新型农业节水灌溉控制系统

新型农业节水灌溉控制系统
在当前水资源紧缺和科技新农村如火如荼发展的情况下，农业水资源的合理利用和灌溉技术的有效提高是一个亟待解决的问题，也是一个长期受到各界关注的一个问题。

文章采用了自主创新设计的节水灌溉装置和监测设备，通过WIFI 模块进行传输，实现了一套行之有效的节水灌溉联动控制系统。

标签：节水灌溉技术；数据监测；WIFI模块
Abstract：With the shortage of water resources and the rapid development of the new co untryside’s science and technology，the rational utilization of agricultural water resources and the effective improvement of irrigation technology are urgent problems to be solved，which are also problems that have been concerned about by all circles for a long time. In this paper，an effective water-saving irrigation linkage control system is realized by adopting the water-saving irrigation device and monitoring equipment designed independently and innovatively，and transmitting through the WIFI module.
Keywords：water-saving irrigation technology；data monitoring；WIFI module
引言
我國国土面积广大，地势情况复杂，但是由于我国人口众多，各类资源人均占有量相当少。

全国每年水资源缺少量达到400亿立方米，尤其在农业灌溉方面，缺水量达到300亿立方米。

目前，正值我国经济快速发展的关键时期，环境问题不应成为我国快速发展的绊脚石。

在我国，水资源浪费和不合理使用的情况非常普遍，相关品配套设施发展也不够完善，在农业方面，灌溉技术的长久得不到进步和发展，使得水资源大量的被浪费与不合理的使用，人民的生命财产也相应的受到了很大的伤害。

针对这样的情况，更新节水灌溉的技术、合理调配灌溉的策略、制定科学的水利工程建设计划等是势在必行的，这些措施既能够节约用水，发展符合新时代要求的新型农业，也能够提高农民的收入水平。

在农业的水资源灌溉中，首先出现的问题就是水资源的短缺问题，这来自于多个方面。

由于我国正在发展成为世界第一大工厂，工业的迅猛发展在带来好处与经济优势的同时也造成了水资源的极大污染，各地区水质的恶化局面越来越严重。

工业的排污现象越愈加严重使得本就缺乏的水资源进一步减少，这也是工业对于水资源污染的主要的污染源之一，全国每年排放污水量达到335亿立方米。

随着人民生活水平与生活质量的日益提高，人民生活节奏的逐步加快；生活污水的排放也使得水资源浪费愈加的严重，很多乡镇居民区并没有相应的污水治理措施，直接排放河流等水流域，造成了污染水源的逐步扩散，污染面积越来越大。

另外，对于农业灌溉当中，化肥药物等乱用的现象造成的水源、土壤、植被等被污染的情况愈加严重，当前来说，对于农业灌溉中水资源的有效利用和控制成为
一个亟待解决的问题。

本文在以上农业节水灌溉的基本情况之下，并在对土壤进行研究与监测的基础上进行了节水灌溉控制系统的研究与设计，并在农作物生长期间对其进行一定时间间隔的监测，从而形成一套自动控制的联动系统。

1 系统设计
1.1 系统组成
本系统设计主要包括了硬件系统和软件系统两个部分，通信网络环境主要采用了智能WIFI模块。

硬件控制系统主要包括了两个部分，一个是灌溉控制器部分，另一个是地面数据采集整理部分。

灌溉控制器的作用是接受地面土壤数据的采集，进行整合处理，其内部的专家诊断环节是基于一套强大的智能诊断系统，诊断后下达指令，是否进行相关的灌溉操作；另外一个数据采集部分是采集了关于土壤的和水分的的信息之后传输到灌溉控制器。

系统的整体框图如下图1。

1.2 系统整体工作过程
中央控制计算机定时向数据监测系统和灌溉控制系统发送信号，此处信号的传输通过特定的WIFI通信模块。

数据监测系统收到信号以后通过CAN总线联系下行的各个土壤水分传感器实时在线地收集关于土壤和水分的相关信息，此处的信息主要有土壤的含水率数据，收集之后传感器再通过CAN总线数据整合并返回到数据监测系统。

