单节干电池供电的滴灌控制器的设计与试验_洪添胜
2011年9月Sept．2011第29卷第5期Vol．29No．5
doi ：10．3969/j．issn．1674－8530．2011．05．018
单节干电池供电的滴灌控制器的设计与试验
洪添胜，冯瑞珏，李加念，叶智杰，卢加纳
（华南农业大学工程学院，广东广州510642）
摘要：为提高无电力设施果园的滴灌管理效率，设计了一款可用单节干电池供电的滴灌定时自
动控制器．控制器主要由MSP430F2132单片机、电源升压电路、人机交互单元、双稳态脉冲电磁阀及其驱动电路组成．在0．9 1．8V 输入电压范围内测试了控制器的静态电流和电磁阀动作时的工作电流，结果表明：静态电流随着输入电压的减小而增大，其范围为20．0 46．6μA ；控制器驱动电磁阀开关动作时所消耗的电流随电压的升高而升高，其范围为200 413mA ，而且电磁阀
在开启时所消耗的电流略大于关闭时．分别以单节型号为劲量L91的1．5V AA 电池、
2节同型号的电池并联作为电源供电，使控制器每休眠5s 驱动电磁阀开关动作一次，测试了电池的使用
寿命，
结果表明：能驱动电磁阀的最低电压为0．9V ；单节电池持续供电30h ，共驱动电磁阀开关动作11160次；两节电池并联可用46h ，共动作16740次．根据试验结果估算出，一节额定容量为3000mA ·h 的1．5V 电池可使滴灌控制器工作3a 以上．关键词：滴灌控制器；低功耗；电池；电磁阀；自动控制
中图分类号：S275．6文献标志码：A 文章编号：1674－8530（2011）05－0455－06
收稿日期：2011－01－25
基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项经费资助项目（200903023）；国家现代农业产业技术体系建设专项资金资助项目（农科教发
［2011］3号）
作者简介：洪添胜（1955—），男，广东梅县人，教授，博士生导师（tshong@scau．edu．cn ），主要从事机电一体化技术和信息技术应用研究．
冯瑞珏（1985—），女，广东罗定人，硕士研究生（342559161@qq．com ），主要从事农业工程与自动化研究．
Design and experiment for drip irrigation controller powered by single battery
Hong Tiansheng ，Feng Ruijue ，Li Jianian ，Ye Zhijie ，Lu Jiana
（College of Engineering ，South China Agricultural University ，Guangzhou ，Guangdong 510642，China ）
Abstract ：In order to improve the drip-irrigating management efficiency in orchard without access to
electric power ，
a low-cost auto-timer drip irrigation controller powered by a single battery has been developed．The controller is composed of a MSP430F2132microcontroller ，a power boost circuit ，a human-computer interaction unit ，a bi-stable pulse solenoid valve and a driving circuit．The quiescent
current of the controller was measured with the input voltage between 0．9V and 1．8V ，and the result showed that the quiescent current increased as the input voltage decreased ，increasing from 20μA to 46．6μA．When the controller switched the valve on and off the consumption of current increased as the
voltage increased ，
ranging from 200mA to 413mA．At the same time the current of the on-valve state was slightly larger than the off-valve state．The testing was done in two phases with the controller
programmed to drive the valve on and off alternately at each 5-second standby time in both phases．In
the first phase it was powered by a L911．5V lithium battery and the result showed that the minimum battery voltage driving the valve was 0．9V and a single battery could last for 30h and drive the valve 11160times during the period．In the second phase it was powered by two parallel connected L91batteries and the tests showed that the controller could drive the valve 16740times that is a longer time
排灌机械工程学报第29卷
of46hours consecutive hours．Accordingly，it was estimated that a1．5V，3000mA·h on battery can
adequately power the controller for at least3years．
Key words：drip irrigation controller；low power；battery；solenoid valve；automatic control
滴灌具有节水、增产和改善作物品质等诸多优
势，是解决灌溉用水短缺的有效方法之一［1］．在国外，
节水灌溉控制系统的发展起步早，自动化程度高，已
经形成了比较完善的滴灌控制体系，滴灌方式普遍采
用计算机控制，特别适用于大规模滴灌［2－3］．我国自
引入滴灌设备至今，滴灌技术应用和设备开发已取得
一定的进展．一些研究单位开始尝试适合我国国情的
滴灌控制器的自主设计与开发，研制了如滴灌带、调
压器和施肥器等［4－8］．但目前我国温室或大田采用的
滴灌产品具有投入成本较高、使用寿命有限和不易操
作等特点［9］．在经济较落后的地区中得不到农民的自
发性使用，滴灌技术得不到推广．要在小规模种植的
农户中推广滴灌技术，研发操作简单和可以长效使用
的小型滴灌设备是滴灌发展的一个重要方向［10－11］．
为此，文中设计了一个可用单节电池供电、控制灵活
和人机交互良好的低功耗滴灌控制器．
1总体设计方案
控制器的总体设计方案如图1所示，它主要由
单片机、2个升压电路、人机交互单元、电磁阀及其
驱动电路组成．其中，2．0V升压电路用于将电池电
压升至2．0V，为单片机主控电路及人机交互单元
供电．5．5V升压电路用于将电池电压升压至5．5
V，为电磁阀的驱动电路供电．人机交互单元用于设
置滴灌的周期、持续时间和系统的初始时钟等．单片
机以其内部定时器来产生实时时钟，并根据人机交
互单元设定的时间参数进行定时滴灌的自动控制
．
图1控制器总体设计框图
Fig．1Overall design diagram of controller
2硬件电路设计
2．1核心微处理器
