自動(dòng)控制技術(shù)在果園自動(dòng)噴灌系統(tǒng)中運(yùn)用及設(shè)想

1、自動(dòng)控制在果園自動(dòng)噴灌系統(tǒng)中運(yùn)用的設(shè)想摘要：本文從微噴灌系統(tǒng)、灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)、果園微噴灌的全自動(dòng)控制設(shè)計(jì) 等方面作了詳盡的闡述，提出果園自動(dòng)噴灌系統(tǒng)工程建設(shè)、果園微噴灌自動(dòng)化的 一些設(shè)想。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 自動(dòng)化 電磁閥 果園微噴灌系統(tǒng)1果園自動(dòng)噴灌系統(tǒng)簡(jiǎn)介果園是農(nóng)業(yè)高科技的結(jié)晶，果同主要種植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果樹，大型果園面積一般規(guī)模有幾百或近千畝， 丘陵區(qū)園地地勢(shì)起伏較大，高差不 均，運(yùn)用傳統(tǒng)灌水方式很難進(jìn)行系統(tǒng)灌溉， 不能保證滿足果樹的需水量，而先進(jìn) 的微噴灌系統(tǒng)具有節(jié)水、降溫、除塵、防霜凍、調(diào)節(jié)田間小氣候、灌水質(zhì)量高、 增產(chǎn)效果好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)土壤、地形和作物適應(yīng)性強(qiáng)，防堵塞。

2、充分利用小水源， 由低處水庫或河流中取水，經(jīng)過過濾加壓，然后由遍布全園的各種管道把帶有肥 料、除蟲劑的水準(zhǔn)確地送劍每片需水地果樹中，保證果樹的正常需水，利于施肥、 噴灑除草劑、節(jié)省能耗，且操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，全園使用微機(jī)自動(dòng)檢 測(cè)控制電磁閥的開啟，能精確實(shí)現(xiàn)果樹的輪灌、對(duì)灌水時(shí)間和灌水量實(shí)現(xiàn)有效的 控制，從而實(shí)現(xiàn)全園果樹系統(tǒng)自動(dòng)化。2微噴灌系統(tǒng)微噴灌是一種管道輸水的局部灌溉，水一直送到作物根部附近。幾乎適應(yīng)各 種復(fù)雜地形。它通過低壓管道系統(tǒng)將有壓水（低壓小流量）送到作物根部附近，用 微噴頭或微噴帶將灌溉水噴灑在土壤表面， 利用空氣作為配水介質(zhì)，以吸水方式 濕潤土壤而進(jìn)行灌溉的一種新型灌

3、水方法。2. 1果園自動(dòng)噴灌系統(tǒng)的組成常見的果園自動(dòng)噴灌系統(tǒng)主要由地面系統(tǒng)、樹上系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、地下系統(tǒng) 組成。完整的系統(tǒng)由水源部分、輸配水設(shè)備、首部樞紐、各級(jí)管道和尾部設(shè)備灌 水器（微噴頭等）以及流量、壓力控制部件和測(cè)量?jī)x表等組成，2. 2設(shè)計(jì)原則微噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通常應(yīng)遵循以下主要原則：必須滿足果園果樹生長(zhǎng)對(duì)水分的要求；灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合耕作實(shí)際， 便于操作； 應(yīng)使所選擇的灌水方法既能滿足果樹灌溉要求，又不因灌溉而造 成病害、蟲害的發(fā)生； 灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮施肥及噴藥裝置；應(yīng)使灌溉 系統(tǒng)在滿足灌溉要求的同時(shí)，工程建設(shè)的綜合造價(jià)最小。2. 3設(shè)計(jì)步驟收集地形、土壤、氣象、水源、果樹種植、果園

