农田灌溉系统

农田灌溉系统（共12篇）

农田灌溉系统 篇1

摘要：采用电力智能载波收发芯片PL3120和LonWorks网络技术, 设计了农村农田水利灌溉远程监控系统;提出了基于PL3120芯片的低压电力载波模块硬件系统框架;构建了一种基于PL3120芯片的电力载波通信协议。该系统硬件电路简单, 成本低, 性能可靠, 只需用电源插座就可以连接电力线构成LON总线, 适合农村水利灌溉系统远程控制改造系统中。

关键词：电力载波,水利灌溉,通信协议

农业是国家的基础行业, 水利灌溉作为农业系统基层的工程, 其现代化建设是新世纪中国农业发展的必然趋势。近年来, 随着计算机控制技术和通信技术的快速发展, 我国水利灌溉系统的现代化管理技术发展很快。借助光缆通信、无线扩频通信、电信网通信等技术, 各省各县水利主管部门已经实现了远程再现和监测各主要灌溉水系的工作现场。然而, 由于资金不足问题, 现阶段我国农村许多水利灌溉系统的水位和水流量的监控均由人工进行操作, 其控制手段和控制方法远远落后于水利信息化的要求。针对这个问题, 本文提出利用电力载波通信技术, 对边远农村的水利灌溉系统进行了现代化改造。

电力线载波通信PLC (Power Line Communication) , 是利用电力线作为信号的传输媒介, 通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术, 具有信息传输稳定可靠, 无需重新布线, 节约系统成本且使用方便等特点, 广泛应用于电力网远程抄表系统及电力网智能化改造系统中[1,2,3]。

1 农田水利灌溉远程监控系统构成

根据边远农村经济不发达、通信不便等特点, 采用既节约成本, 又使用方便的PLC技术对灌溉水渠实现远程控制。以PL3120芯片为核心构成低压电力载波通信系统。 PL3120是Echelon公司最新推出的电力智能载波芯片系列中的一款, 通过LonWorks网络实现点对点之间的通信。它与以前Echelon公司的神经元芯片不同之处在于集成了电力载波接收发送放大电路, 只需要外置耦合电路即可进行电力载波通信, 是专为在电力载波领域使用最新开发的。与其他电力载波芯片相比, 用PL3120芯片构成的远程控制系统, 系统硬件电路的结构简单, 性能可靠, 使用很方便, 只需用电源插座就可以连到电力线构成LON 总线上, 非常适合边远农村使用[4,5]。

农村水利灌溉远程控制系统采用上、下位机结构设计。系统利用农村低压供电线路作为通信媒介, 将上位机系统与下位机系统连接起来构成完整的远程控制系统。上位机系统主要由计算机、LON 网络适配器组成, LON 网络适配器是由Echelon公司生产。该系统的功能包括接收下位机系统传送的水位和水流量信息;发送对下位机系统控制指令等。下位机系统的核心是电力智能收发器芯片PL3120, 该系统还包括:耦合电路、闸门驱动电路、A/D转换芯片MAX186、扩展存储器芯片AM27C和传感器等, 其功能是完成向上位机传送现场数据和执行上位机发出的闸门启闭控制指令。结构框图如图1所示。

2 系统硬件电路设计

系统采用分布于现场的电力线构成LON 总线。上位机系统中的计算机是通过由Echelon公司生产的LON 网络适配器与总线 (低压电力线) 连接;下位机系统是由耦合电路连接在总线 (低压电力线) 上, 下位机系统的硬件连接如图2所示。

2.1 芯片PL3120

下位机系统以芯片PL3120为主控芯片。新型的电力智能收发器芯片PL3120是把神经元芯片 (Neuron) 的核心和电力线收发器集成在单一的芯片上, 以便在交流电电力线上进行通信。作为片上系统, PL3120带有一个8位神经元芯片核, 用来处理应用和管理网络通信, 同时内部还集成了一个数字信号处理器 (DSP) 用于处理电力线上的信号, 从而提高了收发器信号传输的可靠性, 另外还有片内和片外存储器, 减少了外部电路, 缩小了外形, 降低了收发器的成本, 提高了信号传输的可靠性。

智能收发器PL3120是面向低电压等级的电力线, 采用窄带BPSK调制解调技术, 具有双重载波频率模式和数字信号处理, 能够在主要通信频率被阻塞时启用预备频率工作, 从而提高整个系统的稳定性。本系统中的PL3120工作在CENELEC-C 波段, 选用10 MHz 的时钟。PL3120内嵌4KB的EPROM 用于应用处理器和收发器的数据配置;可以支持115 KB/s的全双工硬件UART, 也可操作625 KB/s SPI串行接口。有12个引脚通过编程可配置38种I/O工作模式, 能够用最少的外逻辑和软件开发实际应用电路。芯片PL3120在配置时如果将Neurowire I/O对象设为主模式, 此时, IO8提供时钟输出信号, IO9用于数据串行输出, IO10用于串行数据输入。在本系统中, 水位传感器和水流量传感器分别与芯片MAX186模拟输入通道CH0和CH2连接, MAX186是12位A/D, 集成了8通道多路开关、大带宽跟踪/保持电路和串行接口, 并且具有转换速率高, 功耗极低的特点。如果要进行水位、水流量数据采集, 首先将IO9的串行数据 (模拟通道CH号) 与时钟同步送入到芯片MAX186的DIN端。然后, 芯片PL3120的管脚IO10通过芯片MAX186的DOUT端, 采样对应模拟通道的数据信息, 如:水位和水流量的数据信息。而芯片PL3120的管脚IO1和IO2是闸门驱动电路的两个控制输入端。

2.2 耦合电路

T 为通信耦合变压器, 它的作用是将电力网络与内部控制电路隔离, 同时也是耦合电路输入阻抗的一部分, 起到提高输入阻抗, 减少由于分压导致的信号损失。TXDAC, RXI 均是PL3120上的发送接收管脚, 发送信号经T通过C2发送出去。D1, D2两个二极管起保护作用, 抑制电路浪涌电压, C1的作用是防止TXDAC的直流偏置电压加载到RXI管脚上。R既是输入阻抗的一部分, 也是为T和C2提供放电通道, 保险F1和F2提供过电流、过电压保护。

2.3 外部电路

(1) 数据采集部分。

芯片MAX186接收来自传感器的输入数据并传入芯片PL3150。该芯片可使用+5 V电源 (与PL3120芯片所用电压相同, 可以不用另加电源, 降低了成本) , 其模拟输入可由软件设计为单极性/双极性和单端/差分工作方式。

(2) 扩展电路部分。

PL3120内部只有512字节E2PROM和2K ROM, 现用芯片AM27C作为PL3150的内存扩展, 扩展电路参见图2, 该片存储包括Lontalk协议程序、I/O接口程序、闸门驱动程序和数据采集程序等。

2.4 闸门驱动电路

闸门启闭控制是通过芯片PL3120的管脚IO0和管脚IO1分别控制两个继电器的驱动电路实现。其中一个继电器控制闸门上升, 另一个继电器控制闸门下降。两个继电器驱动电路的结构完全相同, 其结构如图3所示。HJ为光电耦合管, 它的作用是隔离干扰信号。电路中三极管的放大作用是增大继电器驱动电流。

3 数据通信

3.1 闸门驱动电路的工作模式

闸门驱动电路有2种工作模式。一是根据现场水位和水流量信息决定闸门启闭, 即查询方式。二是由上位计算机远程控制闸门启闭, 即直接控制方式。

3.2 上位机与下位机间的通讯协议

上位机系统中的计算机与下位机系统中芯片PL3120间通信时采用2种通讯帧格式[5]。一种为信息帧格式, 如图4 所示。信息帧中的起始码取0xFF、0x5D、0x5D、0x5D, 占用4 个字节;目的节点编号和源节点编号各占2 个字节;标志码用来区别数据信息和命令信息以及信息的类别, 信息的类别分为水位、水流量, 共占2 个字节;信息字为数据信息或命令信息, 占4 个字节;校检码用来检验信息传送是否出错, 这里采用奇偶校检方式, 占1 个字节;结束码用0xAA表示, 占1 个字节, 整个信息帧共16 个字节, 128位。

图4 信息帧格式

Fig.4 Information pattern

另一种为应答帧格式, 如图5 所示。应答格式中起始码、节点编号和结束码的格式与信息格式相同, 标志码为0x0F, 占1 个字节。没有信息字和校检码, 共10 个字节, 80 位。