核心微处理器选用TI公司的MSP430F2132单片机，它是一款低功耗高性能的16位单片机，其工作电压为1．8 3．6V，在休眠状态下电流仅0．7μA，在1MHz下全速运行的电流约为250μA．芯片内部的各个模块相互独立，如A/D转换、定时器等都可以在CPU休眠的状态下独立运行．若需要主CPU运行，任何一个模块都可以通过中断唤醒CPU，从而使系统以最低功耗工作．由于单片机工作电流随电压的降低而减小，综合考虑功耗及其可靠运行等因素，选用2．0V作为单片机的供电电压．2．2核心微处理器电源电路
选用1．5V的AA电池（型号为劲量L91，一次性锂电池）作为控制器的供电电源，通过如图2所示的电源升压电路将电池电压调节至2．0V给单片机主控电路供电．该升压电路结构简单，主要由升压芯片TPS61220与少量的电阻、电容及电感组成．其中，TPS61220是TI公司推出的一款2MHz DC/DC 升压转换器，其输入电压为0．7 5．5V，输出电压为1．8 5．5V，静态电流为5μA，可以在轻负载的条件下维持极高的转换效率
．
图22．0V升压电路
Fig．22．0V step-up circuit
2．3电磁阀驱动电路
电磁阀是滴灌最直接的执行器件，是整个滴灌控制器中耗电量最大的部件．选用接口为32mm的双稳态脉冲电磁阀［12］，适合应用于低功耗产品的设计．电磁阀的驱动电路如图3所示，由5．5V升压电路和H桥电路两部分组成．
5．5V升压电路如图3a所示．其中，TPS61200是TI公司推出的一款高转换效率的DC/DC升压转换器，且设置有高电平有效的使能端EN（第6脚），由单片机与该使能端连接，控制其是否使能工作，当禁止使能时TPS61200处于掉电状态，其消耗电流最
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洪添胜，等单节干电池供电的滴灌控制器的设计与试验
大为2μA．在升压电路的输出端设置一只3300μF
的电解电容，利用其储电特性，为驱动电磁阀提供足够的电流，避免电磁阀开关动作时的瞬间大电流引
起电池电压的大幅跌落，从而导致电路不稳定
．
图3电磁阀驱动电路
Fig．3
Schematic of solenoid valve driving circuit
H 桥电路如图3b 所示，它主要由6只MOS 管
组成．其中Q1，
Q2是P 沟道MOS 管，Q3，Q4，Q5，Q6是N 沟道MOS 管；D1，D2是两个5．1V 稳压管，它
们阴极对阴极连接，主要是用来在电磁阀动作结束瞬间时形成一条泄流回路，以保护MOS 管不被电磁阀动作结束瞬间所产生的高压反向电动势击穿．H 桥的4个桥臂H22，
H21，H12和H11分别与单片机I /O 口相连，通过I /O 口产生高低电平控制MOS 管的通断，从而产生正向或反向的脉冲电压来驱动电磁阀的开启与关闭．
当要驱动电磁阀进行开关动作时，先使5．5V 升压电路工作100ms 以使其输出端的大电容储存了足够的电能，然后再通过单片机的I /O 口控制H 桥电路驱动电磁阀的开关．2．4
人机交互单元
控制器的人机交互由一个12档位的波段开关和刻度面板相配合来实现，通过人机交互单元可实现滴灌周期、滴灌持续时间和系统时钟的设定，以及
可实现滴灌的手动开关操作．波段开关的每一个档
位分别对应于一个数值或功能，其具体的对应关系如图4a 所示，面板的外圈刻度用于设置滴灌持续时间和滴灌周期，内圈刻度用于设定系统时钟．波段开关的各个档位的区分是通过电阻分压来实现的，通过对各个档位对应的电压进行检测就可判断波段开
关转到哪一个档位，
其检测电路如图4b 所示，13只1000Ω的电阻串联对2V 电压进行分压，波段开关
的各个档位分别与1只电阻相连，以使波段开关的每个档位对应于1个电压值，波段开关的公共端与单片机的A /D 转换引脚连接．
在电阻串联支路中串联了1只N 沟道的MOS 管，用于控制该支路的通断．当单片机需要检测波段开关的档位时，与MOS 管相连的I /O 口输出高电平，将MOS 管导通，单片机进行A /D 转换，根据检测的电压值就可判别波段开关转到哪个档位．而在其余时间，使MOS 管截止，以切断电阻网络，从而使该支路不消耗电能
．
图4人机交互单元
Fig．4
Human-computer interaction unit
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2．5低功耗设计
为降低控制器的功耗，延长电池的使用寿命，应尽量使控制器处于休眠状态，而且在控制器唤醒工作时采用分时分区供电的电源管理策略，即某一时刻只使相应的电路单元工作．
由于实际应用中，滴灌执行的次数不多，一般是每天上午和下午各进行一次，而且操作的实时性要求不高，因此可使控制器每休眠15s唤醒一次进行工作．控制器唤醒后，先使A/D转换以检测波段开关的档位（当A/D转换完成后立即禁止其使能），并进行相应的运算处理，然后判断是否需要执行滴灌的启停动作，即电磁阀的开关动作．若不需要执行则立即进入LPM3休眠模式（此模式下单片机消耗的电流约为0．7μA），若需要执行滴灌操作时，则先使5．5V升压电路工作100ms以使大电容储存足够的电能，然后再打开H桥电路的正向或反向通路30ms以驱动电磁阀开关动作，动作结束时立即禁止5．5V升压电路工作并使控制器进入LPM3休眠模式．由于控制器唤醒后工作时间不大于130ms，因此可使控制器99%以上的时间处于休眠状态．
3功耗测试试验
3．1控制器静态电流
静态电流I
是指控制器处于休眠模式时所消耗的电流，它主要由升压芯片TPS1220消耗的电流和单片机处于LPM3休眠状态时所消耗的电流组
成．为了延长电池的使用寿命，I
值应该越小越好，而且控制器处于休眠模式的时间应尽可能的长，但考虑控制器执行滴灌时的响应速率，选择每休眠15 s退出LPM3模式．本试验采用可调数字电源（型号
为MATRIX MPS－3003D）模拟单节电池电压U
in
，在0．9 1．8V范围内，用数字万用表（型号为FLUKE18B）串联在电源输入端，编程使控制器一直处于休眠模式，测试静态电流．每组数据测量2次，取其平均值作为结果，试验结果如图5所示．
由图5可得，静态电流随电压的减小而增大，当电压为1．8 1．5V时静态电流约为20μA，当电压为1．5 1．2V时静态电约为25μA，当电压下降到0．9V时静态电流最大，为46．6μA．这主要是电源的升压芯片TPS61220的转换效率引起的，根椐升压芯片的转换公式可知，随着电压的下降，TPS61220的转换效率下降，控制器的静态电流不断增大，转换公式为
I
Batt
=
1
η
?
U
CC
I
CC
U
Batt
，
式中：η为TPS61220的转换效率；I
Batt
为控制器电
流；U
Batt
为电池电压；U
CC
为MSP430F2132的工作电
压，大小为2．0V；I
CC
为MSP430F2132的工作电流，约10μA
．
图5不同工作电压下控制器的静态电流
Fig．5Quiescent current of controller under different
supply voltages
3．2控制器工作电流
控制器的工作电流I
1
是指控制器唤醒后全速运行时所消耗的电流．由控制器的运行机制可知，此电流主要分为两大部分：单片机进行A/D转换及运
算处理时控制器消耗的电流I
11
和控制器驱动电磁
阀开关动作时所消耗的电流I
12
．
由于控制器处于进行A/D转换及运算处理的
时间约为几十μs，为便于测试此时的电流I
11
，编制程序使控制器一直处于此状态，并用数字万用表在0．9 1．8V的输入电压（由可调数字电源提供）范围内测量控制器消耗的电流，试验数据如图6所示．由图可知，输入电压越低，控制器的电流越大，在输入电压为0．8V时，工作电流达1400μΑ
．
图6不同电压下控制器全速运行时的电流
Fig．6Controller working current under different
supply voltages
管道中水压的大小对电磁阀开关动作时的能耗需求影响不显著，在相同电压下，由水压不同造成的电磁阀开关动作的电流差异最大仅为28mA，因此
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洪添胜，等单节干电池供电的滴灌控制器的设计与试验
