智能农业建设中大田喷灌智能控制系统方案设计讲述.pdf

托普物联网开创智慧农业新时代！ 智能农业建设中大田喷灌智能控制系统方案设计 一、喷灌智能控制系统方案研究背景 据托普物联网调查了解到，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，大部分地区仍然采用浇灌，而且传统喷灌系统水的利 用率也不高，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。智能灌溉系统不仅可以提高源利用率，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。智能灌溉系统涉及到传感器技术、自 动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术。因此，基于传感器技 术的智能灌溉系统是中国发展高效农业和精细农业的必由之路。 所谓智能就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉 多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时 增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用可编程控制器的控 制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现 灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定 50%— 60%RH （相对湿度）为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经 A/D 模块转换成 数字信号。 二、国内外喷灌智能控制系统方案技术发展状况 发达国家发展高效农业的一个重要途径是灌溉管理的自动化，如美国、 法国、英国、日本、以色列等发达国家已采用了先进的灌溉系统。他们采用先进 的节水灌溉制度，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，实行动态管理，采用遥感技术，监测土壤墒情和作物生长，开发和制造了一 系列用途广泛，功强大的数字式灌溉控制器，并得到了广泛的应用。地处干早缺 水地带的以色列，它是世界上微灌技术发展最具有代表性的国家，目前全国农业 土地基本上实现了灌溉管理自动化，并且普遍推行自动控制系统，按时、按量将 水、肥直接送入作物根部，水资源利用率和单方水的粮食产量都相当高。北美、 澳大利亚，韩国等国家和地区都已有发展成熟并形成系列的灌溉控制器产品，微 灌方式普遍采用计算机控制，埋在地下的湿度传感器可以传回有关土壤水分的信 息，还有的传感器系统能通过检测植物的茎和果实的直径变化来决定对植物的灌 水间隔。在温室等设施内较多使用小型灌溉管理程序，浇水时间可按日期设定每 托普物联网开创智慧农业新时代！ 次每路灌水起止时间，操作便于小规模经营。计算机化操作运行精密、可靠、节 省人力，对灌溉过程的控制可达到相当的精度，在以色列，已经出现了在家里利 用电脑对灌溉过程进行全部控制无线、有线的农场主 我国农业灌溉有着悠久的历史。但是，直到解放初期大部分农田灌溉还 沿袭着旱田大水漫灌、水田串畦淹灌的灌水方法。由于长期大水漫灌的结果，抬 高了地下水位，土壤发生次生盐碱化，严重影响着作物产量的提高。 解放后为 了发展农业，满足国民经济增长和人民生活水平提高的需要，各省和各大灌区在 50 年代先后建立了灌溉试验站。试验研究科学的灌溉制度和与之相配套的田间 工程规格、标准。50 年代我国一直不断地开发新水源，建设新灌区。因此，灌 溉面积发展很快，从 1949 年的 1600 万平方米到 1957 年增加到 2734 万平方米； 粮食产量从 1132 亿 kg 增加到 1950 亿 kg。为了提高灌溉水的有效利用率，灌区 除不断加强科学管理、合理配水、大搞平田整地、划小畦块外，同时还不断开展 渠道防渗工作，到 1992 年，全国各级渠道已采取防渗措施的有 55.11 万 km，占 全国渠道总长的 18％，使渠系水的有效利用率从 0.35 一 0.45 提高到 0.45 一 0.55，提高约 0.1 左右。80 年代初又开始在全国推广低压管道输水灌溉，使灌 溉水的有效利用率又提高一步，到 1996年底全国低压管道输水灌溉面积达到 367 万多平方米。 为了进一步开展节水灌溉，50 年代末我国开始从国外引进先进的节水 灌溉技术和设备，如前苏联的涡轮涡杆喷头、法国的薄壁铝合金移动管道成套系 统，并在重庆、武汉、上海、南京四城市的郊区各建立了一个喷灌试点。同时我 国在滴灌等节水灌溉技术上的研究也取得长足进步，但是在自动灌溉控制系统方 面仍属空白，与国外相比，我国技术还比较落后，基本上还没有自行研制的、成 型的自动控制产品，绝大部分都依靠从国外进口汇。但是那些引进的国外灌溉