监测系统将数据整合处理传送至灌溉控制系统并且同时传回中央处理器进行存储备份。

灌溉控制器部分收到数据以后也通过CAN总线对下行的各个阀门控制器进行控制通断，即进行节水灌溉。

在灌溉指定时间之后，土壤水分传感器再次监测土壤中的含水率，达到指定的要求之后即传输信号给灌溉控制器停止灌溉，周而复始，这就构成了一个闭环控制的自动灌溉系统。

1.3 数据监测系统设计
数据监测系统是整个节水灌溉系统的重要的一个环节，其搜集到的数据要传输到灌溉控制器和中处理器当中。

本系统设计的数据处理器在每一块农田当中都需要进行安置。

由于农田环境的复杂性，在数据监测系统铺设时每一块农田都安装一套数据采集系统，每个采集系统当中都需要安装一块太阳能电池板进行供电，确保每一个采集系统模块都能够独立的运作。

每一个数据采集系统包括太阳能电池板、蓄电池、数据采集控制器、短信模块以及多个土壤水分传感器。

太阳能电池板的功率均设置为20W；数据采系统的核心采用STM32单片机。

数据监测系统的结构框图如下图2所示。

1.4 系统自动灌溉控制系统软件设计
本设计中的系统自动灌溉控制软件部分采用简洁的C语言编程，也是基于C 语言编制了操作界面。

软件中设置了短信收发时间、数据的监测时间、土壤水分传感器的校正公式等。

软件部分主要连接系统的两大主要部分，就是数据监测系统和灌溉控制系统，对两大系统进行实时的监测与控制。

1.5 灌溉自动控制
中央处理控制器的另外一个重要的功能是生成一个每日的节水灌溉计划，下发至灌溉控制器和数据监测控制器执行。

节水灌溉计划会定期进行修正，由于每一次的土壤监测数据都会上传至中央控制器，所以在土壤含水率比较高的时候，灌溉计划会自动地将灌溉频率降低，将灌溉时间减少。

在土壤的含水率较低的时候，会自动校正灌溉计划，将灌溉的时间加长，将灌溉的频率提高，以确保灌溉的合理性和科学性。

2 试验验证
针对设计的灌溉控制系统进行了实时的试验验证。

实地划取了400m2的农田，该片农田主要种植粮食作物和花卉植物，在内部安置了至少4个数据采集控制系统。

其中每一个数据监测控制系统的土壤水分传感器都掩埋在同样的深度，太阳能电池板均放置在一定的高度和一定的角度，保证变量的一致性。

在试验中，整个系统的控制目标是在人为干预的情况下和在没有人为干预的情况下均能稳定的维持作物生长，而不出现作物死亡、土壤干涸以及农田水量过多的现象。

通过试验表明，整个系统在自动调节并运行或者在有人为干预的情况下，都能运行正常。

作物灌溉频率合适，灌溉水量能自动根据土壤的含水量进行调整，农田当中的作物和花卉等植物都正常生长，土壤的含水量能保持在8%-26%之间，基本稳定在了预先设定值的附近，比较合理。

3 结束语
现今社会的发展正在以前所未有的速度实现现代化，农业现代化的脚步更加大步迈进。

在我国当前的水资源紧缺的情况下，实现农业节水灌溉是一项重要的工程。

农业的节水灌溉既解决了水资源匮乏的问题，又能保证农民生命财产的安全。

本文基于以上的现实情况设计了一套农业自动控制节水灌溉系統，实现了从农田数据自动监测与采集到灌溉自动控制的全自动化运行，减少了人为工作。

本文将该系统实际运用于农田中，进行了试验，得出的结果和预期一致能够有效地进行自动化控制并实现精准地灌溉。

本系统设计作为农业自动化设计的一个环节，为以后的农业的自动化发展提供了一个良好的建议和参考，对农作物节水灌溉策略是一个很重要的建议。

参考文献：
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