可在空载条件下进行电磁阀开关动作功耗的测试．
由于电磁阀的开关动作只需30ms 即可完成，为了测定驱动电磁阀开关动作时所消耗的电流，在控制
器电源输入端串联一个0．1Ω，5W 的功率电阻，并利用LabVIEW 8．6平台进行编程，控制北京阿尔泰
科技的USB5935数据采集卡每1ms 采集1次电阻两端的电压，最后换算为电流，即可得出电磁阀动作时控制器所消耗的电流I 12．试验结果如图7所示，试验装置如图8所示．
由图8可得，控制器驱动电磁开关动作时所消耗的电流随电压的升高而升高，当输入电压为0．9V 时电流约为200mA ，当输入电压为1．7V 时电流约为413mA．而且电磁阀在开启时所消耗的电流略大于关闭时
．
图7不同电压下控制器驱动电磁阀开关时消耗的电流
Fig．7Current consumption of controller when driving solenoid
valve open and close under different supply
voltages
图8电磁阀开关动作的功耗测试装置
Fig．8Current consumption testing setup for solenoid
valve's switching
3．3
电池使用寿命的估算与测试
由前文知，控制器在整个运行过程中，其消耗的
电流主要由休眠时的静态电流I 0、唤醒后全速运行进行A /D 转换及进行运算处理时所消耗的电流I 11以及驱动电磁阀开关动作时所消耗的电流I 12组成．表1给出了在各个模式下控制器电流的消耗情况，并计算出假设每天电磁阀开启和停止的次数共为10次时（在实际应用中，开启与停止的次数共为4次），平均每秒消耗的电流I av ．
表1控制器电流消耗
Tab．1
Current consumption of controller
I Batt /μA 典型值最大值I o 28．2344．30I 112．403．50I 1225．2047．80I av
55．83
95．60
电池的使用寿命估算结果如表2所示，其中C
表示电池容量，
L 表示电池使用寿命．表2电池的典型使用寿命和最短使用寿命
Tab．2Typical and minimum expected battery life
C /（mA ·h ）L /a
典型值最小值30006．133．581000
2．00
1．19
为了更准确地估计电池的使用寿命和测试电池驱动电磁阀开关动作的最低电压，分别以单节型号为劲量L91的1．5V AA 干电池、2节同型号电池并联作为电源，编程使电磁阀每5s 开或关动作一次进行试验，
直到电磁阀不能动作为止．同时利用LabVIEW 8．6平台编写程序，控制数据采集卡USB5935每10min 采集一次电池电压，试验结果如图9所示
．
图9电磁阀每5s 连续开关动作时电池的放电情况Fig．9Battery discharging characteristics for solenoid
valve's switch at every 5s
由图9可知，控制器连续工作在大负载的情况
下，
单节电池可用30h ，共动作11160次，2节电池并联可用46h ，共动作16740次．当电池电压降为
1V 时，电磁阀再动作数次，电池电压迅速下降到0．53V ，不能再驱动电磁阀动作．由试验所测试的次数可知，容量为3000mA ·h 的单节电池可使用2．92a．如果考虑电池的自放电和其他情况，电池的实际使用寿命可能低些．
4结论
1）选用双稳态脉冲电磁阀，并利用休眠机制和
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电源管理技术等低功耗设计手段，设计了一款可用单节AA干电池供电的定时滴灌自动控制器，能根据设定的滴灌周期和滴灌时长进行自动滴灌控制，并具备手动控制的功能．
2）控制器的静态电流约为25μA，驱动电磁阀执行滴灌启停动作时的电流最大为413mA．经测试，单节劲量L91的1．5V AA电池可使控制器驱动电磁阀开关动作11160次，能使控制器正常工作的电池的最低电压为0．9V，并根据控制器运行过程中各阶段的电流消耗情况估算出，单节1．5V、容量1000mA·h的电池可使控制器工作1．19a以上．3）控制器成本低于100元，操作简单，适用于小面积果园和温室的定时滴灌自动控制，现已在华南农业大学工程学院的柑橘试验场稳定运行5个月．
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（责任编辑徐云峰）
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基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计
基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计摘要： 水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。 发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。 我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，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。 本次设计是采用PLC控制多路不同的土壤湿度，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。 关键词：自动浇灌; PLC; 湿度传感器；农业自动灌溉系统
滴灌设计参数
滴头流量和滴头间距 通过几年来对不同滴头流量，不同土质条件下的土壤水分运动规律研究可以看出，重壤土的土壤水分分布形状如同一个“碗”，滴水点处水分增量最大，越向深处越小，湿润峰的宽深比较大。在一定水量下，流量越大，湿润深度越浅，湿润宽度越大(图1、图2、图3)。当滴头流量达到3升/小时，地表出现径流迹象。对中壤土来说，在滴水量相同时，滴头流量越大，湿润宽度就越大，而湿润深度差别不大( 4、图5、图6)。当滴头流量大于3升/小时，开始出现径流迹象，当滴头流量为4升/小时，径流更加明显。对砂土而言，土壤水分主要以垂直人渗为主，当滴水量达到4升时，砂土湿润深度可达60厘米，此时地表湿润宽度为35厘米左右(图7、图8)}综上所述，重壤土和中壤土滴头流量不宜超过3升/小时，在不产生地表径流情况下取较大值以排盐效果和滴头抗堵效果考虑)。另外，根据土壤湿润峰的变化情况，滴头间距也没必要太小，一般重壤土可选择0.40一0.50米，中壤土可选择0.40米左右。对砂土来说，滴头流量宜选择较大值，可取到3一4升/小时，滴头间距不宜超过0.30米。同时，在有盐碱的土壤上，滴头流量的选择，在不产生地表径流情况下，宜取其上限值，这样有利于在棉花根层形成淡化区，排盐效果较好。 目前,团场普遍赞同采用滴头流量大的滴灌带,主要是由于在实际运行中,实际流量没有达到设计流量。 关于毛管间距确定 在滴灌系统投资中，毛管投资占有相当大的比重。由图9、图10可以看出，在中壤土上，土壤湿润宽度随滴头流量的增加而增大，滴头最大湿润直径可达140厘米。采用一管四行棉花布置毛管，毛管到最边行棉花的距离为55一60厘米，机采棉棉花行距配置(66+ 10厘米)中，毛管到最边行棉花距离只有43厘米。说明在壤土和重壤土类土壤上采用“一管四行”方式布置毛管是完全可行的，这样毛管间距可由原来90厘米，增加到120厘米左右，每亩毛管用量可减少1/3，可充分发挥滴灌系统的效益，有效降低滴灌设施投入。 3关于土壤湿润比 土壤湿润比是指在土壤计划湿润层内，湿润土体与总土体的比值。在田间由于滴头流量和滴水量及土壤质地的变化，其湿润比是有差异的，通过试验和计算分析，三种土壤膜下滴灌棉花花铃期平均土壤湿润比为63%.因此，在滴灌工程设计中，壤土类土壤上棉花花铃期膜下滴灌湿润比取60%一65%较适宜，重壤土取上限值，砂土和砂.壤土取下限值 4最大日耗水强度 根据多年实测资料，在石河子垦区不同土壤膜下滴灌棉花花铃期平均日耗水率为4.50一5.10毫米(表1)因此。在该地区棉花膜下滴灌工程设计中.棉花最大日耗水强度取1.50一5毫米/天较适宜。其它地区棉花最大日耗水强度，可采用当地实测值确定，没有实测资料可参考气候类似地区资料确定，也可用彭曼公式求得5计划湿润土层深度 膜下滴灌不仅湿润区域小，而且湿润深度也远比常规沟灌浅，属于浅层灌溉。根据大量土壤水分监测结果分析，在棉花膜下滴灌合理灌溉制度下，滴灌的土壤湿润深度基本在60厘米以内，而沟灌一般都在100厘米以下。从土壤水分消耗来看，膜下滴灌60厘米土层以内土壤含水量分布有波动(发生变化)，60厘米深度以下，土壤含水量几乎没发生变化(图11)，说明60厘米以下土层水分没有消耗。因此,膜下滴灌棉花最大计划湿润层深度不宜超过60厘米.一般取50-60厘米较适宜。 土壤适宜含水率上、下限 滴灌设计中所指的上壤适宜含水率上、下限是指满足棉花花铃期需水要求，土壤适宜含水率上、下限值一般用占田间持水率的百分数表示。对常规沟细灌土壤适宜含水率上、下限一般取田间持水率的100%和60%。膜下滴灌是一种控制灌概，可适时适量控制滴灌水量，调节水分含量。通过多年试验，土壤计划润湿层内土壤水分上限控制在80%一85%，下限