图5 应答帧格式

Fig.5 Answer back information pattern

3.3 上位机与下位机间的通讯流程

下位机系统工作在查询模式下, 如果上位机又发出采集数据命令, 下位机系统接收到命令以后, 一方面按要求发送采集的信息数据, 同时等待上位计算机的应答信号。另一方面智能芯片PL3120根据当前的水位和水流量信息, 通过管脚IO1和IO2控制闸门启闭。在直接控制模式下, 下位机接收上位机发出控制命令的中断程序流程如图6 所示。

当下位机系统中, 芯片PL3120从管脚RXI接收到由上位机发来的数据采集命令后, 进入串口中断程序。首先对接收的信息进行奇偶校检、节点编号核对、命令信息检测, 如果当前接收的信息是正确有效的命令则保存命令信息并设置O-FLAG命令处理标志, 通知系统进行数据采集。水位和流量数据采集子程序启动后, 提取命令信息字, 根据命令信息中闸门编号启动相应的数据采集电路进行采集。将采集到的信息存入S-DATA 数组, 并设置发送标志S-FLAG, 流程图如图7所示。 启动发送数据子程序向上位机进行发送。

4 结 语

基于电力载波通信技术的农田灌溉控制系统, 是一个将数据转换为电压信号再加载到低压供电线路上进行远距离数据通信的系统。它利用了电力网络本身的方便、低成本、高可靠性, 具有简单易建立的特点。本文设计了闸门驱动控制电路和与上位计算机通信的通信电路, 并根据通信的特点设计了相应的通信协议及算法, 为水利工程信息化和农田水利灌溉系统自动化控制提供了一种可行的方案。

参考文献

[1]王振朝, 高如波, 薛文玲, 等.基于PIC18F66J60的LonWorks以太网网关设计[J].电测与仪表, 2010, (1) :22-25.

[2]赵玉玺, 曹衍龙, 俞天白, 等.基于电力线载波通信的照明控制系统设计[J].工业控制计算机, 2007, 13 (5) :11-12.

[3]GUNGOR V C, LAMBERT F C.A survey on communication net-works for electric system automation[J].Computer Networks, 2006, 50 (7) :877-897.

[4]张月, 李春茂.一种新型电力线收发器在电力线载波通信中的应用[J].电气应用, 2006, 25 (12) :76-79.

[5]周彤, 刘汉邦.电力线中压载波在农村电网中的应用[J].农村电气化, 2006, (1) :38-39.

农田灌溉系统 篇2

兴办农田水利灌溉系统工程势在必行

【摘要】坚决贯彻中央关于“三农”政策，农业是安天下的产业，“三农”问题始终是关系到改革开放成败的根本问题。而农业的命运落实在农田水利灌溉系统工程上，更是稳固农业发展的“基础的基础”，这个“基础”关系到“三农”政策落实成败的大事，本文论述了农田水利灌溉系统工程势在必行。

【关键词】农田灌溉系统 势在必行

民间谚云：“人是铁，饭是钢，一天不吃饭饿得慌。”农业是生命之本，离开农业人就没有饭吃，就要饿肚子，难于生存，更谈不上社会稳定和经济发展，一切无从谈起了，这是人人都知道的普遍真理。

农谚曰：“农作物有收无收在于水，收多收少在于肥。”水利是农业的命脉，而水是靠农田水利灌溉系统工程流到地里，是农作物旱涝保收的重要保证，更是农业发展的基础，是提高农业综合能力的一项关键的重要措施，因此，落实农田水利灌溉系统工程势在必行了。农田水利灌溉系统工程的基本概况。随着气候变暖、水资源缺乏、自然灾害的频繁发生、人口骤增，人们吃饭成了问题，农业更加步履维艰和举足轻重，使占全国人口80％以上的农民致富奔小康迫在眉睫。农业的发展是靠水利把水资源灌溉庄稼。目前的农田水利灌溉系统工程已经不能适应农田灌溉的需求，阻碍了农业的发展和出路，已经到了不改不行的地步。

1.1 农田水利灌溉系统工程严重老化。农田水利灌溉系统工程一般始建于“人民公社”和“农业学大寨”(20世纪50年代至60年代)的鼎盛时期，由于勘测粗放——凭人按地形走向定位、规划狭窄——随心所欲、设计仓促——只顾眼前局部利益、经费不足——靠人海战术、配套不全一穷凑合、施工简陋——因地制宜、质量极差—根本无科技含量的“土法上马”工程，土沟土渠，渗漏十分严重，渠系利用系数极低，沟渠淤满泥沙和杂草丛生，每年要花费大量的人力、物力、财力，彻底挖沟清淤和除杂草疏通渠道，后期又缺乏维修和管理，经过几十年的运行，不少农田水利灌溉系统工程已超过规定的使用期，普遍老化损坏。大型灌区骨干建筑物的完好率不足35％，效益下降。中小型灌区以及农田水利灌溉现状更是令人担忧，导致输水效率低，渗漏损失大，本来水资源严重缺乏，更是雪上加霜。

1.2 重视农田水利灌溉系统工程不足。国家投建的大型农田水利灌溉系统枢纽工程基本上停留在过去的水平上，已经不能适应日益开荒造田和发展现代化农业水利灌溉系统工程的需求，农民常有争水、抢水、偷水等违法乱纪的事件发生。县、乡、村三级的农田水利灌溉系统工程经费不足。有的根本无经费，基本上维持现状。主干渠、支、斗、龙、毛渠年久失修，已是百孔千疮，顺其自然，过一年算一年。想节省经费，又不想掏腰包，美其名曰：“谁兴修水利，谁受益。”到头来，谁也没有必修水利，谁也没有受益，还是一个乱摊子。

县、乡、村各自为政，农民随意挖沟引渠，乱挖水口子，放任自流，灌溉系统工程遭到严重破坏，无人过问，长此以往渠道坍塌，水土流失，人身财产安全受到严重的威胁，农业旱涝无收。

1.3 农田水利灌溉系统工程令人堪忧。农田水利灌溉系统有关部门领导很少下基层，即使为了“使命”来了，也是走马观花、蝽蜒点水、敷衍塞责、草草了事，对存在的问题睁一只眼、闭一只眼，对农民反映的灌溉问题只是解释经势不足呀、自行解决呀，美名引导说：“谁兴修水利，谁受益。”给农民吃了一颗定心丸，算是推卸了责任，作了交待，问题丝毫没有得到解决。

有关领导干部不进使命：参观——写心得体会：检查——指示发号施令；考察——报告文章漂亮；调研——论文呱呱叫，胡编乱凑了一通，交了答卷，什么事也没有发生。

有关部门领导开会时头头是道，表示关怀和重视，会后全忘到了后脑勺，究其原因：①上级划拨经费不足；②经费被挪用，没有专款专用；③经费被腐化掉了；④往下转嫁：谁兴修水利，谁受益；⑤严重的官僚主义作风，拖而不办，其结果，一事无成，年复一年。农田水利灌溉系统工程失修和老化，失去作用。办好农田水利灌溉系统工程势在必行。以“三农”为本，农业的根本出路是农田水利灌溉系统工程，没有良好的灌溉系统工程，遇到今年干早、明年涝灾、后年饥荒，农民怎么增产丰收增效益，人民吃饭和穿衣得不到保障，自然会影响社会稳定和发展生产。

2.1 依靠“三农”政策办实事。当今，农村的青壮年大部分外出打工，挣钱养家糊口。大多数老弱病残和妇女儿童留守在家里，种那几亩几分地，地少人多，粮食价廉，收入甚微。各自为政的小农经济，能指望农民搞什么“谁必修水利，谁受益”?现实么?只好抱着现有的农田水利灌溉系统工程年复一年凑合着过就行了。要兴办农田水利灌溉系统工程建设，关键在于有关部门的领导，简单地说：①重视；②力行；⑤办事；④落到实处，只有通过这“四道工序”，农田水利灌溉系统工程建设才有希望，才能得到发展。

这就要贯彻中央每年关于“三农”的一号文件精神，以科学发展观为指导思想，解放思想，破除禁锢的小农经济束缚，深化改革，创新机制，加强领导，精心组织，融于社会，顾全大局，统筹规划，措施得力，加大投入，明确权责，规范管理，依托优势，因地制宜，依法办事，增加收入，力行去做，落到实处，一定能够把农田水利灌溉系统工程建设搞好。