4、環(huán)境等方面的資料。根據(jù)果 樹種類、種植制度、種植季節(jié)、水源、灌溉保證率、果園設(shè)施等情況選擇灌水方 法。系統(tǒng)的管道分干管、支管和毛管等三級(jí)，布置時(shí)于、支、毛三級(jí)管道要求 盡鼉相互垂直，以使管道長(zhǎng)度和水頭損失最小。微噴灌灌溉制度的擬定。包括： 灌水定額、設(shè)計(jì)灌水周期、一次灌水延續(xù)時(shí)間、控制灌溉面積大小的計(jì)算、管網(wǎng) 水力計(jì)算、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。3灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)微噴灌系統(tǒng)能很方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制， 實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，這也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代 化的要求。全自動(dòng)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)通過預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)反映果樹需 水的相關(guān)參數(shù)自動(dòng)啟閉水泵和電磁閥， 按一定的輪灌順序進(jìn)行自動(dòng)灌溉。自控系 統(tǒng)包括中央控制器、電磁閥、

5、傳感器（土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感 器、水位傳感器和雨量傳感器等）、通訊線路及工程部分的灌水器、管道、管件 及水泵、電機(jī)等裝置。3. 1微噴灌自動(dòng)控制的方法微噴灌自控系統(tǒng)的基本控制方法有：時(shí)間控制、水量控制和反饋控制三種。時(shí)間控制系統(tǒng)是按頂定好的時(shí)間放水或關(guān)水； 水鼉控制系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)的配水方 案（配水量）放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)灌I垤內(nèi)濕度感受器的反應(yīng)，將信 號(hào)傳送到首部控制樞紐部分來關(guān)水或放水。本系統(tǒng)采用反饋控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。利用計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，運(yùn)用專川的微噴灌系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)軟件， 實(shí)時(shí)或定時(shí)通過有 線或無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備， 采集田間土壤水分、土壤溫度、空 氣

6、溫濕度等數(shù)據(jù)，檢測(cè)果同十壤水分狀態(tài)和特征指標(biāo)、 果樹水分含量指標(biāo)、氣象 變化趨勢(shì)，根據(jù)果樹對(duì)水分的需求和七壤墑情制定出合理的灌溉計(jì)劃和果園管理 計(jì)劃。3. 2果園管理計(jì)劃果園管理軟件系統(tǒng)為用戶提供每一塊農(nóng)田的土壤水分狀況圖、十壤水分含量、日水分利用量、制定合理的灌溉管理決策、對(duì)不同的果園區(qū)進(jìn)行灌溉優(yōu)先排 序。并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資料、運(yùn)算處理、顯示輸出。3. 3灌溉計(jì)劃允許灌溉管理者根據(jù)果樹水分需求和果樹對(duì)灌溉的反應(yīng)制定合理的灌溉計(jì)劃。微噴灌系統(tǒng)灌溉計(jì)劃一般是指確定何時(shí)進(jìn)行灌溉及應(yīng)該的灌溉量。果樹的需水量隨樹種、土壤類型、氣候條件及栽培管理、生理特征的差異而不同。根據(jù)果 樹生長(zhǎng)期（花前、花后、花芽分化及

7、休眠期）內(nèi)各個(gè)物候期的需水要求及當(dāng)時(shí)的土 壤含水量，確定果樹的灌水時(shí)間，制定不同的灌水定額和灌水計(jì)劃。果樹在各個(gè)物候期內(nèi)的灌水次數(shù)與灌水量隨降雨量及降雨在時(shí)間上的分布而定。主要取決于各個(gè)時(shí)期的降水量和十壤的水分狀況。岡此，當(dāng)土壤含水量接近田間持水量的50%應(yīng)灌水，以確保土壤水分總是保持作物生長(zhǎng)所需的最佳含水量。通過軟件計(jì)算下一次微噴灌的日期和準(zhǔn)確的灌水量。通常采用水分中子測(cè)節(jié)儀、 張力計(jì)作為啟動(dòng)和關(guān)閉水泵的工具。3. 4實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的設(shè)想 3. 4. 1設(shè)想（土壤墑情監(jiān)測(cè)和灌水預(yù)報(bào)相結(jié)合）管理人員負(fù)責(zé)管理幾個(gè)園區(qū)或兒塊果園，每個(gè)吲區(qū)或果園設(shè)置許多檢測(cè)點(diǎn)，每一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都有一套不同時(shí)間收集的實(shí)際測(cè)定的

