节水灌溉计算机监控系统研究
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究【摘要】自动节水灌溉控制系统是一种集节水、智能、自动化于一体的灌溉技术，能够提高农田用水效率，减少水资源浪费。
本文首先介绍了自动节水灌溉技术的背景和意义，然后详细阐述了自动节水灌溉控制系统的设计原理和实现方法，同时分析了其应用场景和优势。
结论部分展望了自动节水灌溉控制系统的未来发展，并对研究成果进行了总结和展望。
该系统的研究对于提高农田灌溉效率、促进农业可持续发展具有重要意义，有望在未来得到更广泛的应用和推广。
【关键词】自动节水灌溉控制系统、研究背景、研究意义、自动节水灌溉技术、系统设计、实现方法、应用场景、优势、未来发展、结论总结、研究展望1. 引言1.1 研究背景自动节水灌溉控制系统是近年来十分热门的研究领域，其倡导了科技与农业的结合，旨在解决传统农业灌溉中存在的浪费水资源、劳动力浪费等问题。
随着全球气候变化加剧和水资源短缺问题日益突出，越来越多的农业生产者开始关注自动节水灌溉技术，并希望能够通过引入这一技术来提高农业生产效率。
自动节水灌溉控制系统的出现，为农业生产者提供了更为智能、高效的农业灌溉解决方案。
通过引入传感器、控制器等先进设备，系统可以实时监测土壤湿度、气象条件等因素，精准调控灌溉量，并实现智能化的灌溉管理。
而传统的人工灌溉方式存在着依赖人工判断、浪费资源、低效率等问题，与自动节水灌溉技术相比显得格外滞后。
研究自动节水灌溉控制系统的相关领域至关重要。
通过不断优化和完善系统设计，提升系统的稳定性和智能化水平，可以为农业生产者提供更加可靠、高效的灌溉解决方案，促进农业生产的可持续发展。
1.2 研究意义自动节水灌溉控制系统在现代农业生产中具有重要的意义。
它能够帮助农民减少灌溉水量的浪费，提高灌溉系统的利用率。
这对于一些干旱地区或者水资源匮乏的地区，可以有效地节约水资源，保护生态环境，提高农业生产效率。
自动节水灌溉控制系统还可以提高农作物的产量和质量，通过科学合理的灌溉方式，给植物提供适当的水分，可以有效地促进植物生长，减少病虫害的发生。
智能化设施农业节水灌溉控制系统
04
深入研究智能化设施农业节水灌溉控制系统在不同地 区、不同作物、不同气候条件下的适应性，为该系统 的广泛应用提供科学依据。
THANKS
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果园应用案例中，智能化设施农业节水灌溉控制系统能够提高果园的产量和品质，同时减少 水资源的浪费和化肥农药的使用量，降低果园的生产成本。
果园应用场景中，智能化设施农业节水灌溉控制系统还可以实现自动化修剪、采摘等功能， 提高果园的管理效率。
应用场景三：农田灌溉
01
农田灌溉是智能化设施农业节水灌溉 控制系统的又一重要应用场景。在农 田灌溉中，智能化设施农业节水灌溉 控制系统可以通过安装土壤湿度传感 器和气象站等设备，实时监测土壤湿 度和气象状况，根据作物生长规律和 土壤状况，自动调节灌溉水量和时间 。
通过实时监测土壤湿度、气象条件等参数，实现精准控制 灌溉水量和时间，有效减少浪费和损失。
标准化和模块化
为了方便系统的集成和升级，未来的灌溉控制系统将更加 标准化和模块化，提高系统的互操作性和可维护性。
面临的挑战
技术瓶颈
目前智能化设施农业节水灌溉控制系 统的技术还不够成熟，需要进一步研 究和探索。
成本问题
智能化设施农业节水灌溉控 制系统
汇报人： 2023-12-28
目录
• 引言 • 智能化设施农业节水灌溉控制
系统概述 • 智能化设施农业节水灌溉控制
系统关键技术
目录
• 智能化设施农业节水灌溉控制 系统应用案例
• 智能化设施农业节水灌溉控制 系统发展趋势与挑战
• 结论