2.2 立即着手从头做起。我国是以农业为主的经济大国，耕地面积大，地形复杂，缺乏水资源，土质各异。水土流失严重，农业现代化滞后，生产价值低廉，农田水利灌溉系统工程战线长和网状密，耗资大，尽管改革开放加大了农田水利灌溉系统工程建设力度，仍然远远满足不了农业发展的需要，况且农田水利灌溉系统工程建设不是一朝一夕和一蹴而就就能办好的事情，是一个长期投入、年年兴建、不断完善的宏大的工程，需要从头抓起、立即规划、马上动手、常抓不懈，才能改变农田水利灌溉系统工程落后和瘫痪的状态。

2.3 兴办农田水利灌溉系统工程建设势在必行。当今，科技兴农，致富奔小康的新形势下，农田水利灌溉系统工程仍停留20世纪50年代至60年代中徘徊，极大地阻碍了农业经济和周民经济的健康发展。在无农不稳、无工不富的改革时期，这真是逼上梁山，兴办农田水利灌溉系统工程建设势在必行，到了必须加大力度非办不可的地步。这就需要有关部门领导高度重视。以农为本，拿出办法，加大力度，长远规划，科学设计，采取措施，精心施工，保质保量，重点放在防渗——采用砼板或石头或戈壁铺砌防渗渠；跌水——落差适当，加大流量：闸门——多设，放水自如。总之，力行又好又快把灌溉系统工程建设搞上去。依法管理农田水利灌溉系统工程。经过几十年兴修农田水利灌溉系统工程建设，尽管质量欠缺，但还是基本上满足了农业生产的需要。只可惜，只兴建，无管理，使本来百孔

千疮的渠道，因争、抢水、偷水和乱拔水口子，遭到人为的严重的破坏，所以要把强化管理和依法管理提到议事日程上，确保农田水利灌溉系统工程的运转。

3.1 有法可依，执法必严。贯彻《水法》、《水保法》、《防洪法》、《水利产业政策》等法律法规，做好学法用法、遵纪守法的教育，做到有章可循，依法办事，违法必究，达到既建设，又管理的良好氛围，使农田水利灌溉系统得到很好的保护和正常的运行。

3.2 改进粗放的灌溉模式。农民灌溉在操作上大多数是采取大水漫灌的形式，方法粗放，普遍对节水意识淡薄，极大地浪费了水资源，所以必须对粗放的管理模式和灌溉的方法进行改进。要推进农田水利灌溉系统工程现代化，促进传统农业向现代化农业转变，因此农田水利灌溉系统工程建设要向现代化迈进，真正做到管好水、用好水、节约用水。

3.3 从基层抓起。农田水利灌溉系统工程是为农业生产服务，是为农民的利益办实事，操作灌溉都在农民手中。因此从源头掀起，从基层的县、乡、村领导干部科学管理和农民爱护农田水利灌溉工程设施教育入手，一抓到底，依法办事，违法必究，营造文明和谐的良好氛围。

园林灌溉系统施工技术探讨 篇3

关键词：园林；灌溉系统；施工技术

一、前言

当今园林灌溉工程存在不少问题需要引起我们的重视，因此园林工程中的灌溉系统施工技术显得尤其重要，园林灌溉工程直接关系到园林工程的质量。所以，对园林灌溉系统施工技术的研究有助于确保园林工程的质量。

二、园林灌溉系统存在的问题

1、对自动控制认识不足

灌溉系统管理水平的提高是园林绿化数量与质量提高的必然要求，提高灌溉系统管理水平的有效途径之一就是采用自动控制。一方面，可以显著降低人工费用；另一方面，随着园林绿化乔、灌、草相结合发展的趋势，不同植物群落的需水特性需要不同的灌水方式和不同的灌水量才能满足，而这在同一灌溉系统靠人为控制已难于实现。同时，自动控制灌溉系统可完成精量灌水。由此可知，自动控制灌溉系统的综合效益会远远高于普通的手动灌溉系统。

2、灌溉设备选择不足

目前园林灌溉系统经常会出现与园林景观很不协调的普通农用摇臂喷头和微喷头，这些喷头基本不能调节喷洒范围，容易喷洒到非种植区，浪费宝贵的水资源。在灌溉系统的设计和安装时，某些工程为追求所谓的水景效果，将中大射程的旋转喷头与小射程的散射喷头等各种性能完全不同的喷头安装在一起。但不同喷头的灌水强度相差较大，极易造成灌溉水量的较大差别，很可能出现一些地皮刚湿，另一些区域已喷水过度，影响灌溉效果的均匀度，还会影响植物生长，浪费水资源。在某些实际工程中，为降低成本而减少喷头数量，我们常常会看到安装了灌溉系统的园林草坪上由于喷头间距不合理造成草坪长势高低不均、颜色深浅不匀的情况。

3、必要性认识不足

园林灌溉主要是为了弥补自然降水的不足和降水在时间和空间的不均匀分布，保证植物健康生长所需的水分能适时适量地得到满足。在西北和华北等干旱与半干旱地区采用灌溉系统弥补自然降水十分必要。在南方，虽然年平均降水总量充足，但时间分布不均匀，灌溉系统能保证绿化植物在降雨稀少的旱季生长良好。

三、园林节水灌溉系统的建设与发展

1、应以不同植物的灌溉特点优选灌溉方式及灌溉器具

低矮易蒸发的草地宜采取射程较远的喷灌以降低水的雾化程度和空气中的漂移损失；自然型灌木宜采用滴灌方式，将滴头设置在植物的根部附近减少水的损失；大型乔木可用根部灌水器和涌泉喷头将水分直接送入其根系，解决表层压实土透水性、透气性差的问题；而时令花卉与修剪型灌木则应分析具体情况，以滴灌、微灌或人工浇灌相结合的方式操作。

2、管材和配件的选择直接关系到节水的效果

管材的人为损坏、老化、冻裂等情况，都可能破坏其密闭性，产生漏水现象，故应选择质量较好，柔韧度较高的UPVC或PE材料。将某一区域的入口水压保持在同一最佳范围内，可产生更为均匀的灌溉效果，因此可在入口管道处设置水压调节器，使灌溉器在最适压力下工作。此外，灌溉系统后期的维护和对自动化程序的不断修正也将起到良好的作用。总之，市政工作者应合理设计和运用灌溉技术，根据不同的园林环境设置不同的灌溉模式，为城市节约型生态园林的建设贡献力量。

3、微灌是一种新型的节水灌溉技术

它通过低压管道和滴头或其他微喷头，根据园林植物的需水量，以持续和受控的方式向其根系输送所需水分及养分。

4、开发雨水、城镇中水的灌溉效益，走持续发展道路

在降水量较低的地区，如西北地区聚集雨水用于园林灌溉具有重要意义。绝大部分园林绿地分布于人口密集、供水紧张的城镇，所以，城镇中水用于园林灌溉，将是园林灌溉，甚至整个节水灌溉事业可持续发展的必由之路。

5、园林植物需水信息采集及精量控制灌溉技术研究

研究园林植物对水分亏缺信息的感受、传递与信号的传导过程，开发园林植物水分诊断体系；研制具有自主知识产权，符合我国国情的土壤水分动态快速测定与预报技术及产品。建立具有监测、传输、诊断决策功能的园林植物精量灌溉控制系统；研制智能化的灌溉信息采集装置、田间灌溉自动控制设备及相关支持软件。

6、大力加强相关基础材料及生化制剂的研究

加强灌溉专用基础材料的研究及高强度、轻型金属管材，高分子复合材料管材、管件及配套设备的生产，利用纳米技术改进基础材料的性能；研制新型长效保水剂与节水抗旱种衣剂、植物蒸腾抑制剂、土壤结构改良制剂.控制灌溉水流入渗的化学制剂。

四、灌溉系统施工技术措施

1、灌溉系统设计

灌溉系统由水源、首部枢纽、管网以及喷头等部分组成。首先应保证水源的水量及水质，在市政园林灌溉中通常选择城市供水系统；首部枢纽一般包括动力设备、水泵、水表、压力表，以及控制设备等，用于取水、加压、水质处理和系统控制。在设计中应根据水源条件、灌溉产品类型及灌溉对象适当增减设备。管网包括不同管径的干管、支管、毛管等，作为压力水的运输通道，通常以防锈蚀的UPVC管、PE管等作为首选。喷头是使灌溉水均匀喷洒在绿化区域的设施，可根据不同情况选择不同射程的喷灌、滴灌或微灌产品。