8、讀數(shù)記錄。數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理，顯示每一單個(gè)田塊的灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)，當(dāng)前果樹日水分使用情況，土壤水分平衡情況并預(yù)測(cè)下次灌溉的日期。 測(cè)定土壤水分含量和果樹日片 j水量的值，顯示某一具體的時(shí)期的每一深度層的土壤水分含量的讀數(shù)記錄和根 區(qū)的總水分含量，同時(shí)顯示土壤水分需要量，中子儀測(cè)定并估算日水分使用量。 利用PIC軟件可進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，實(shí)時(shí)顯示，形成數(shù)據(jù)庫、報(bào)表和過程線， 從中總結(jié)重要的信息形成報(bào)告，供灌溉預(yù)報(bào)、制定每日的管理決策方案使用，遙 控實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量灌水。3. 4. 2人機(jī)環(huán)境結(jié)合通過計(jì)算機(jī)界面可人工錄入和顯示田間實(shí)際收集的數(shù)據(jù)，如土壤水分張力計(jì)的讀數(shù)、果粒大小。依據(jù)果

9、樹生長(zhǎng)參數(shù)與土壤水分含量來確定果樹生長(zhǎng)期的水分 需求量。氣候數(shù)據(jù)資料可人工輸入或由氣象站自動(dòng)裝載。3. 5果園微噴灌的全自動(dòng)控制設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集控制終端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心組成。是單片機(jī)、傳感、通訊、遙測(cè)遙感技術(shù)及節(jié)水灌溉技術(shù)等各級(jí)系統(tǒng)的高度集成。3. 5. 1控制原理自動(dòng)控制技術(shù)采用傳感技術(shù)對(duì)田問土壤水分、 土壤溫濕度、空氣溫濕度等果 樹生長(zhǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集， 輸入計(jì)算機(jī)，形成原始數(shù)據(jù)庫，建立最優(yōu) 控制方案。根據(jù)監(jiān)控中心發(fā)出的命令，通過變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管道壓力， 控制水泵及各個(gè)電磁閥等灌溉設(shè)備的正常運(yùn)行， 科學(xué)有效地控制灌水時(shí)間、灌水 量、灌水均勻度，

10、形成優(yōu)化灌溉制度，為果園地提供一個(gè)良好的地、水、肥、氣、 熱條件。3. 5. 2控制系統(tǒng)的組成采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PIC）作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)微噴灌的全自動(dòng) 控制。把土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速、管道壓力等田 間參數(shù)及閥門開啟、水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)等控制對(duì)象送入控制器。 滿足良好的人機(jī)界面 要求，協(xié)調(diào)各部分的工作。整個(gè)系統(tǒng)的工作主要由T業(yè)控制機(jī)和變頻器兩部分完 成，其中變頻器主要用于控制水泵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)， 工控機(jī)主要用來采集田間土壤及 氣象等指標(biāo)，按照設(shè)定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制 電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的 T作。3. 5. 3監(jiān)測(cè)控制軟件設(shè)計(jì)監(jiān)

11、測(cè)控制軟件設(shè)計(jì)是控機(jī)能夠完成控制功能的重要基礎(chǔ)，監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的好 壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。根據(jù)果園微噴灌的特點(diǎn)，該控制軟件主 要功能及特點(diǎn)為： 自動(dòng)采集田間數(shù)據(jù)：系統(tǒng)根據(jù)軟件中所預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，自動(dòng)地采集土壤濕度、 溫度、風(fēng)速、雨量等參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理后，實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。 果樹生育期的判斷：當(dāng)管理人員輸入各地塊所種植的果樹及種植日期后，系統(tǒng)便根據(jù)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘自動(dòng)計(jì)算出各種果樹已種植的天數(shù)，判斷出果吲所處的生育期，自動(dòng)查找資料庫中所存的原始資料，確定出當(dāng)前作物最適宜的十壤含水鼉及 灌水定額。微噴灌的全自動(dòng)控制：系統(tǒng)采集田間及氣象數(shù)據(jù)后，將當(dāng)前各地塊土壤含水量 與果園適宜含水量相比較