01
引言
背景介绍
01
农业用水需求量大
基于模糊逻辑理论，结合 专家知识和实时数据，进 行智能决策。
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究自动节水灌溉控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器实现智能灌溉的技术手段，在现代农业生产中得到广泛应用。
它可以通过对土壤、植物、气象等因素进行实时监测，合理分配水资源，达到节水增产的目的。
本文将就自动节水灌溉控制系统的研究现状、关键技术等方面进行探讨。
一、自动节水灌溉控制系统的研究现状随着信息技术、控制技术及传感器技术的不断发展，自动节水灌溉控制系统得以快速发展。
国内外学者们已经对该系统进行了大量的研究，提出了许多创新性的思路和方法。
国外研究人员通过对传感器、控制器等元器件的优化设计，实现了高精度、高稳定性以及低能耗的自动节水灌溉控制系统。
例如，加拿大的Alam等人通过控制灌溉时机和时长，降低了喷灌系统的水耗量，相应地提高了蔬菜的产量。
美国的Rungruang等人则通过采用自学习算法，精准预测目标植物的生长状况和环境变化，进而调节灌溉和肥料施用。
这些研究成果不仅推动了农业生产水平的提高，也为其他领域的智能控制系统开发提供了经验借鉴。
国内研究人员也开展了相关工作，但相对于国外还有进一步的提升空间。
近年来，国内许多地区频繁发生干旱和水资源短缺问题，自动节水灌溉控制系统的研究也日益受到重视。
例如，吉林省农业科学院通过对土壤物理学、生态学等方面的深入研究，开发出自适应灌溉控制系统。
该系统可以根据不同灌溉区域的需求，通过模糊控制、神经网络和遗传算法等技术，实现精准灌溉，有效避免了水资源的浪费和土壤的盐碱化。
总之，自动节水灌溉控制系统已经应用于实际的农业生产中，不断地得到完善和优化。
二、自动节水灌溉控制系统的关键技术实现自动节水灌溉控制系统，需要涉及到多个技术领域。
以下就系统的关键技术进行分析：（一）传感器技术传感器是自动节水灌溉控制系统的核心元器件之一，它可以对土壤水分、温度、湿度等参数进行实时监测，进而判断植物的生长状态和灌溉需求。
目前，常见的土壤水分传感器主要有电容式土壤湿度传感器、阻抗式土壤水分传感器和自行校正土壤水分传感器等。
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究1. 引言1.1 研究背景自动节水灌溉控制系统是一种结合传感器技术和智能控制算法的先进灌溉系统，旨在提高灌溉效率、节约水资源、减少能源消耗，并且可以实现远程监控和自动控制。
随着全球气候变化和人口增长，水资源短缺已经成为一个严重的问题。
传统的灌溉方式存在着浪费水资源、能源消耗大、人工管理繁琐等问题，因此急需开发智能化的节水灌溉系统来解决这些问题。
自动节水灌溉控制系统将传感器技术应用于土壤湿度、气温、光照等环境参数的检测，通过实时采集数据并结合智能控制算法进行决策，实现对灌溉系统的智能化管理。
该系统不仅可以根据植物的需水量调整灌溉水量，还可以根据环境变化实时调整灌溉策略，提高灌溉效率，节约水资源。
研究自动节水灌溉控制系统具有重要的理论和实践意义。
通过对系统的概述、传感器技术的应用、智能控制算法的设计与实现、系统的性能评估以及系统的优势和应用前景进行研究，可以为解决当前水资源短缺问题提供有效的技术支持，并促进灌溉技术的创新与发展。
1.2 研究目的研究目的是为了解决传统农业灌溉方式存在的浪费水资源、能耗高、管理不便等问题，提高农作物的产量和质量。
通过研究自动节水灌溉控制系统，可以实现对农田灌溉过程的自动化监测和控制，根据土壤湿度和作物水需求实时调整灌溉量，从而达到节约水资源、降低灌溉成本、提高农田产量的目的。