在灌溉方式上，应以整体喷灌与局部滴灌或微灌的方式相结合，并根据设计需要选择全自动或半自动控制系统，其中全自动系统可通过预先编制好的控制程序和根据反映植物需水的某些参量（土壤气候条件、植物群落条件等）自动开闭水泵并按一定的轮灌顺序进行灌溉，可极大地降低人工成本和资源浪费。

2、灌溉系统施工

牵连到有关建筑物的施工更改，应严格符合现行规范的要求，在施工开始之前，需要确定好相应的水源位置，测量并记录静态水压，清晰把握整体布局设计规划，并了解当地的冻土层厚度，明确水管线的埋深度。根据不同型号喷头的工作压力、出水量，做好选择合适的喷头型号工作。根据不同喷头直径所喷洒的距离，确定两个喷头之间的间距，同时还需要考虑当时给水的压力、当地的气候条件等。点喷头之前，其控制点，边角点必须先点上，并统计管材管件数量。一般的布置方式选用正三角形布置，而对于正方形布置，应注意的一个限制因素就是最大间距对角线的限制。开挖喷灌沟。开挖之前，要分开放置表层土与下面的阴土或者建筑垃圾，管沟找准坡度，其下面不能有尖锐的东西阻截，要保证平与直。先用大号砂纸打磨接口，再用干净的抹布擦拭干净，在接口处用水胶均匀涂抹，接着迅速插入并用力转一圈，停一分钟以防接口接触不全面。测试压力，回铺管沟。先在管材上面回铺一层好土，然后把原先挖出的土回填，清理好当地的建筑垃圾。

4、节水灌溉系统的建设

随着世界性能源问题的出现，市政园林除了其发挥其美化城市生活、调节生态环境等作用外，其节能性也逐渐受到人们的关注。节约型生态园林概念的提出，对灌溉系统提出了更高的要求，促进灌溉系统不断向低成本、低能耗、多样化、自动化的节水、节能、节劳的方向发展。

五、结束语

随着园林工程的不断完善，灌溉系统施工技术将会得到更多管理者的重视，在可持续性发展的背景下，园林灌溉系统施工技术将会发挥着越来越重要的作用。

参考文献：

[1]伊志谦．关于园林灌溉认识问题的探讨．中国花卉园艺．2010

[2]刘建明，金利飞．浅谈市政园林灌溉系统施工与设计．科技资讯．2011

农田灌溉系统 篇4

现在全球淡水资源紧张,我国很多地方农田和生活用水紧张的情况已经相当严重。本文以无线数字通信模块为基础,研究基于无线数字通信的灌溉机井计算机集中监控系统,实现对灌溉机井的无线监测与控制,并对用水量、用电量进行反馈和统计,为更好地进行田间管理提供技术支撑,以提高水资源利用率,促进农业生产良性循环。系统基于ZigBee低速率控制网络设计的标准无线网络协议,采用CC2430芯片实现了无线传感器网络的监测与控制,具有功耗低、成本低和工作频段灵活等技术特点,解决了农田灌溉的覆盖区域大、使用有线监控网络成本高和维护困难等问题。上位机采用工控机负责系统的总控与管理,实现了集中收集信息、显示、报警和控制。

1 ZigBee的技术特性

ZigBee即IEEE802.15.4技术标准,致力于实现一种适用于固定、便携或移动设备使用的低复杂度、低成本、低功耗和低速率的短距离双向无线通信协议。完整协议的ZigBee模块具有自动路由和自组网功能,ZigBee终端节点可自动接入 ZigBee网络。多个星型网络又可组成Mesh自组织网络,扩大了网络覆盖范围,方便网络扩容。

ZigBee最显著的技术特性是它的低功耗和低成本。ZigBee模块是集成度很高的单芯片,虽然传输功率低,调制方式也很简单,但ZigBee在2.4GHz和ISM频段表现出了很好的抗干扰性能,只要采取必要措施,ZigBee是可以和其他同频段系统共存的。ZigBee 技术抗同频干扰能力非常强,对于同频干扰的抵御能力是极为重要的,因为它直接影响到设备的性能。

2 系统硬件设计

2.1 测控系统层次发散链式结构

IEEE 802.15.4标准支持多种网络拓扑结构,包括具有层次发散链式结构和主从工作模式的测控系统的结构[1]。根据灌溉机井集中监控系统的特点,设计了具有层次发散链式结构的系统,如图1所示。

工控机完成命令的发送、数据的接收、综合分析处理、显示和报警。

协调器1000、协调器2000······协调器n000处在工控机外围的第1层,以有线通信的方式与工控机通信,一般一个区域设置一个中枢节点。它们中的每个节点既是通信网络中的一个节点,根据需要还可以是一个传感器节点;既负责接收命令并向下传输,又负责将其下位机上传的数据与自身的数据捆绑在一起,并以一定的格式存储在自身的存储空间,再以约定的方式上传给工控机。以下各层协调器的工作原理及其功能都是一样的,既负责上传下达,根据需要还可以是一个传感器节点。

处在末梢的传感器节点其功能单一,只负责采集数据并上传。网络的大小、层次的多少可以视具体情况而定。这种结构层次清晰,易于扩展和编写软件,并以接力的方式解决了网络系统的最外层长距离与主控机通信的问题。

2.1.1 系统主要性能参数

工作电压/V: 2.0~3.6

无线数据发射工作频率/GHz: 2.4

无线数据传输速率/kbps: <250

土壤含水量测量误差/%: ≤2

温度测量范围/℃: -40~80(误差≤0.5)

湿度测量误差/%: ≤3

2.1.2 CC2430的特点

CC2430芯片[2]沿用了以往CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051),128kb的flash memory,8kB的RAM以及模数转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES-128协同处理器、Watchdog-timer等。CC2430的无线发送器是基于直接上变频技术的,要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中,起始帧是通过硬件自动产生的。根据IEEE 802.15.4标准,所要发送的数据流的每4位被32编码的扩频序列扩频后送到DA变换器,然后经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到2.4GHz,并经放大后送到天线发射出去[3]。

2.2 仪表的硬件结构

2.2.1 网络协调器硬件结构

整个系统以CC2430为核心进行设计。虽然需要检测与控制的量有土壤含水量、温度、湿度、用水量和用电量等多个参数,但是鉴于测控仪表中的微控制器的强大功能,使得无论是处于协调器位置的网络节点,还是处于网络末梢的传感器节点,其硬件结构都非常简单、可靠且实用[4]。带有采集数据功能的协调器节点的结构框图如图2所示。

系统通过采集点的传感器进行数据采集,经CC2430内部ADC转换器和MCU处理后,由无线收发器将数据上传给网络协调器。网络协调器在系统中除了采集数据并上传外,还向下一层发出由网络发送来的控制命令,同时将报警信息(包括参数及位置)在液晶显示器(LCD)显示出来。

2.2.2 参数采集模块

本系统需要检测的参数有土壤温、土壤湿度(即土壤含水量)和空气温湿度。土壤含水量的采集是该系统中数据采集的重要组成部分,采用的是电阻法,即根据土壤导电率随其水分含量多少而异,用两根平行的被绝缘质隔离的不锈钢电极作为土壤水分含量传感器。土壤电阻与土壤含水量关系为

R=A/W (3)

式中 R—两电极间土壤电阻;

A—反比系数;

W—土壤含水量。

在实际测量中,先将电阻值转换为电压值,再进行V/F变换。在转换成土壤含水量的百分数时,根据当时的不同温度、不同土质做相关的补偿和修正。对于温度的补偿是在20℃条件下标定,在其他温度条件下要乘以一个系数,不同的土质取不同的标定系数(由实测求得),从而保证了测控仪器的通用性和测量准确性。

温度传感器选用了价格便宜、稳定性和线性度比较好的集成半导体温度传感器AD590。本系统的湿度检测采用干湿球原理。该测量原理能够解决目前空气湿度传感器普遍存在的寿命短、精度低、稳定性差、重复性差和电路复杂等问题,进一步提高产品性能。湿度值的计算全部由CC2430内部的单片机自动完成,既解决了系统计算量和修正工作量大的问题,又保证了测量值的高精度,降低了测控仪的成本,从而提高了系统的性价比。