12、，若土壤實(shí)際含水量小于果園要求下限值， 便自動(dòng)開啟 該地塊的第一個(gè)電磁閥。進(jìn)行灌溉。達(dá)到所需灌水定額后，自動(dòng)關(guān)閉第個(gè)電磁 閥，同時(shí)開啟下一個(gè)電磁閥，直到完成整個(gè)地塊的灌溉任務(wù)。灌溉過程中，若出 現(xiàn)溫度過低、風(fēng)速過大以及降雨過程等大氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)暫停當(dāng)前的灌溉任務(wù)， 并保存當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)氣象條件滿足時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行未完成的任務(wù)。 辦公自動(dòng)化：系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可自動(dòng)生成各種定時(shí)、日、月、年報(bào)表，并通過打印機(jī)打印出來。其內(nèi)容包括各種氣象及一卜壤參數(shù)， 可從各報(bào)表中得到土 壤濕度變化曲線、日最高風(fēng)速、月平均氣溫、全年總降水暈等原始資料，為用戶 研究當(dāng)?shù)氐臍庀蠹巴寥雷兓闆r提供翔實(shí)的依據(jù)。 良好的可維持性

13、：用戶可按白定義按鈕，通過鼠標(biāo)各鍵盤輸入新樹種的基礎(chǔ)資 料，系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)用戶所定義的數(shù)值運(yùn)行。確定其適宜士壤含水量和灌水定額。 為滿足實(shí)際情況的需要可修改灌水定額、管道壓力等參數(shù)。 友好的入機(jī)界面：系統(tǒng)中大部分界面均為示意圖形，實(shí)時(shí)顯示各傳感器送來的 數(shù)值及系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，T作人員無需學(xué)習(xí)便可完成所有操作。另外，在任一界面F,用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應(yīng)的提示，指導(dǎo)用戶完成相應(yīng)的功能。托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智礬農(nóng)業(yè).專業(yè)解決畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)整制系統(tǒng)、大田種植智能 管理系統(tǒng)、花卉種植控制系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源、溫室大就智能控制等。a 網(wǎng)址： vjmi.

14、ipwcom pjww, agri50.七口耐農(nóng)業(yè)物聯(lián)翩解決方案警詢！86056609<'4結(jié)束語微噴灌是一種高效節(jié)能省水增產(chǎn)的微灌灌溉技術(shù)，它具有很多優(yōu)點(diǎn)，適合我 國的國情，具有很強(qiáng)的推廣優(yōu)勢(shì)，而且很方便實(shí)現(xiàn)灌溉的全自動(dòng)控制， 微噴灌將 成為二十一世紀(jì)發(fā)展我國節(jié)水灌溉的重點(diǎn)， 是加速我國農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉、精準(zhǔn) 農(nóng)業(yè)和設(shè)施農(nóng)業(yè)的有效途徑，將更好的促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化 ！微噴灌自動(dòng)化系 統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是合理的，技術(shù)上是可行的，將成為我國南方生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)的典范！附錄一托普物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項(xiàng)目。 浙江托普儀器是國內(nèi) 領(lǐng)先的農(nóng)

15、業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配 套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與 端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、 食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方 案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)

16、）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺(tái)。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或 完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū) 進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開 窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生 長(zhǎng)信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系

17、統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語音報(bào)警 等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植 和培育階段、生長(zhǎng)階段、收獲階段等對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀 況等實(shí)施實(shí)時(shí)信息自動(dòng)記錄，有據(jù)可查，在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售階段采用二維碼或 者RFID射頻技術(shù)對(duì)各個(gè)階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)通過 終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)就能查看到各類信息，才能放心食用。6作業(yè)模塊：即中央控制室。可通過總控室對(duì)整個(gè)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括各 個(gè)區(qū)域采集點(diǎn)參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻圖像、施肥噴藥狀況、報(bào)警信息等。 參考文獻(xiàn)1 吳普特，牛文全.節(jié)水灌溉與自動(dòng)控制技術(shù)M.北京：化學(xué)工