借助传感器技术和智能控制算法，可以实现数据的精准采集和灌溉的智能化调控，提高灌溉效率，减少人工操作的误差，降低人力成本。
通过研究自动节水灌溉控制系统，可以为农业生产提供更为科学、高效、节约的灌溉方案，促进农业现代化发展，实现农业可持续发展的目标。
2. 正文2.1 自动节水灌溉系统概述自动节水灌溉系统是一种应用于农业生产中的先进技术，通过传感器技术和智能控制算法实现对灌溉水量的精准控制，从而达到节水、提高作物产量的目的。
自动节水灌溉系统通常包括水源、水泵、管道、灌溉器、传感器和控制器等组成部分。
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究随着农业技术的不断发展，农田水利设施也得到了很大的改善和提升。
在传统的农田灌溉方式中，常常存在着水资源浪费的问题，但是随着自动节水灌溉控制系统的应用，这一问题得到了有效的解决。
自动节水灌溉控制系统通过先进的技术手段和智能化的控制方法，可以精确地控制农田的灌溉水量和灌溉时机，从而实现节水的目的。
本文将对自动节水灌溉控制系统进行研究，探讨其在农田灌溉中的应用前景以及技术特点。
一、自动节水灌溉控制系统的工作原理自动节水灌溉控制系统主要由传感器、执行器、控制器、通信设备等组成。
传感器可以实时感知土壤的湿度、温度等参数，控制器根据传感器采集的数据分析决策，通过执行器对水源进行自动控制。
通信设备可以将数据传输到远程监控平台，实现远程监控和管理。
系统的工作原理是在传感器采集到的土壤湿度达到一定的阈值时，控制器会发出指令，执行器会开启或关闭水源，实现对农田的精准灌溉。
二、自动节水灌溉控制系统的应用前景自动节水灌溉控制系统的应用前景非常广阔。
它可以有效节约水资源，减少浪费，实现农田灌溉的智能化和精准化。
它可以提高农田的灌溉效率，减少人工操作，降低人工成本。
自动节水灌溉控制系统还可以实现远程监控，方便农民和相关管理人员对农田灌溉情况进行实时监测和调整。
自动节水灌溉控制系统有着广阔的市场前景和应用前景。
四、自动节水灌溉控制系统的研究现状目前，国内外对自动节水灌溉控制系统的研究非常活跃。
一方面，国内外科研机构和高校对该系统的关键技术进行了深入研究，不断推出新的理论和方法。
一些企业也开始投入资金和精力，开展相关产品的研发和推广，不断提升系统的性能和使用效果。
自动节水灌溉控制系统的研究现状处于不断发展和进步的阶段，相关技术和产品的研发水平不断提高。
五、自动节水灌溉控制系统的未来展望在未来，自动节水灌溉控制系统将在农田灌溉领域发挥更加重要的作用。
随着智能化和信息化技术的不断发展，自动节水灌溉控制系统将不断提升其性能和功能，实现更加智能化和精准化的灌溉。
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究随着我国城乡经济的迅猛发展，人们对农业和园林绿地的水资源需求也在不断增加。
由于水资源的日益稀缺和环境保护意识的提高，人们对于如何更加科学合理地利用水资源的需求也越来越迫切。
自动节水灌溉控制系统成为了当前解决灌溉问题的一种重要技术途径，其在优化土地利用和提高水资源利用效率方面具有巨大的潜力。
本文将探讨自动节水灌溉控制系统的研究现状、技术特点、应用前景以及未来发展方向，为相关领域的研究和应用提供参考。
一、研究现状目前，自动节水灌溉控制系统的研究已经取得了长足的进展。
国内外许多科研机构和企业都投入了大量的精力和资金进行相关技术的研发。
包括美国农业部门的研究机构、以色列的农业科技企业和我国的农业科研院所等，都在自动节水灌溉控制系统方面做出了重要贡献。
在技术方面，自动节水灌溉控制系统主要借助现代传感器技术、智能控制技术和无线通讯技术等，实现对土壤湿度、气象条件等多种参数的实时监测和分析，从而实现灌溉系统的智能化和自动化控制。
