10m3 水，其它关键生育期每亩 1O20 立方米水。 4可以实现一机多形式灌水技术如喷灌、淋洒灌、条灌、沟灌，小畦灌等。 5与我国气象特征密切配合，充分利用天然降水和土壤墒情。 6和我国的节水农艺密切结合，按耕种方式垄作沟播和平作配套机具，采用种苗期覆地膜保墒等。 配套机具有两类型五品种： 播种地下灌水机：穴播穴灌（覆膜）机，耕整地条播条灌机，硬茬地（免耕）条播条灌机。 行走式灌溉：种苗喷淋灌溉机，悬挂卷管式灌溉机。 四. 卷管行走式节水灌溉机 1、功能 用于小麦、玉米、棉花、豆类、蔬菜等作物干旱季节的播种催苗、保全幼苗及作物苗期、生长期及灌浆 期等的灌水。洪涝期间还可用于排涝。 2、结构特点： 小四轮拖拉机前方带水泵、后方带缠绕改性 PE 管的卷盘，使用时拖拉机悬挂卷盘运输到需灌水地边， 放下卷盘拉机 PE 管至地头，管的人口端的卷盘上，与拖拉机前方的水泵出口联接，管的出口端与灌水小 车联接。灌水小车装在悬架，其中有横置水管，管上装灌水器，其特点是： 1拖拉机停在地边而不进地里，灌水小车在卷盘的牵引下，一边灌溉，一边往卷盘方向牵引回收。 2卷盘旋转动力由拖拉机的液压系统和液压泵齿轮箱等提供，不用单配驱动机。 3水泵动力用拖拉机的柴油机，皮带轮带动抽水。 4灌水小车可上下、左右伸缩，以适合作物的高度和行距避免压苗。 5. 更换灌水小车的灌水器（喷淋器、穴灌器、喷头、施水管袋等）可以进行条灌，穴灌，喷灌、沟灌、 畦灌等。 6灌水小车行走速度可调，以适应不同需水要求。 7结构简单，操作方便，机动性好；适应性强，价格较低。 3、主要技术参数： 配套动力：8.8 一 11KW （小四轮机） 卷管长度: 120m 卷盘直径：1.38m 小车行走速度 喷淋 110m/h 喷灌 11m/h 喷洒器总共 45 个（根据不同农作物调节数量） 喷头 1 个: PY40 型（喷嘴直径 16mm） 灌水效率:喷淋 23 亩/天（工作 9 小时） 喷灌 7.5 亩/天 整机灌水量 喷淋 7.6 立方米/亩 喷灌 20 立方米/亩 摘要：针对传统的人工浇灌方法浪费水资源、浪费人力物力、不能根据植物需要及时浇灌等缺点，我们进 行了自动灌溉控制系统的设计，该系统可综合考虑环境温度、湿度及季节的变化，自动对植物进行浇灌， 可节约用水、用电及人力成本。系统主要包括温度采集模块、湿度采集模块、自动灌溉控制器、信息显示 模块等部分。 园林灌溉的目的是有效的园林规划设计和园林灌溉用水管理不仅需要考虑绿化植物的水分需求,以及灌溉 系统在输送这些水分时的工作情况。同时也需要考虑由于植物水分需求中的不确定性、风险规避等因素而 在管理中施加的额外的水量。 。 该系统以 AT89S52 单片机为控制器，将温度和湿度信息以及时间信息进行综合考虑控制灌溉的时间。 在 实现以上功能的基础上，我们设计了较好的人机交互平台：在需要灌溉时，出现水源中断的情况或灌溉完 毕时，有语音提示；利用 TFT 液晶屏将采集到的信息用图表的方式呈现在用户面前，使信息反映的更直 观。此外，我们设计了上位机操作软件，利用上位机进行灌溉信息的实时监测，实现人工控制和自动调节 的切换，保障植物的健康成长，节约水电及人力资源 1、本作品添加了历史记录功能，避免了传统人工记录植物生长环境的麻烦环节，节省了人力资源。 2、 综合考虑了植物的周围的温度、湿度等因素，运用了 MatlaB 的线性拟合技术，得到最佳灌溉用水量，保 证植物的生长，提高了灌溉精确度。 3、在自动控制的基础上，可以通过人工修改灌溉参数，及时调整水 源环境