2.3 工控机与CC2430芯片的连接

工控机的RS-232串行标准接口所传送的距离不超过15m,而在农业设施测控系统中,主控室与各设施之间通信距离一般是较远的,因此本系统为工控机设计一个RS-485串行通信卡,从而实现由RS-232串行接口标准到RS-485串行接口标准的转换。工控机通过RS-485完成与CC2430芯片之间的命令和数据传送,实现工控机对整个系统进行监测、控制与报警,其连接框图如图3所示。

3 系统软件设计

由于CC2430单片机具有较大的存储空间,如果将IEEE802.15.4的协议软件放进去,大约只需要1/4存储空间,将完整ZigBee无线网络协议栈放入进去,也只需要1/2空间,还有足够空间存储用户应用程序。协议簇和应用固件常驻芯片内存来保证整个ZigBee模块紧凑且高效[5]。系统硬件的层次发散链式结构决定了软件系统由网络节点的运行程序和工控机的运行程序组成。

3.1 网络节点的程序设计

尽管处于不同层次和不同位置、起不同作用的协调器结构可根据需要灵活配置,由此导致应用程序有所不同,但是由软件设置成绝大部分时间(比如5s)处于节能的休眠时间,只有很小的约定的时间段(比如10ms)接受下层数据包(网络末梢节点除外)、A/D转换、数据计算与处理、显示与报警,将自身的与下层传来的数据按约定格式传向上一层节点[6]是它们进行程序设计的相同点。

3.2 工控机的程序设计

工控机以组态软件作为控制软件。组态软件是利用系统软件提供的平台,通过快捷、简单和形象的组态工作,即可实现符合监控要求的软件功能。

装有组态王的工控机把处在外围第一层协调器1000、协调器2000 …、协调器n000看作是外部设备,在开发过程中,根据“设备配置向导”的提示,一步步完成连接过程。在运行期间,组态王通过驱动程序和外围第一层协调器实现了数据/命令的交换,从而实现了工控机与其外围各层仪表的数据/命令的交换。

4 提高系统运行的可靠性

尽管本系统一般运行于非工业环境的工业设施群中,但实践证明干扰仍然存在,主要有雷电、空中电磁波或电源污染等。因此,采取有效的抗干扰措施是必须的,除了在硬件方面采取诸如净化电源、信号屏蔽、合理接地以及光电隔离等措施之外,在软件设计中采用了数字滤波和时间监视器(watchdog)技术。

5 结束语

有线通信和无线通信都有各自的优势和局限性,不同的无线通信网络技术适用场合和环境各异。基于Zigbee技术的射频系统单芯片CC2430芯片,以其低成本、低功耗等特点为智能无线农田控制系统的实现提供了有利的支持与理想的解决方案。相信在不久的将来,Zigbee技术会在农业领域得到广泛的应用,推动农业现代化的发展进程。

摘要：结合我国的农业现状,介绍了基于Zigbee技术的农田节水灌溉系统及其实现方法和应用前景。Zigbee是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议,系统采用以CC2430芯片为核心的无线数字通信模块,实现对农田灌溉进行无线监测与控制。系统利用工控机与第一层网络协调器进行有线通信,实现了对整个网络运行的集中监控和数据信息的存储。

关键词：农田,节水灌溉,监测控制网络,ZigBee技术

参考文献

[1]刘士光,马继伟,石瑞珍,等.农业设施测控系统的研制[J].农业工程学报,2004,20(6):242-245.

[2]闫银发,公茂法,汤元信.基于ZigBee技术的无线网络抄表系统设计[J].电测与仪表,2006(6):43-45.

[3]王秀梅,刘乃安.利用2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计[J].国外电子元器件,2005(3):36-38.

[4]刘士光,王建,包长春,等.温室大棚多功能测控仪的智能化自校方法[J].农业工程学报,2000,16(3):135-138.

[5]Trung-Kien Nguyen,Chung-Hwan Kim,Gook-Ju Ihm.CMOS Low=noise amplifier design optimization techniques[J].Microwave Theory and Techniques(IEEE Transac-tions),2004,52(5):1433-1442.

水务系统农田水利建设调研报告 篇5

一、基本现状

我县是典型的山区农业县，从上世纪50年代开始大兴水利建设，各级政府加大投入力度，全党全民总动员，经过长期的艰苦奋斗，基本形成了以库、塘、坝、管网、排灌站相配套的灌溉网络。截止2008年底，全县共投资4亿多元，建成各类水利工程43967件，其中中型水库2座，小型水库52座，小塘坝110座，引水工程535件，提水工程135件，小水窖40063口，堤防长度56.5km。全县年供水能力达12423万m3，有效灌溉面积26.38万亩，供水受益人口20.69万人。有力地推进了全县水利事业的发展进程，为促进全县农业和农村经济平稳较快发展打下了良好基础。特别是近年来，全县抢抓国家扩大内需机遇，扎实开展病险水库治理、渠道改造、河道整治、坝塘挖深加固工程建设，重点解决了农田水利建设中一些亟待解决的问题，确保了农村经济建设稳步持续发展。

一是创新形式，“一事一议”兴修水利。

针对农村税费改革后出现的新情况，各乡镇发动群众筹资投劳，很多村通过“一事一议”，调动了群众兴修水利的积极性。

二是广辟渠道，社会筹资兴修水利。

通过拍卖、租赁、承包、股份合作等多种形式，广泛吸纳社会资金参与水利工程建设。从1999年试点至今，全县共完成各种民办水利工程20余件，投入166.6万元。雄壁大堵杂、小天生桥村人饮工程，葵山镇黎家坝村联户建设的8件人饮工程，续修配套修复使用的有阿令水库、酸花箐抽水站等，集体投资建设的有大紫微、中法雨等蔬菜基地工程。通过小型水利产权制度改革，明确了所有权，搞活了经营权，强化了管理权，放开了建设权。工程还是原来的工程，水还是原来的水，改革盘活了国有资产，减少了国家集体的包袱，减轻了群众的负担，调动了经营者兴修水利、管好水利工程的积极性；促进了水利建设与管理的健康发展，做到一座水库就是一个“聚宝盆”，一件工程是一个“综合效益点”。使水资源成为“生财水”、“致富水”。

三是突出重点，整合项目兴修水利。

近年来，县水务部门加大了项目前期工作和申报力度，全力争取国家水利项目的投入，以骨干工程和主体项目的实施推动面上的水利工程建设，开展了东风、大冲、羊洞等中小型病险水库的除险加固治理。同时,由政府牵头整合国土、财政、扶贫开发、农业、水利等部门的项目资金5000万元，统筹规划，注重解决彩云镇片区中低产田改造的水利问题。通过综合利用改造中低产田改造、农业综合开发和土地平整项目建设，改善灌溉面积5万亩，新增灌溉面积0.15万亩。在肯定成绩的同时，必须清醒的认识到，目前我县农田水利基础设施相当薄弱，工程毁损严重，运行效益递减，抗灾能力差，洪涝干旱灾害频发，严重威胁粮食生产。主要存在四个方面的问题：一是水利设施带病运行多。我县水利工程多数建于上世纪六、七十年代，长期运行，老化失修，有的虽经多次维修、改造和加固，但许多带根本性的问题没能得到彻底解决，带病运行显得十分突出。二是水利设施配套条件差。三是水利设施整体功能弱。四是水利设施抗灾能力差。

二、成因分析

通过调研发现农民要增收，农业要发展，以现有的农田水利设施是无法得到保障的。分析其中的缘由可以为我们改善农田水利建设的现状提供一些参考。

（一）认识不够，思想观念“轻”“重”失衡。

忧患意识不强。从干部到群众习惯了“前人种树，后人乘凉”，“吃老本”的思想比较严重，对进行大规模的农田水利建设紧迫感不强，主体责任不强。有的认为修不修水利无关一票否决，头上没有“紧箍咒”。有的认为修水利的主体是农民群众，“谁受益、谁投资”，政府只能是引导鼓励。有的认为修水利的责任主体是政府，群众工作难做，只能“就汤下面”，有多少钱，就办多少事。还有的认为平时修水利不如到时防大汛、抗大旱，因此兴修水利口头喊得多，实际行动少。群众