温室滴灌施肥系统设计与智能化控制系统研制
温室滴灌施肥系统设计与智能化控制系统研制摘要：针对我国设施农业的发展特点，开发研制了适合中国国情的温室滴灌施肥智能化控制系统，攻克了该项技术设备长期依靠进口的技术难题．本文详细介绍了系统总体设计、硬件选型、软件开发、系统的主要功能和特点．通过试验证明该系统pH、Ec调节品质好、性能稳定可靠，功能强大，操作简便，实用性强，可广泛应用于蔬菜、花卉等作物的灌溉施肥智能化控制，并已形成系列化产品，必将促进了我国设施农业的现代化发展． 关键词：设施农业；滴灌施肥系统设计：滴灌施肥；智能化；营养液； 前言： 设施农业是在人为可控环境保护设施下的农业生产。近十年来，我国设施农业得到迅猛发展，全国设施农业发展面积超过了100万公顷，主要型式以塑料大棚和节能日光温室为主，也引进了少量的大型智能温室。设施农业温室大棚主要以生产蔬菜、花卉、果树、食用菌等高附加值作物为主，经济效益较为显著。但我国设施农业的管理水平特别是灌溉施肥的控制管理水平相对较为落后，以色列、荷兰、法国、西班牙等国的设施农业灌溉施肥全部采用智能化精量控制，作物的长势均匀，产量、品质和经济效益明显高于我国。温室滴灌施肥智能化控制技术作为设施农业的关键技术，在农业发达国家得到广泛应用，我国近年来也引进了一部分温室灌溉施肥智能化控制设备，但由于造价昂贵，主要应用在少量的大型智能温室。采用滴灌施肥智能化控制技术，节水、节肥、省工、增效，是未来优质高效设施农业的发展趋势。为填补我国该项技术设备的空白，满足国内市场需求，天津市科委将“温室滴灌施肥智能化控制系统研制”课题列入重大科技攻关项目进行研究。通过三年攻关，开发研制了适合我国大型智能温室和普通温室大棚应用的的性能好、造价低、操作简便、具有自主知识产权的温室滴灌施肥智能化控制设备(FICS．1和FICS一2型两种)。该设备可替代进口产品，解决了该项技术长期依靠进口的技术难题，可广泛应用于温室大棚蔬菜、花卉、果树等作物的灌溉施肥智能化控制，具有较强的适用性和推广性。 1系统的功能 温室滴灌施肥智能化控制系统包括FICS．1型(用于现代温室)和FICS．2型(用于普通温室)两种类型，系统主要实现以下功能。 (1)人工干预灌溉施肥功能：根据用户设定的不同作物多个阀门的灌溉施肥参数，可实现一次性多个阀门的自动灌溉施肥控制： (2)定时定量灌溉施肥功能：根据用户设定的不同作物多个阀门的灌溉施肥参数，系统可实现一个月内多个阀门的自动灌溉施肥控制： (3)条件控制灌溉施肥功能：利用土壤水势传感器监测土壤的含水量，实现多个阀门的全自动
滴灌设计流程
滴灌设计流程 滴灌系统设计步骤 一、 简要了解农田滴灌供水系统的分布及运行情况，配图。 （一）农田滴灌供水系统的分布： 1．水源的选位一般在地块的高处并在地块的中间。 特点：a. 压力均衡，滴水均匀。 b. 节省主干管材料。 c.系统运行时节省电费。d. 根据地块实际需要也有例外。 2．排水井的位置在地势低处。 3．干、分干、支（含辅管）、毛管四级依次成正交。 4．尽量使分干管在主干管两侧布置。支管在分干管两侧布置并力求对称。 5．毛管 铺设走向与农作物方向一致，所以支管（含辅管）与作物种植方向垂直。分干管布设方向 与作物种植方向平行。 6．在平坡地形条件下，毛管与支（辅）管相互垂直，并在支（辅）管两侧对称布设。在均匀坡地地形条件下，毛管在在支（辅）管两侧对称布设并依据毛管水力物性，逆坡向短，顺坡向长。当逆坡向水力物性不佳时，则仅利用顺坡向铺设。 7．支管的实际铺设长 度决定着分干管的数，铺设长度长，分干管列数减少，对降 低管网成本造价起明显作用。 8．毛管的实际铺设长度决定着支管的列数，毛管长度长，支管间距大，支管的列数 就减少。对降低管网成本造价起一定作用。 9．管网系统中，干管，分干管采用PVC —U 管，应埋设在冻土层以下。 10．分干管布设尽量与道路，沟渠同向，以便运输，安装维护。 11．干管也应与道路，林带，电力线路平行布置，尽量少穿越障碍物，少转折。 （二）农田滴灌供水系统的一些数据及计算： 1．地面PE 管铺设长度（支管+辅管系统） ?90PE 支管≤240米?75PE 支管≤190米?63PE 支管≤120米 2．一膜单管及一膜双管的毛管间距。 3．毛管所需的流量：
滴灌典型设计书
滴灌系统设计示例 按照兵团水利局、兵团节水办“关于召开兵团节水灌溉规划设计研讨会的通知”的要求，根据农八师几年来在大田作物膜下滴灌技术上的实践和研究，此次滴灌系统典型设计综合农八师的具体情况做如下简要介绍： 一、基本资料 （一）地形 农八师垦区地处天山北麓中段，古尔班通古特沙漠南缘。全垦区土地面积7529平方公里。垦区地势由东南向西北倾斜。垦区地形由南向北依次为天山山区、山前丘陵区、山前倾斜平原、洪水冲积平原、风成沙漠区。 （二）土壤 农八师土壤缺氮面积大，全氮含量低于1%的面积占78%，碱解氮低于60ppm的面积占76%。土壤普遍缺磷，含量低于10ppm的面积占77.5%。土壤含钾丰富，约在100ppm 以上。 土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土质多系砾质土、沙质土、粘质土等。根据农八师土壤普查结果，本设计取占范围较广的砂壤土。 （三）作物 全垦区有效灌溉面积266万亩，其中以棉花为主。棉花种植面积占总播种面积的46.5%。本设计示例选棉花。种植模式采用：一膜两管四行--宽窄行30×60cm,滴灌带间距90cm；一膜一管四行--（25+30+25）×60cm，滴灌带间距140cm。 1、滴灌工程设计参数的确定 根据农八师目前棉花种植模式和多年实践，确定如下设计参数。 典型滴灌系统设计基本资料
（四）水源 垦区水资源来源主要为地表水（库水、河水）和地下水。目前垦区滴灌节水工程水源以井水为主,单井流量为80立方米/小时，动水位埋深在40米左右。 （五）气象 垦区平均海拔300-500米左右，呈典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热。年平均气温7.5℃-8.2℃，日照2318-2732小时，无霜期147-191天，年降雨量180-270毫米，年蒸发量1000-1500毫米。蒸发强烈，降水稀少，气候十分干燥，光照充足，热资源丰富。 （六）动力 原有机井泵大多为250QJ80-60/3或250QJ80-40/2，需更换水泵及变压器。但原有高压电线不需更换。 二、设计内容 按照农八师多数条田的规划布置方式，采用东西长800米，南北宽450米的条田进行规划设计。种植作物为棉花，种植模式采用宽窄行60×30cm与60×（25+30+25）cm，一膜两管四行与一膜一管四行，滴灌带间距0.9米与1.4m。作物东西方向种植。耕层土壤为砂壤土。 1.管道系统
自喷系统水力计算