一些先进的农业机械设备和设施也被引入到自动节水灌溉控制系统中，提高了系统的整体效率和可靠性。
二、技术特点自动节水灌溉控制系统的技术特点主要包括以下几个方面：1. 实时监测：能够实时监测土壤湿度、气象条件等多种参数，全面了解灌溉环境的情况。
2. 智能控制：根据监测数据实现灌溉系统的智能控制，能够根据作物需水量和土壤情况，自动调整灌溉量和频率。
3. 高效节水：通过精准的灌溉控制，可以最大限度地减少水资源的浪费，提高水资源的利用效率。
4. 环保节能：减少过量灌溉和化肥农药的使用，降低农业生产对环境的影响，实现可持续发展。
5. 易于操作：系统操作简单方便，可以通过手机APP远程控制，为农民提供了便利。
三、应用前景自动节水灌溉控制系统在农业、园林绿地和城市绿化等领域具有广阔的应用前景。
在农业领域，它能够提高作物产量和质量，减少灌溉成本，改善农业生产环境，对于农民增收和农业可持续发展具有重要意义。
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究自动节水灌溉控制系统是利用先进的传感技术、计算机控制和智能算法，实现对农田灌溉的智能化控制，从而最大限度地减少水资源的浪费。
当前，国内外对于该领域的研究主要包括以下几个方面：一、传感技术的应用传感器是自动节水灌溉系统中最关键的组成部分，它可以实时感知土壤的水分含量，环境的温度、湿度等信息，并将这些信息传输给控制系统。
国外研究表明，利用先进的传感技术可以实现对农田的精细化监测，从而更加准确地控制灌溉水量，节约用水的同时也能够提高作物的产量和质量。
国内的一些研究团队也在传感技术的应用方面进行了一定的探索，通过研发高精度、低成本的土壤水分传感器和气象传感器，实现对农田环境参数的精准监测。
目前国内在传感技术方面的研究还存在着与国际先进水平相比有一定差距的问题，主要体现在传感器的准确性和稳定性上，这对于自动节水灌溉系统的实际应用造成了一定的影响。
二、智能控制算法的研究除了传感技术，智能控制算法也是自动节水灌溉系统中的关键技术。
通过对土壤水分、作物需水量、气象条件等多方面信息的综合分析和处理，智能控制算法可以实现对灌溉系统的自动调节，确保农田得到适量的水分供应。
目前，国外学者主要将模糊控制、神经网络、遗传算法等智能算法应用于自动节水灌溉系统中，取得了一定的研究成果。
国内在智能控制算法方面的研究也在不断深入，一些学者提出了基于模糊逻辑的灌溉控制方法，实现了对灌溉系统的智能化管理。
还有一些学者将机器学习算法引入到自动节水灌溉系统中，通过对大量数据的学习和分析，实现了对灌溉水量的合理控制。
与国外相比，国内在智能控制算法方面的研究还不够深入，还需要进一步完善和改进现有的算法模型。
三、系统集成与实验研究自动节水灌溉系统是一个复杂的工程系统，其中涉及到多个学科领域的知识和技术，因此系统的集成设计和实验研究是至关重要的。
国外一些研究团队通过对自动节水灌溉系统的整体设计和集成，实现了对于农田的精准灌溉，取得了较好的节水效果。
自动节水灌溉控制系统研究
自动节水灌溉控制系统研究自动节水灌溉控制系统是一种利用先进的传感、控制和通信技术，实现农田灌溉的自动化和节水化的系统。
该系统能够根据作物的需要以及环境的实时情况，智能地调节灌溉水量和灌溉时间，从而达到最佳的灌溉效果，并且避免了浪费水资源的问题。
自动节水灌溉控制系统主要由传感器、控制器和执行器等组成。
传感器用于感知土壤湿度、气温、光照等环境参数，从而确定当前的灌溉需求；控制器通过对传感器数据的实时监测和分析，制定出最佳的灌溉方案；执行器负责控制水泵、阀门等设备，实现自动灌溉。
该系统的关键技术包括传感器技术、数据分析技术和通信技术。