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热情不高，种田不能作为农民增收的手段，养家糊口是农民种田的主要目的；以前利用自然降水，在一般情况下能满足农业生产需求，所以只要不出现大水灾大旱灾农民也很少关心公共农田水利建设。现在农民种田每年排洪和抗旱要花费大量的人力、物力和财力，种粮效益极低，严重挫伤种粮积极性，农民种田太不合算，更加没有热情修水利。

（二）投入不足那一世小说网 http://，资金筹措 “供”“需”困难。

1、各级财政投入不够。中央，省级的资金主要投入到了大江大河等工程上，农田水利建设投入偏小，争取难。2008年中央、省级财政投入我县的真正用于农田水利建设资金不足1000万。县乡两级财政保运转压力很大，只能勉强应付上面的配套资金，或搞点临时的修修补补，面上工程很难有大的投入。县乡两级财政水利建设资金总投入较少，相对于全县庞大的水利建设网络，有如杯水车薪。

2、群众投入难以组织。国家实行工业反哺农业、城市支持乡村战略，取消农业税并推行多种涉农补贴，农民认为什么费用都应由国家大包干，等、靠、要思想严重，水利事业筹资积极性不高。一些可以通过“一事一议”筹资而解决的小型水利设施的维修改造，由于意见难统一，也被搁置一边。

3、水利建设下欠资金缺口大，截止2007年经初步估算全县下欠1800多万元。

（三）管理不力，设施设备“建”“管”缺位。

由于政策变化、职责不明、主体不分，除中型水库外，分布在各乡镇、村的小型水利设施由于诸多原因，管理不到位。有的甚至处于长期无人管理的状况，导致设施提前老化，使用成本增加，利用率降低；反过来长期不使用水利设施，投入不能产生效益，必然又造成水利设施无人用无人管的局面，限制各方面对水利设施的投入，形成恶性循环。特别是农业抽水站，由于常年缺乏管理维护，渠道淤塞严重，灌溉成本较高，提1小时水要电费90余元，群众负担不起，且维修费用较高，设施偷盗现象严重。

（四）体制不顺，水利建设“矛”“盾”突出。

在现行体制下要发展水利事业，全面加强水利建设，还存在很多方面的问题和矛盾。第一、队伍建设“青黄不接”。目前，县水务局水利工程技术人员缺乏，难以应付水利建设项目增长的需要；乡镇水务所技术力量就更加薄弱，最简单的测量施工也很少有人懂。第二、水利规划有待完善。多数乡镇、村没有水利规划或规划不完善，造成一些新建水利工程布局不合理，造成资源浪费或闲置，重复建设增加。第三、水政执法亟待加强。目前水政执法环境很差，执法力度太弱，对破坏水利设施行为处罚难。水政执法人员制止其行为多次受到围攻谩骂，水库管理人员对侵占毁坏渠道的当事人根本没有办法。第四、体制改革进展缓慢。目前中型水库管理体制改革虽然得到解决，但小一型水库管理矛盾多，水费收缴、水库负债等问题亟待关注解决。第五、水利工程立项艰难。水利项目申报前期费用大，专家评审、设计和相关费用动辄十多万，甚至几十万，水务部门负担较重，只能望洋兴叹。即使费尽九牛二虎之力批了个什么项目，也因配套资金难到位而实施艰难。

三、对策建议

如何增加农民收入一直都是被社会各界关注的问题，农业本身应该给农民更多效益这一点不容忽视，农业自身应该有一个良好的生产能力，这才是农村、农民、农业发展的基础。而在提高农业的产出能力的所有因素当中，水无疑发挥着基础性的作用。我县水利基础设施建设仍显滞后，远远跟不上快速发展的经济形势，水利基础设施投入与公路、电力等基础设施投入不相协调。要抓好新时期农田水利基本建设，应从以下几个方面努力：

（一）要转变观念，确定水利公益性质。

我县是农业生产县，各级各部门应充分认识到“水利是农业的命脉”，水利是国民经济的基础设施和基础产业，直接关系到社会公共安全、生态安全、粮食安全甚至国家安全。随着经济社会的发展，水利建设与管理工作的重要地位将愈加突出。必须确立水利事业公益性质，明确各级政府是水利建设事业的主体，必须有“为官一任、治水一方”的执政理念与追求，继续加强水利基础设施建设，不断提升水利的社会公共服务能力。

（二）要科学规划，明确水利发展目标。

要坚持以人为本和科学发展观，结合我县整个水系现状，和农田水利“十一五”发展规划，要以规划为主线，并根据总体规划的要求，研究出台具体的可操作性强的实施意见。坚持突出重点、因地制宜、量力而行、先急后缓的原则，对现有小型水利设施，特别是坝塘、管网、渠道等基础性设施拟定出分期分批改造计划，力争5年内基本改变全县水利设施现状。

（三）要齐抓共管，形成水利建设热潮。

要加大水利建设力度，必须发挥各级政府主导作用，把水利建设纳入“为民办实事”工作体系，加大该项工作的行政推动力，齐抓共管，掀起水利建设热潮。建议今后几年县政府每年都明确提出“水利建设年”的战略口号，每年都确定一个水利建设或水利工程管理重点，提出具体实施目标，量化明细考核指标，抓一把手，由一把手亲自抓，形成水利建设合力。象抓任何一项“一票否决”工作一样建立健全考核机制，全面实行一把手负责制和部门分工负责制，对全县的重点工程实行县级领导挂点包干负责制，把农田水利建设和管理工作纳入年度目标考核，实行现场验收，量化计分，兑现奖补的办法，对各地的水利建设形成客观的评价体系。

（四）要健全机制，保证水利发展投入。

全面改变我县水利设施现状，必须坚持统筹兼顾的原则，形成水利建设投入长期机制，从五个方面努力确保水利建设投入。一要争取项目支持。要认真做好项目前期储备工作，县里要出台奖励办法鼓励积极争取项目，统筹项目规划，整合国土、财政、扶贫开发、农业、水利等部门项目资金，着力解决农村小型水利基础设施建设中资金不足的问题。二要加大财政投入。财政预算要逐年加大对小型农田水利设施建设的投入，县人民政府要继续加大以奖代投力度，从粮食生产大县奖励资金中提取更高比例用于水利建设。每个乡镇要创新形式对水利建设实行以奖代投，充分调动群众建设水利的积极性。三要加强基金征管。加大水利建设基金、防洪保安基金征收力度，提高资金使用透明度，严禁擅开口子、私批条子、乱打招呼挪用专项资金，确保资金真正用在水利工程建设项目上。四要完善“一事一议”。充分尊重群众的首创精神，在群众自愿的基础上，把“一事一议”政策用足、用活、用好。要按照（国农改[2008]2号）文件精神，积极探索实施“一事一议”奖补办法，激发群众参与筹资投劳的热情。五要盘活现有资产。加快水利设施产权制度改革，通过承包、租赁、股份合作、拍卖等多种形式，鼓励农民、集体和社会民营资本参与农村水利设施建设投资，盘活现有水利工程资产存量。

（五）要积极稳妥，加快水管单位改革。

要确保中型水库公益类体制改革措施到位，纳入公共财政框架。通过严格的定编、定岗，建立能力素质强、技术水平高的精干管理队伍，推进水利工程管理的专业化、规范化和现代化。对小一型水库应列为准公益性水管单位，加大财政补助力度，保证水利设施公益性功能的正常发挥。创新水费收缴管理办法，逐步规范把公益性水利工程运行管理和维修养护支出纳入公共财政框架，力争从2010年起全面免收水费。

（六）要注重人才，强化水利队伍建设。

要打破常规畅通渠道，大力引进水利技术人才，要建立长效机制大力培训水利技术人才，通过培训、学习、交流和工作实践，解决水利专业人才匮乏的问题。县水务局要真正履行职能，提高服务意识，对新建水利工程要乐于奔走服务，敢于承担责任，精于技术指导。要大胆尝试，创新方法，积极探索组建专业水利工程公司，添置专业施工设备，大力引进新技术，破解新时期河道、坝塘清淤难题。要加强乡镇水务所建设，确保人员相对稳定，明确职能职责，充分发挥作用，使其承担起小型水利工程设施建设指导与管护的责任。

（七）要部门联动，加强水利工程管理。

要积极做好《水法》等法律、法规的宣传工作，不断提高全民水的法制意识。建议县人民政府出台《**县水利工程管理办法》，明确各乡镇和水管单位的主体责任。公安机关要严厉打击偷盗水利设备、器材等犯罪活动。水政部门要树立“向管理要效益、向执法要地位”的意识，提高行政权威性，理直气壮查处违法违规案件，确保水利设施功能正常发挥。