自喷系统水力计算应注意的几个问题 蓝为平 摘要：对自动喷水灭火系统水力计算过程中最不利点喷头工作压力、管径等几个问题进行探讨，并提出一些建议，以便确定合理的计算结果。 关键词：自动喷水灭火系统水力计算工作压力 在自动喷水灭火系统工程设计中，设计人员对火灾危险级别选定、喷头布置、报警阀控制喷头数量等很重视，但往往忽视了水力计算，主要有以下几个问题：一是没有根据规范的流量公式计算，而是以旧规范的作用面积乘以喷水强度来估算系统设计流量；二是系统压力仅根据建筑高度加上估计的水头损失，而不是根据喷头进行逐点计算；三是认为最不利点喷头压力应为0.05MPa（规范要求的最小压力）；四是一味强调配水支管压力不能超过0.4MPa。但笔者在工作中发现，根据现行规范公式进行计算得出的压力、流量数值与经验估算或老规范计算方法均相差较大，最不利点喷头压力也不应简单定为0.05MPa，配水管压力并非不能超过0.4MPa。 现对自喷系统水力计算进行举例说明，因出现分歧的地方主要是作用面积内的计算结果，所以本文仅比较作用面积内的计算过程。首先按理论间距布置喷头，再根据计算结果对管径、喷头压力进行比较、调整，最后以实际工程进行核算，以期找出合理的管径、压力。根据不同建筑类型，自喷系统分为6个危险级别，民用建筑设计中经常遇到的有轻危险级、中危险级Ⅰ级、Ⅱ级。 现以中危险级Ⅱ级为例，其设计参数为：喷水强度8L/(min.m2)，计算作用面积160 m2，最不利点喷头工作压力不小于0.05MPa，正方形布置喷头间距不大于3.4m。先按标准间距布置喷头，且以规范建议的喷头数采用管径，喷头布置如下图（配水管两边喷头对称布置，实际作用面积为173m2）：
基于单片机的模拟智能灌溉控制系统
基于单片机的模拟智能灌溉控制系统 摘要 随着农业生产水平的不断发展以及全球水资源的日趋紧张，世界各国都在积极探索行之有效的节水途径和措施。智能灌溉控制系统就是为了解决水资源不足、提高灌溉效率而发展起来的。本文研究的单片机智能灌溉控制系统，是对土壤的温湿度进行实时监控，参考实际温度值设定适宜的湿度下限值，并按照设定的湿度值进行相应的灌溉。 该智能灌溉控制系统以STC89C52单片机为核心，主要由温湿度传感器DHT11模块、按键输入模块、显示模块、水泵模块等组成；软件选用C语言编程。该系统的功能是：根据土壤湿度传感器检测到的土壤湿度，若检测到的土壤湿度值低于系统所设定的最低湿度值，系统则自动启动系统，进行灌溉。通过对硬件实物的测试，系统能够比较成功的实现目标功能。 【关键词】单片机；传感器；LED显示；水泵；灌溉
Simulator smart irrigation control system based on single chip microcomputer Abstract As the level of agricultural production and the continuous development of global shortage of water resources,countries in the world are actively exp loring effective ways and measures for water conservation.Intelligent irrigati on control system in order to solve the problem of water resources,improve t he efficiency of irrigation and developed.This paper studies theintelligen t irrigation control system,temperature and humidity in the soil was monit ored in real time,refer to the actual temperature value setting and humidit y limit appropriate value,according to the set humidity value for the cor responding irrigation. The intelligent irrigation control system based on STC89C52single chi p microcomputer as the core,mainly by the temperature and humidity sensor DHT11module,key input module,display module,pump module;soft wareused C language programming.The function of this system is: accordin g to thesoil moisture,soil moisture sensor to detect soil humidity,if the detected valueis lower than the lowest humidity system setting,automati c starting system,irrigation.By physical testing,system can realize th e function o f relatively successful. 【Key words】Single-chip Microcomputer；Sensor；LED Display；Water Pump； Lrrigation
滴灌工程设计流程及相关设计内容
滴灌工程设计流程及相关设计内容（参考） 一、基本资料 1、地块情况 地块地理位置、地形、地势、面积等。 2、气象条件 气象状况、多年平均蒸发量、多年平均降雨量、作物生育期气象条件等。 3、土壤状况 土壤类型、土壤容重、田间持水量等。 4、作物与栽培模式 作物名称、作物生长期、栽培模式等。 5、水源条件 水源类型、出水量、水质状况等。 6、能源（电力）情况 7、经营管理方式 二、工程布置及设计参数 1、工程布局 水源工程（新建、改造）、首部枢纽（首部枢纽构成）、输配水管网（管道组成、结构模式、铺设方式及主要规格性能参数）、灌水器（灌水器选型及主要性能参数）。 2、设计参数 水量平衡计算（核算水源出水量是否满足工程覆盖面积灌溉用水要求）、小区允许偏差率、土壤湿润比、设计灌水定额、设计灌水周期等。 3、设计灌溉制度 三、灌水小区水力设计 1、灌水小区允许水头偏差及其在毛管和辅管上的分配 灌水小区允许水头偏差计算、灌水小区允许水头偏差的分配。 2、毛管极限孔数和极限长度确定 毛管极限孔数计算、毛管极限长度计算、毛管适宜铺设长度确定。 3、辅管极限孔数和极限长度确定 辅管极限孔数计算、辅管极限长度计算。 四、系统管网布置及工作制度设计 1、管网布置 干管（主干管、分干管）、支管、辅管、毛管的布置。 2、系统工作制度设计 设计参数核定、轮灌组划分、轮管制度。 3、各级管道设计流量的推算 五、系统管网水力计算及干、支管管径的确定 1、毛管和辅管水力计算 毛管水头损失计算、毛管进口工作压力计算、辅管沿程水头损失计算、辅管进口工作压力水头计算。 2、支管水头损失计算 3、干管管径的确定和水头损失计算 干管管径的计算、干管水头损失的计算。
滴灌工程设计示例
6.4滴灌工程设计示例 6.4.1基本情况 某基地种植葡萄面积118亩，过去采用大水漫灌方式进行灌溉，灌水定额大，水肥损失严重，为此拟采用先进的滴灌灌水方法。 该地块地势平坦，地形规整，葡萄南北向种植，株距0.8m 、行距2m 。地面以下1m 土层为壤土，土壤干容重14kN/m 3，田间持水率24%。 地块西边距离地边50m 处有水井一眼（具体见平面布置图），机井涌水量为32m 3/h ，静水位埋深60m ，动水位80m ，井口高程与地面齐平。机井水质据周边村庄引水工程检验结果分析，水质满足《农田灌溉水质标准》，但含砂量稍高，整体看来，可作为滴灌工程水源。 380V 三相电源已经引至水源处。 6.4.2滴灌系统参数的确定 （1）灌溉保证率不低于85% （2）灌溉水利用系数95% （3）设计土壤湿润比 不小于40%。 （4）设计作物耗水强度Ea=5.0mm/d （5）设计灌溉均匀度 不低于80% （6）设计湿润层深0.6m 6.4.3选择灌水器，确定毛管布置方式 1．选择灌水器 根据工程使用材料情况比较，本工程采用以色列某公司生产的压力补偿式滴灌管，产品性能如下：滴灌毛管外径16mm ，滴灌毛管进口压力0.1MPa ，滴头间距0.5m ，滴头流量q=2.75L/h ，水平最大铺设长度90m 。 2．确定毛管布置方式 因葡萄种植方向为南北向，并且成行成列，非常规整，因此，毛管布置采用每行葡萄铺设一条滴灌管，根据地块实际长度和产品的最大水平铺设长度确定毛管的长度为80m ，毛管直接铺设在葡萄根部附近。 3．计算湿润比 根据公式： 式中： ——每棵作物滴头数，个； ——滴头沿毛管上的间距，m ； ωβU C % 100/?=）（R P e P S S W S N ωρP N e S