传感器技术能够准确地感知土壤湿度、气温等参数，为决策提供可靠的数据；数据分析技术能够对传感器数据进行实时分析，确定最佳的灌溉方案；通信技术能够实现控制器和执行器之间的远程通信，实现系统的远程监控和控制。
自动节水灌溉控制系统的研究主要包括以下几个方面。
需要对不同作物的生长需求进行研究，确定不同作物的最佳灌溉方案。
需要针对不同环境条件，开发适应性强的传感器和控制算法，确保系统能够在各种复杂的环境下正常工作。
还需要研究系统中各个组件的能耗和使用寿命等问题，以提高系统的可靠性和节能性。
自动节水灌溉控制系统的研究具有重要的理论和实际意义。
一方面，该系统可以减少农田灌溉中的浪费水资源的问题，提高灌溉水利用率，从而实现农田的节水灌溉。
该系统可以减轻农民的劳动强度，提高农业生产效率和经济效益。
随着科技的不断进步和农业的发展需求，自动节水灌溉控制系统的研究将会越来越受到重视。
未来，希望能够开展更多的实验和应用，进一步提高系统的可靠性和性能，实现农田灌溉的自动化和节水化。
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节水灌溉计算机监控系统研究
朱张青 曹成茂
(安徽农业大学农业工程系 合肥市230036)
摘要 针对现有节水灌溉系统的缺陷,研究了一种适用面广、基于多单片机工作(MCU )机制下的节水灌溉计算机监控系统。
该系统具有能与现有各种节水灌溉方式配套、进行全方位科学监控,以进一步提高节水效果的特点,而且稳定可靠。
关键词 节水灌溉 计算机监控 单片机
近年来由我国对节水灌溉特别重视,因地制宜地推广了如喷灌、微喷灌、滴灌等多种节水灌溉方式,不仅大大节约了农业用水,而且提高了产量。
但是由于节水灌溉涉及面广:主要包括灌溉控制技术、输水方式和灌溉方式,而目前绝大多数节水灌溉系统的灌溉控制技术严重滞后,控制方式仍多以手工关停水源为主,全凭操作者的经验,科学性差、节水不彻底,同时导致了节水灌溉系统的自动化程度低,大区域推广时管理困难、劳动强度较大,严重阻碍了节水灌溉的进一步推广。
为此,我们研制了本系统,较好地解决了这一问题,不仅节约了用水,而且与现有灌溉系统配套后,大大提高了其监控水平,降低了劳动强度。
1 系统组成及原理
系统硬件由计算机(486或586微机)及与其下联的MCU 系统构成。
1.1 系统结构(如图1示
)
图1 系统结构
系统采用计算机作为上位机,实时监测各现场情况,同时也可直接发出指令通过控制器来控制执行元件(供水电磁阀)工作,起整体监控作用,它的RS232口转换成RS485口分别与现场数据采集控制器(下位机)相联(研究中,我们设计了一台PC 机下8个现场控制器的系统,即n =8),为简化系统布线,避免信号线过长引起损耗及干扰,将PC 机放置于主控室,而将数据采集控制器放置于受控区域现场形成简单的现场控制室,主
控室与现场控制室之间通过现场总线实现通讯,为提高传输距离和抗干扰能力,选用主从式RS485通信系统(其可靠通信最大距离可达10km )。
1.2 数据采集控制器的组成
8台数据采集控制器结构相同,每台分别对应一个受控区域,整体组成了MCU 系统,主要是为了解决节水灌溉控制中的实时性和多任务机制的矛盾。
数据采集控制器组成如下图2示。
图2 数据采集控制器组成
单片机选用Intel 公司90年代初推出的高集成度、高性能的16位单片机芯片80C196KC ,它是8XC196系列单片机,是16位单片机8096H 和8098的升级产品,采用了CHMOS 工艺,具有较高的运算速度、更低的功耗,并增强了中断、A /D 、D MA 等功能,其内部自带A /D 、D /A 转换电路及硬件掉电保护电路,可使
控制器结构大为简化。
在80C196KC 外围扩展了一片EPPROM (27256)和RAM (62256),用以存放程序和数据。