对兴办水利灌溉工程系统的探讨 篇6

摘要：坚决贯彻中央关于“三农”政策，农业是安天下的产业，“三农”问题始终是关系到改革开放成败的根本问题。而农业的命运落实在农田水利灌溉系统工程上，更是稳固农业发展的“基础的基础”，这个“基础”关系到“三农”政策落实成败的大事，本文论述了农田水利灌溉系统工程势在必行。

关键词：农田灌溉系统；势在必行

民间谚云：“人是铁，饭是钢，一天不吃饭饿得慌。”农业是生命之本，离开农业人就没有饭吃，就要饿肚子，难于生存，更谈不上社会稳定和经济发展，一切无从谈起了，这是人人都知道的普遍真理。

农谚曰：“农作物有收无收在于水，收多收少在于肥。”水利是农业的命脉，而水是靠农田水利灌溉系统工程流到地里，是农作物旱涝保收的重要保证，更是农业发展的基础，是提高农业综合能力的一项关键的重要措施，因此，落实农田水利灌溉系统工程势在必行了。

一、农田水利灌溉工程系统概况

随着气候变暖、水资源缺乏、自然灾害的频繁发生、人口骤增，人们吃饭成了问题，农业更加步履维艰和举足轻重，使占全国人口80%以上的农民致富奔小康迫在眉睫。农业的发展是靠水利把水资源灌溉庄稼。目前的农田水利灌溉系统工程已经不能适应农田灌溉的需求，阻碍了农业的发展和出路，已经到了不改不行的地步。

1、农田水利灌溉系统工程严重老化。农田水利灌溉系统工程一般始建于“人民公社”和“农业学大寨”（20世纪50年代至60年代）的鼎盛时期，由于勘测粗放――凭人按地形走向定位、规划狭窄――随心所欲、设计仓促――只顾眼前局部利益、经费不足――靠人海战术、配套不全一穷凑合、施工简陋――因地制宜、质量极差―根本无科技含量的“土法上马”工程，土沟土渠，渗漏十分严重，渠系利用系数极低，沟渠淤满泥沙和杂草丛生，每年要花费大量的人力、物力、财力，彻底挖沟清淤和除杂草疏通渠道，后期又缺乏维修和管理，经过几十年的运行，不少农田水利灌溉系统工程已超过规定的使用期，普遍老化損坏。大型灌区骨干建筑物的完好率不足35%，效益下降。中小型灌区以及农田水利灌溉现状更是令人担忧，导致输水效率低，渗漏损失大，本来水资源严重缺乏，更是雪上加霜。

2、重视农田水利灌溉系统工程不足。国家投建的大型农田水利灌溉系统枢纽工程基本上停留在过去的水平上，已经不能适应日益开荒造田和发展现代化农业水利灌溉系统工程的需求，农民常有争水、抢水、偷水等违法乱纪的事件发生。县、乡、村三级的农田水利灌溉系统工程经费不足。有的根本无经费，基本上维持现状。主干渠、支、斗、龙、毛渠年久失修，已是百孔千疮，顺其自然，过一年算一年。想节省经费，又不想掏腰包，美其名曰：“谁兴修水利，谁受益。”到头来，谁也没有必修水利，谁也没有受益，还是一个乱摊子。

县、乡、村各自为政，农民随意挖沟引渠，乱挖水口子，放任自流，灌溉系统工程遭到严重破坏，无人过问，长此以往渠道坍塌，水土流失，人身财产安全受到严重的威胁，农业旱涝无收。

3、农田水利灌溉系统工程令人堪忧。农田水利灌溉系统有关部门领导很少下基层，即使为了“使命”来了，也是走马观花、蝽蜒点水、敷衍塞责、草草了事，对存在的问题睁一只眼、闭一只眼，对农民反映的灌溉问题只是解释经势不足呀、自行解决呀，美名引导说：“谁兴修水利，谁受益。”给农民吃了一颗定心丸，算是推卸了责任，作了交待，问题丝毫没有得到解决。

有关领导干部不进使命：参观――写心得体会：检查――指示发号施令；考察――报告文章漂亮；调研――论文呱呱叫，胡编乱凑了一通，交了答卷，什么事也没有发生。

有关部门领导开会时头头是道，表示关怀和重视，会后全忘到了后脑勺，究其原因：①上级划拨经费不足；②经费被挪用，没有专款专用；③经费被腐化掉了；④往下转嫁：谁兴修水利，谁受益；⑤严重的官僚主义作风，拖而不办，其结果，一事无成，年复一年。农田水利灌溉系统工程失修和老化，失去作用。

二、如何兴办农田水利灌溉工程

以“三农”为本，农业的根本出路是农田水利灌溉系统工程，没有良好的灌溉系统工程，遇到今年干早、明年涝灾、后年饥荒，农民怎么增产丰收增效益，人民吃饭和穿衣得不到保障，自然会影响社会稳定和发展生产。

1、 依靠“三农”政策办实事。当今，农村的青壮年大部分外出打工，挣钱养家糊口。大多数老弱病残和妇女儿童留守在家里，种那几亩几分地，地少人多，粮食价廉，收入甚微。各自为政的小农经济，能指望农民搞什么“谁必修水利，谁受益”？现实么？只好抱着现有的农田水利灌溉系统工程年复一年凑合着过就行了。要兴办农田水利灌溉系统工程建设，关键在于有关部门的领导，简单地说：①重视；②力行；⑤办事；④落到实处，只有通过这“四道工序”，农田水利灌溉系统工程建设才有希望，才能得到发展。

这就要贯彻中央每年关于“三农”的一号文件精神，以科学发展观为指导思想，解放思想，破除禁锢的小农经济束缚，深化改革，创新机制，加强领导，精心组织，融于社会，顾全大局，统筹规划，措施得力，加大投入，明确权责，规范管理，依托优势，因地制宜，依法办事，增加收入，力行去做，落到实处，一定能够把农田水利灌溉系统工程建设搞好。

2、 立即着手从头做起。我国是以农业为主的经济大国，耕地面积大，地形复杂，缺乏水资源，土质各异。水土流失严重，农业现代化滞后，生产价值低廉，农田水利灌溉系统工程战线长和网状密，耗资大，尽管改革开放加大了农田水利灌溉系统工程建设力度，仍然远远满足不了农业发展的需要，况且农田水利灌溉系统工程建设不是一朝一夕和一蹴而就就能办好的事情，是一个长期投入、年年兴建、不断完善的宏大的工程，需要从头抓起、立即规划、马上动手、常抓不懈，才能改变农田水利灌溉系统工程落后和瘫痪的状态。

3、兴办农田水利灌溉系统工程建设势在必行。当今，科技兴农，致富奔小康的新形势下，农田水利灌溉系统工程仍停留20世纪50年代至60年代中徘徊，极大地阻碍了农业经济和周民经济的健康发展。在无农不稳、无工不富的改革时期，这真是逼上梁山，兴办农田水利灌溉系统工程建设势在必行，到了必须加大力度非办不可的地步。这就需要有关部门领导高度重视。以农为本，拿出办法，加大力度，长远规划，科学设计，采取措施，精心施工，保质保量，重点放在防渗――采用砼板或石头或戈壁铺砌防渗渠；跌水――落差适当，加大流量：闸门――多设，放水自如。总之，力行又好又快把灌溉系统工程建设搞上去。

三、兴办农田水利灌溉工程的重要性

我国是一个农业大国，农业生产为主，所以必然离不开农田水利灌溉工程的兴办。兴办农田水利灌溉不仅可以使得农业得到很好的发展，解决农民后顾之忧，而且还可以改善我国农业概况，加快我国进入小康社会的步伐。

结束语

随着改革开放时代，随着社会文明进步和发展，随着农业现代化的前进步伐，随着亿万农民致富奔小康。真正把农业搞上去，农田水利灌溉系统工程建设势在必行。

参考文献：

[1] 兴办农田水利灌溉系统工程势在必行 2009年10期.

[2] 刘雪梅，朱维斌.农田灌溉方式的经济学透视[J].节水灌溉，2003，（04）.