滴灌系统设计(以茶叶为例)
茶叶滴灌系统设计 系统简介： 本设计灌区茶叶种植面积为500亩。首先确定滴灌系统的各个设计参数，继而选用某公司一次成型薄壁滴灌带，内径16mm，壁厚0.31mm。通过计算滴灌的灌水定额、灌水周期、一次灌水延续时间来确定滴灌的灌溉制度；通过水量平衡计算，确定当地水源是否够用。根据设计参数把整个灌区划分为4个轮灌组，进行管网系统的布置，推算各级管道的流量，进行管网水力计算，确定各级管道的直径、长度，并选择水泵型号为D185-67×9。最后设计首部枢纽，进行材料统计和概预算。 第一章基本资料 一、项目概况 项目位于某某市某某县，属贫困地区。项目区位于某某县府城镇的某某村南茶北移示范区，规划滴灌茶叶滴灌面积500亩。 本项目将引进先进的农业生物技术，与小型灌溉工程相结合，建设生态型灌溉工程。从生产技术手段和使用方式两方面对当地的农业生产进行改进，主要建设内容是小型农田生态灌溉工程的建设。 二、地形地质概况 某某省某某市地处中国中部的黄土高原，是中国水土流失较严重的地区，生态环境脆弱，植被土壤中有益微生物缺失，沙土化严重。
某某县位于某某市东北方向，面积1965hm2，东部由北向南与晋东南的沁源、屯留、长子和沁水接壤，西邻古县和浮山。境内山岭起伏，沟壑纵横，地形复杂。整个地势北高南低，东部山峰有安太山、盘秀山等，海拔在1400m以上，西部有大东沟梁、牛头山等，海拔在千米以上。省内第二大河、唯一的一条无污染河流沁河纵贯境内95km。南部沁河谷地，地势较低，有小块平川，海拔在800m左右。 三、作物种植 1、作物名称：茶叶。 2、间距：株距0.4m，行距0.4m，畦距1m。 3、灌溉方式：滴灌。 4、滴灌设计补充强度为4mm/d。 5、茶叶滴灌面积500亩，种植株距0.4m，两行为一畦，行距0.4m，畦与畦距离1m，3畦建一个大棚，棚与棚间距1m，大棚选用简易竹木材料，单棚尺寸为长0.25-0.3m，宽5m，占地0.22亩。选取距离高位蓄水池最远的大棚作为典型地块，此地高程900m。 四、气象资料 某某县位于典型的黄土高原残垣沟壑区，区内生态环境脆弱，年度降雨和年内分配极不均匀，十年九旱，当地农业抵御自然灾害的能力较低。 示范区茶园位于沁河东的谷地，地形东高西低。区内气候温
滴灌智能控制系统_智能滴灌系统_滴灌控制系统方案
滴灌智能控制系统_智能滴灌系统_滴灌控制系统方案 滴灌智能控制系统_智能滴灌系统_滴灌控制系统方案 ?滴灌智能控制系统又叫智能滴灌系统，滴灌控制系统，是为了实现农业灌溉节水、节肥、省力、高效的效果，而研发出的这一种自动化灌溉解决方案。滴灌控制系统是将灌溉节水技术、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，同时集电子信息技术、远程测控网络技术、计算机控制技术及信息采集处理技术于一体，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，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现实的应用技术水平。 ?滴灌智能控制系统实用性强，灌溉定时定量，适用范围广，功能强大，操作简单，可广泛应用于粮食、蔬菜、花卉、果树、大棚等灌溉管理。 ?一、系统组成浙江托普物联网研制的滴灌智能控制系统由首部枢纽、管路和滴头组成。1．首部枢纽：包括水泵(及动力机)、施肥罐、过滤器、控制与测量仪表等。其作用是抽水、施肥、过滤，以一定的压力将一定数量的水送入干管。2．管路：包括干管、支管、毛管以及必要的调节设备(如压力表、闸阀、流量调节器等)。其作用是将加压水均匀地输送到滴头。3．滴头：其作用是使水流经过微小的孔道，形成能量损失，减小其压力，使它以点滴的方式滴入土壤中。滴头通常放在土壤表面，亦可以浅埋保护。 ?二、系统功能浙江托普物联网滴灌智能控制系统包括现代温室和普通温室两种类型,系统主要实现以下功能。(1)人工干预灌溉功能:根据用户设定的不同作物多个阀门的灌溉参数,可实现一次性多个阀门的自动灌溉控制。(2)定时定量灌
果园滴灌工程规划设计说明
果园滴灌工程规划设 引言 联合国环境与发展大会通过的《21世纪议程》强调：“水是一种有限的资源,不仅为维持地球上的一切生命所必需,而且对一切社会经济部门都具有生死攸关的重要意义”。随着世界性水资源、能源的日趋紧张,采用节水、节能的灌水方法已成为全世界灌溉技术发展的总趋势,推广节水灌溉也已成为世界各国为缓解水资源危机和实现农业现代化的必然选择。 摘要 水资源不足是制约我国经济、社会、生态可持续发张的主要因素，随着我国经济的持续稳定发张和自动化的加快，我国经济社会发展和生态建设所面临的供水危机将越来越严重，特别是遍原山区，农田果园、灌溉的建设供水问题，将会面临严峻的挑战。解决这些问题和迎接挑战迫切需，要偏远山区，农田，果园灌溉的建设供水理论和技术的创新。因此某果园灌溉提出以高效节水滴灌技术与当地水管理技术相结合，设计为滴灌灌溉。根据农田，果园灌水量，灌水周期，喷头布置形式以及滴灌制度等，确定了滴灌管道的水力计算设计，实现和达到农田，果园灌溉建设自动化节水灌溉的目的，并形成了良好的合理科学，才能真正实现和节水灌溉的目的。 为了解决水资源危机的问题，要从开源与节流两方面入手，一方面抓紧跨流域调水的规划设计工程，从根本上改变水资源紧缺的局面；而
另一方面要在节流上下功夫，且我国各级渠道的输配水和田间灌水过程中渗漏损失掉了，其数量惊人，从而导致农业减产，并恶化灌区生态环境。长期以来，我国自然资源，特别是农业水资源无偿使用，以造成水资源严重浪费。由于灌溉技术和管理水平落后，灌溉设施老化失修，为加快推进节水农业，农业持续发展为基础。节水灌溉技术的实施，对实现我国水资源可持续利用，保障我国经济社会可持续发展，具有十分重要的意义。 一．基本资料 项目区位西北地区某一果园，为了增产增效，节约灌溉用水，拟改变原来大水漫灌的灌水方式，采用先进的滴灌技术进行灌溉， 灌区面积约为194亩，（194×667平方米）地形平坦，土质为壤土，土层厚度为1、5米，1、0米土层平均干容重1、4cm g/3田间持水率（占土体干土中）为25%，盛掕期苹果树，株距，行距为3×3米，种植方向为东西，经田间试验该地苹果树最大耗水量为5mm/d该地区多年平均降雨量250mm，多年平均蒸发量1500mm果园南边有一水井，出水量为50h m/3动水位为20米。 （一）、地形地貌 某西北地区某一苹果园，南北宽100米，东西长324米，灌区面积约为194亩，约为（194×667平方米），果园内地势平坦。（二）．气象条件 某西北地区属温带半干旱地区气候，温差大，夏季炎热，冬季干燥而寒冷且冬季较长，年降水少，该地区多年平均降雨量为250mm，大致
自动化灌溉设计方案
目录 自动化灌溉与信息化管理系统方案 (2) 1、现场智能感知平台： (4) 1.1、井房首部设备智能监控系统 (5) 1.2、田间无线灌溉控制系统 (7) 1.3．无线土壤墒情监测系统 (10) 1.4．综合智能气象监测系统 (11) 2、无线网络传输平台 (14) 3、数据管理平台 (15) 4、应用平台（监控中心及移动管理控制端） (17) 5、主要技术参数 (20)