每台数据采集控制器有32路模拟量经多路开关4051输入,分别监控16个点(或棚、室等)的地表温度和土壤温度。
应用时将这16个点按照地理位置、作物品种、辐照情况等综合因素划分为4个监控区域,由4个电磁阀控制其水源,具体田间布局如图3示。
80C196KC 的高速输出口HSO 0～3输出4路脉冲经整形放大后控制4个电磁阀的工作。
20
中国农村水利水电·2001年第5期
安徽省教委自然科学资金项目资助。
图3 单一控制器现场分布简图
1.3 数据采集控制器的外围电路
数据采集控制器的外围电路包括:地表温度检测电路、土壤湿度检测电路、输出脉冲整形放大驱动电路等,主要完成对信号实时采集和对电磁阀执行控制。
2 系统软件
系统软件主要包括上位机软件和数据采集控制器软件两大部分。
2.1 上位机软件
上位机软件运行于Windows98(或Windows95)平台下,实时显示各监测点的温、湿度及对应电磁阀的工作状态。
(1)菜单功能。
菜单功能有:图形功能、趋势曲线、组态功能、打印功能、关于系统。
现分述如下。
图形功能:用于显示各监测点的平面布局图,还可以以表格形式显示各监测点的地表温度、土壤湿度值及电磁阀工作状态。
趋势曲线:包括实时趋势曲线(显示当前的温、湿度变化)和历史趋势曲线(显示以前的温、湿度变化),以便监控人员和科研人员分析。
组态功能:包括设定每一区域具体的温、湿度控制上、下限值,调整上位机和下位机巡采时间、控制电磁阀开关等。
打印功能:完成随时打印或定时打印。
关于系统:作为系统介绍。
(2)对话框功能。
包括实时上、下限值设定对话框、历史趋势选择对话框、调整巡采时间对话框等。
(3)上位机通信软件。
2.2 数据采集控制软件
作为下位机,数据采集控制器负责采集16个点的温、湿度,并根据PC 机设定的上、下控制限值来控制电磁阀,同时将所有监测结果和电磁阀工作状态通过总线发送上位机,其通信和控制软件流程图如图4示。
3 系统使用情况简介
本系统已投入安徽某蔬菜大棚区部分乡村使用,一直稳定
可靠,控制精度高。
由于该区地靠长江,水源充足,前几年农民
对节水灌溉并不重视,但随着当地蔬菜大棚的发展,特别是近年来蔬菜价格的下降和农民科学种田意识的增强,陆续推广了大棚蔬菜滴灌技术,农民获益很大,不仅节约了用水,同时增加了蔬菜产量,特别是本监控系统的投入,大大降低了农民的劳动强度,提高了科学管理水平,同比未安装本系统也采用滴灌技术的其他乡镇节水近15%～20%,而蔬菜总体产量却略高于其他乡镇。
图4 数据采集控制器软件流程图
4 结 语
由于节水灌溉地域的复杂性,为了提高系统的稳定可靠性,使其具有较广的适用范围,还采取了以下设计措施:①80C196KC 单片机主电源与控制电源(+24V )采用独立的开关电源;②工频电源输入加入交流滤波器;③通信电源与主电源独立;④80C196KC 单片机与外围电路采用高速光耦;⑤RS485接口采用抗雷击芯片及措施;⑥软件中加入Watchdog 以防止程序走飞等。
由于与本系统原理无关且限于篇幅,本文不作一一论述。
显然,本系统可以和现行的各种节水灌溉系统配套使用,以进一步提高其节水效果,挖掘现有节水灌溉系统的潜力,以达到科学监控,摆脱由人为因素、经验控制的传统局面。
◆
参考文献
1 曹成茂,朱张青.色敏传感器在节水农业中的应用.节水灌溉,1999(5)
2 李哲英.MCS96、MC68单片机原理与应用.北京:清华大学出版社,
1997
3 罗四维.传感器应用电路.北京:电子工业出版社,1993
4 郑红梅.钢坯剪断机的温度检测系统.合肥:合肥工业大学学报,
1999(10)
[作者简介] 朱张青,男,33岁,讲师
(收稿日期:2000-10-20)
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节水灌溉计算机监控系统研究 朱张青 曹成茂。