自动化灌溉与信息化管理系统方案 自动化灌溉与信息化管理系统是针对农业大田种植分布广、监测点多、布线和供电困难等特点，融合最新的物联网和云计算技术，采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站，远程在线采集土壤墒情、气象信息，实现墒情自动预报、灌溉用水量智能决策、远程/自动控制灌溉等功能。 该系统根据不同地域的土壤类型、灌溉水源、灌溉方式、种植作物等划分不同类型区，在不同类型区内选择代表性的地块，建设具有土壤含水量，地下水位，降雨量等信息自动采集、传输功能的监测点；通过灌溉预报软件结合信息实时监测系统，获得作物最佳灌溉时间、灌溉水量及需采取的节水措施为主要内容的灌溉预报结果，定期向群众发布，科学指导农民实时实量灌溉，达到节水目的。 系统组成： 大田灌溉自动化与信息化管理系统分为现场智能感知平台、无线网络传输平台、云数据管理平台、应用平台（监控中心及移动管理控制端）四个层次，其中，田间脉冲电磁阀、无线阀门控制器、远程水泵智能控制器、云服务器、主控制中心和村级（企业）控制中心、移动控制终端等组成灌溉无线控制系统，能够实现现地无线遥控、远程随时随地监控、轮灌组定时自动轮灌等控制方式，并且实时监测机井和阀门状态，灌溉流量和管网压力，保障运行安全，及时提示报警信息。在此基础上，扩充田间土壤墒情监测、农田气象监测、作物和泵
滴灌典型设计实例(水科院)-葛岩
滴灌工程设计培训讲义 辽宁省水利水电科学研究院 2013年1月
1 滴灌概述 滴灌是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器将有压水和养分均匀地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式。 1.1滴灌主要技术特点 （1）省水：滴灌是一种可控制的局部灌溉。滴灌系统又采用管道输水，灌水均匀，减少了渗漏和蒸发损失。在作物生长期内，比地面灌省水40％～60％。 （2）省肥：肥料可做到适时、适量随水滴灌到作物根系部位，易被作物根系吸收，且肥料无挥发、无淋失，提高肥料利用率30%以上。 （3）省农药：水在管道中封闭输送，避免了水对病虫害的传播。另外，地表无积水，田间地面湿度小，不利于滋生病菌和虫害。因而除草剂、杀虫剂用量明显减少，可省农药10%～20%。 （4）省地：由于田间全部采用管道输水，地面无常规灌溉时需要的农渠、中心渠、毛渠及埂子，可节省土地5%～7%。 （5）省工和节能：地面灌时，打毛渠、挖土堵口，劳动强度大。采用滴灌后，只观测仪表、操作阀门，劳动强度轻，田间人工作业（包括浇水、锄草、施肥、修渠、平埂、病害治理等）和中耕机械作业等大大减少，人工管理定额大幅度提高。 （6）局部压盐碱：滴灌向土壤中不断补充净水，农膜阻止了土壤中水分的蒸发，将土壤中部分水分提升到地表所形成的湿润区内，有一个脱盐区，（利于幼苗成活及作物生长）和集盐区。 （7）有较强的抗灾能力：作物从出苗起，得到适时、适量的水和养分供给，生长健壮，抵抗力强。同时能够及时调节小气候，具有一定抗御干旱和干热风的能力。 （8）增产：由于科学调控水肥，水肥耦合效应好，土壤疏松，通透性好，充分利用水、肥、土、光、热、气资源，使作物生长条件优越，作物普遍增产15%～50%。各种作物均进行缩行增株，提高种植密度。以玉米为例：采用常规灌，播种密度4000-4500 株/亩，采用滴灌，播种密度5000-6000 株/亩。 （9）品质、质量提高：滴灌营造了良好的生长和环境条件，因而，不但产量高，
滴灌系统设计
滴灌系统设计
3.2滴灌系统 3.2.1项目基本资料调查 灌区面积（(hm2）、作物、土壤（类型、容重、土层厚度）、作物种植间距（大棚长、宽，垄宽、株距、行距、垄间沟宽、深等）、水源（m3、m3/s、m3s-1/万亩）、降雨、气温、蒸发、风向风速、日照、动力等 3.2.2初定设计参数 1、系统需流量Qs(m3/h) 作物耗水强度E a（mm/d）：参考表-2 设计供水强度Ia(mm/d)=E a-P0-S；P0有效降雨强度、S地下水补给量。 也可参考下表-12选定I a。 表-12 设计耗水强度参考值（mm/d） 作物滴灌微喷灌作物滴灌微喷灌葡萄、树、瓜类3～7 4～8 蔬菜（露 4～7 5～8 地） 粮、棉、油等植物4～7 ——冷季型草——5～8 蔬菜（保护地）2～4 ——暖季型草——3～5 注：干旱地区宜取上限值，对于在灌溉季节敞开棚膜的保护地，应按露地选取设计耗水强度 灌溉面积A(hm2)：图上量取 日供水小时数t d(h/d)：12～22 灌溉水利用系数η：不低于0.9 3.2.3初定系统毛管
依据作物种植株距、行距初定系统毛管型号。如： 3.2.4土壤湿润比P 1）沿毛管灌水器间距较小 参数： 一棵作物所占有的灌水器数目n（个） 滴头间距S e(m)：毛管参数 湿润带宽度S w（m）：依据表-13湿润比范围反推，再根据设计量取选定。 作物平均行距S r（m）：毛管间距/毛管间作物行数 作物株距S t（m）：设计取值 一棵作物所占有的灌水器数目n（个）：该组的灌水器数目/ 一组作物的棵数。 P=n×S e×S w/（S r×S t） 2）沿毛管灌水器间距较大 参数： 滴头间距S e(m)：毛管参数 毛管间距S L(m)：毛管参数 湿润带直径D w（m）：依据表-13湿润比范围反推，再根据设计量取选定。 P=0.785×D w2/（S L S e）×100%
滴灌工程施工工程施工设计方案
滴灌系统一般由水源、首部枢纽；输水管道和滴头组成。 滴灌系统简图(3张) (1)水源：各种符合农田灌溉水质要求的水源，只要含沙量较小及杂质较少，均可用于滴灌，含沙量较大时，则应采用沉淀等方法处理。 (2)首部控制枢纽：首部控制枢纽一般包括水泵、动力机、过滤器、化肥罐、调节装置等。化肥罐用于灌水施肥施药，常用的化肥罐有压差式、开敞式、文丘里注入式和注射泵等四种形式，肥料罐一般安装在过滤器之前，以防造成堵塞。 施工组织设计 1、施工组织程序、施工工艺、工期、人力机械等依据当地 具体情况进行合理分工，合理布置的整体原则。 2、施工技术措施总原则 1、确保工期的原则 所有施工技术措施的制定均以各单位工程、分部工程的合同控制工期和合同总工期为基础，科学合理安排施工程序，抓好项目接口的工序衔接，采用先进合理、成龙配套的机构化施工技术方案，确保工期目标的实现。 2、安全第一原则 认真贯彻“安全第一、预防为主”的安全工作方针，施工方案均按照技术可靠、确保安全的原则制定，对管道开挖、基地人工平整、管顶上部回填、机械回填、蓄水池等重点安全施工项目均采取切实、有效的技术方案及措施，并严格实
施，在确保安全的前提下方可进行各项工作的施工，确保安全目标的实现。 3、技术优良的原则 严格按照技术规范的设计施工图施工，始终贯彻我公司“科学管理、精益求精、信守合同、追求更好”的质量方针和按照ISO9002质量保证体系组织施工，所采用的施工技术措施均要符合现行施工规程、规范和技术标准的要求，确保质量目标的实现。 4、高效施工的原则 积极采用先进的施工技术，提高机械化施工水平，组织平行流水作业，平行交叉作业，择优选用最佳施工方案、加快施工进度，努力提高技术经济效益。 5、布置经济合理的原则 施工总布置设计充分利用当地自然条件及已有的设施，因地制宜，在满足施工要求的条件下，节约用地合理布局。 6、以“均衡生产、文明施工、科学管理”为宗旨指导工作建设，制定措施要根据当地实际情况，贯彻执行各顶劳动保护和安全文明施工、环境保护法律、法规和规程，发送劳动条件，保障作业人员的健康和安全，确保环保及文明施工目标。 7、科学配置的原则 统筹兼顾，合理计划、安排，科学组织，做好人力、物
滴灌典型设计
滴灌典型设计 1、工程概况 一二二团场位于准噶尔盆地南缘，东经85°27′～85°41′，北纬44°37′～44°48′。海拔350～370m，地势由东向西北倾斜，南北坡降一般在 1.5‰，东西坡降一般在1‰。境内有两条南北走向的自然沟（古河床），是该地区土壤形成、地下水蕴藏和自然植被滋生的摇篮，并造成土壤、水源等农业资源的一定的差异。2002年122团计划实施滴灌面积20000亩，分布在全团九个连队，其中1连1800亩，23连200亩，5连4000亩，18连600亩，12连3600亩，2连4500亩，4连2400亩，3连2400亩，17连1000亩。详细分布情况见附图。 1.1土地利用情况 亩，六十年代初期最大播种到18万亩，现耕地为14.9万亩。近几年因水限制，不断压缩面积，每年播种面积10～11万亩。荒地（含撩荒三年以上）5.8万亩。 1.2土壤概况 土壤质地以壤质为主。在24.4万亩可耕地中，中壤占总面积的22.7%；轻壤占总面积的20.6%；砂壤占总面积的18.3%；重壤占总面积的3.3%。土壤盐渍化面积占总面积的20.8%，其中耕地中盐渍化面积占耕 地面积的18.4%。 1.3水源 122团水源主要为水库水和地下水。此次滴灌节水工程水源为水库水。 2、基本资料
典型设计选择12连61、62号地，控制面积1109亩，土壤类型为壤土，种植作物为棉花，种植模式采用：一膜一管四行--（10+66+10）×66cm ，滴灌带间距152cm ，为机采棉。由于122团所选地块均为标准条田，规划面积600亩。参照团场意见两块地一个系统，实播面积不大于1200亩。典型设计选择地块具有典型性，可以代表其它地块。 2.1滴灌工程设计参数的确定 2.1.1设计耗水强度（Ea ） 设计耗水强度采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值，并由当地试验资料确定。由于122团无实测资料，所以设计耗水强度采用经验值。粮、棉、油等大田作物经验值为4～6mm/d ，考虑往年滴灌系统设计经验选取值及运行情况和节水目的，取经验值下限Ea=4 mm/d 。 2.1.2土壤设计湿润比（P ） 滴灌的土壤设计湿润比，是指被湿润土体占计划湿润层总土体的百分比。粮、棉、油等大田作物经验值为60%～90%，根据作物的需要、工程的重要性及当地自然条件等，取经验值P=65%。 2.1.3土壤湿润层深度（Z ） 粮、棉、油等大田作物经验值为0.3～0.6m ，设计取值Z=0.5m 。 2.1.4适宜的土壤含水率上下限及土壤容重 设计地块属中壤土，其容重在1.40～1.55g/cm 3,土壤容重取平均值γ=1.48g/cm 3。适宜的土壤含水率上限在22%～28%之间，设计取θmax =22%。适宜的土壤含水率下限取θmin =15%。 2.1.5滴灌水利用系数（η） 滴灌水利用系数一般采用0.9～0.95，设计采用η=0.90。 2.1.6设计灌水定额（m ） 设计灌水定额:可根据以上试验资料按下式计算确定。 m=0.1×γ×z ×P ×(θmax -θmin )/η m=0.1×1.48×0.45×60×7/0.95=37.41(mm) 设计取m=37.5mm 。 设计参数见表2.1 表2.1典型滴灌系统设计参数 3 、设计内容 3.1 系统水量平衡计算 122团河水滴灌水源供水流量稳定且无调蓄作用，用下式确定滴灌面积： A=(η×Q ×t)/10×I a I a =E a -P 0 式中：A —可灌面积，hm 2；
智能控制农业自动化灌溉系统解决方案
基于智能控制的农业自动化灌溉系统解决方案前言 我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁的国家。虽然水资源的总量居世界第6 位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有 2500 立方米，约为世界人均水量的 1/4，在世界排 110 位，已被联合国列为 13 个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为 900 立方米，低于国际公认的 1000 立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。我国农业用水量约占总用水量的 80% 左右，由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为 45 % ，而水资源利用率高的国家已达 70% 一 80% ，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。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，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。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。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，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。 1、自动化控制灌溉系统的工作原理 托普物联网指出所谓的自动化控制灌溉即利用田间布设的相关设备采集或监测土壤信息、田间信息和作物生长信息，并将监测数据传到首部控制中心，在相应系统软件分析决策下，对终端发出相应灌溉管理指令。 托普物联网研制的农业灌溉自动化控制系统的工作原理为:通过土壤、气象、作物等类传感器及监测设备将土壤、作物、气象状况等监测数据通过墒情信息采集站，传到计算机中央控制系统，中央控制系统中的各类软件将汇集的数值进行
自动化智能滴灌系统设计方案
自动化智能滴灌控制系统设计方案
陕西颐信网络科技有限责任公司 西安天汇远通水利信息技术有限责任公司
目录 一. 系统概述............................................................................................................ - 4 - 二. 系统组成............................................................................................................ - 5 - 三. 通信网络............................................................................................................ - 6 - 四. 功能设计............................................................................................................ - 8 - 4.1. 监测中心级设计 ...................................................................................... - 8 - 4.2. 首部控制级设计 ...................................................................................... - 8 - 4.3.1. 设计原则 ....................................................................................... - 9 - 4.3.2. 主要功能 ....................................................................................... - 9 - 4.3.3. 硬件设计 ..................................................................................... - 10 - 4.3.4. 软件设计 ..................................................................................... - 12 - 4.3. 田间控制级设计 .................................................................................... - 15 - 4.3.1. 田间控制器主要功能 ................................................................. - 16 - 4.3.2. 田间控制器性能指标 ................................................................. - 16 - 4.3.3. 田间路由器节点主要功能 ......................................................... - 17 -