农田灌溉系统 篇7

水是农业的命脉,也是整个国民经济和人类生活的命脉。水资源状况和利用水平已成为评价一个国家一个地区经济能否持续发展的重要指标。我国是一个水资源相对贫乏的国家,年均降水量为630mm,低于全球陆面和亚洲陆面的降水量;年平均淡水资源总量为2.8万亿m3,人均占有水量仅2300m3,只相当于世界人均水平的1/4,居世界第109位,是世界上人均占有水资源最贫乏的13个国家之一;耕地水资源占有量28500 m3/hm2,为世界平均数的4/5。

2 农业用水现状及节水灌溉发展趋势

从全国对水资源量总的需求来看,在出现中等干旱的情况下,全国总需水量为5500亿m3左右,缺水量为250亿m3左右。若考虑供水中的地下水超采和超标准污水直灌等不合理供水因素,则全国实际缺水量在300~400亿m3之间。农业是我国的用水大户,约占全国总用水量的73%,但有效性很差,水资源浪费十分严重,渠灌区水的有效利用率只有40%左右,井灌区也只有60%左右,每m3水生产粮食不足1kg。而一些发达国家水的有效利用率可达80%以上,每m3水生产粮食大体都在2kg以上,其中以色列已达2.32kg。由此说明我国各种节水农业技术的综合应用程度还十分低下,与发达国家相比还存在着很大的差距。

目前,比较有发展潜力的节水灌溉新技术是:一是与生物技术相结合的作物调控灌溉技术。是从作物生理角度出发,在一定时期主动施加一定程度有益的亏水度,使作物经历有益的亏水锻炼,改善品质,控制上部旺长,实现矮化密植,到达节水增产的目的。二是应用3S技术的精细灌溉技术。就是运用全球卫星定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS),遥感技术(RS)和计算机控制系统,实时获取农用小区作物生长实际需求的信息,通过信息处理与分析,按需给作物进行施水的技术,可以最大限度提高水资源的利用率和土地的产业率。这是农田灌溉学科发展的热点和农业新技术革命的重要内容。三是智能化节水灌溉装备技术。就是把生物学、自动控制、微电子、人工智能、信息科学等高新技术集成节水灌溉机械与设备,实时地检测土壤和作物的水分,按照作物不同的需水要求来实施变量施水,达到最优的节水增产效果。

本文所设计的基于物联网技术的农田节水灌溉系统是将上述的三者进行有机的结合,在此基础上运用物联网技术,从而实现全自动化与信息化的节水灌溉系统。

3 系统结构设计

农田节水灌溉系统由土壤水分传感器、物联网终端采集单元、喷灌机控制终端、远程监控计算机系统组成。如图1所示。传感器埋入土壤中,直接获取地表下0~100cm各个深度处的土壤水分信息,并将其转化为0~5V模拟电压信号。物联网终端采集单元一方面用于采集传感器的土壤水分信息,另一方面利用GPRS网络模式将土壤水分信息传递给安装于监控中心的监控计算机。在一个农田节水灌溉监控系统中,根据需要,物联网终端采集单元可以有多个,每个采集终端可以作为一个土壤墒情固定监测站,分布在区域内不同的特征点处进行土壤水分信息采集。监控中心计算机循环接收各个采集终端发送的土壤墒情信息,监控计算机将接收到的数据与数据库中的农作物需水量进行分析、比对,从而形成最佳灌溉方案,然后由监控计算机将灌溉命令下发到喷灌机控制终端,喷灌机控制终端直接控制喷灌机以及深井泵等设备进行灌溉作业。系统结构图如图1所示。

4 系统功能特点

(1)系统管理,该部分对系统所有的数据表进行结构定义和维护;并对维持系统正常运行的帐户、权限、界面、系统运行参数、文件类别和属性等信息进行管理和维护;定义特定领域的知识规范。

(2)喷灌机控制,根据土壤墒情信息,系统制定灌溉方案,通过GPRS网络远程控制喷灌机,实现全自动灌溉。

(3)数据的查询检索功能,具有多种形式和途径的查询检索功能,并以图件、表格或其他形式输出查询结果。查询方式包括点位查询、空间查询和逻辑条件组合查询。

(4)数据采集单元自动定位,终端数据采集根据放置地点自动将经纬度数据发送至监控中心计算机,中心计算机在操作界面上自动确定并显示数据采集单元的布设地点。

(5)数据分析功能,针对不同属性进行不同区段的分析,结果以专题图形式提供,可供打印输出。

5 上位机软件结构

监控中心主要由网络服务器和土壤墒情数据处理计算机构成,具有Intemet公网固定IP,其功能是进行数据的实时接收、处理和显示。监控中心计算机软件采用亚控组态王作为开发平台。通过对组态王的二次开发,中心计算机可以实时采集数据并显示,形成数据库、报表,供灌溉预报及决策使用,依据监测数据计算灌水时间与灌水量,将监测与计算结果用图表、曲线显示或打印输出[1]。系统设计将从简洁易用的角度出发,其主要操作界面如图2所示。

6 物联网采集单元的设计

物联网采集单元的设计为本系统的终端采集单元,由于在农田灌溉上检测范围比较大,数量多、布点不固定并只在农耕季节使用等特点考虑,采集终端需要设计成可灵活移动、易于安装的方式,其次在每一个采集终端上安装GPS定位模块,使发送到监控中心计算机上的数据带有地理位置下标,中心计算机根据上传的数据的地理位置下标来确定采集点具体地理位置,从而实现准确的数据采集。另外,由于数据采集单元放置在农田里,采用“太阳能电池板+蓄电池”的形式为采集单元供电。

采集终端主要由MCU单元、采集单元、太阳能供电单元、通信单元、GPS定位单元等部分组成,其结构如图3所示。其中,采集单元利用土壤湿温度传感器采集土壤墒情数据,数据经嵌入式微控制器M C U(Micro Contro Uer Unit)处理后,通过GPRS网络发送至监控中心计算机上,中心计算机收集温湿度数据,并自动显示相关信息。土壤传感器输出的信号被信号调理电路处理后传送到子系统内部的模数转换器ADC(An Mog—to—Distal Convener)。MCU定时启动ADC,进行模数转换并取走数据,然后把经过处理的数据通过串行口传送到GPRS模块,并启动该模块将数据发送到GPRS无线网络。数据被G P R S网络接收后经由网关转送至Internet,最后被连接到Intemet的中心站计算机接收[2]。

采集终端的核心控制MCU是整个采集系统的核心,考虑到成本和处理性能的要求,嵌入式M C U选用ATMEL公司生产的低功耗8位微处理器ATmega128作为数据采集子系统的处理器芯片。该芯片硬件资源丰富,具有功耗低、功能多、价格便宜和性能强大等优点。在该终端中核心处理器ATmega128单片机通过COM0直接与GPRS模块相连接,完成对GPRS模块的初始化和基于GPRS网络的数据传输功能。系统中的GPS模块则通过ATmega128的COM1进行通信。ATmega128自身带有128K字节FLASH存储器,下位机程序可直接通过编程器下载到片内FLASH中。同时ATmega128再带4K字节的EEPROM存储器,传感器采集数据直接存放在EEPROM中。在该设计中采用的GPRS通信模块和GPS模块接口均为TTL电平接口,可以直接与ATmega128单片机的串行接口进行连接,接口电路如图4、图5所示:

嵌入式GPRS模块的供电为直流5V供电,TXD、RXD为通信接口,在本设计中可直接连接至AVR单片机的串行接口上,ONLINE为在线指示接口,当连接到网络以后该端口输出一个低电平信号,通过74ALS04进行反向以后驱动D1发光二极管,当发光二极管点亮以后便证明现在控制器已连接网络。GPS模块通过单片机的COM2口连接,如图5所示。

在该采集终端中,土壤湿度传感接口为0~5V模拟量接口,所以传感器选择昆仑海岸公司生产的JWSL一5VB保护型温湿度变送器,其输出信号为直流电压信号范围为0~5V,温度与湿度信号从各自的通道输出,相互独立。传感器输出的信号经过线性转换处理后输入到ATmega128的ADC1引脚,由ATmega128内部的ADC进行模数转换。ATmega128内部的ADC具有8个通道,每通道的分辨率为10bit,输入电压范围为0~5V,能够满足该系统数据巡回采集的需要。传感器信号调理及与ATmega128的接口电路如图6所示。传感器输出的电压信号进入该电路之后,首先经过低通滤波。传感器输出的电压信号本身可能有不稳定因素,加上经过长电缆传送,此过程中还会受到其他设备的干扰,很多中高频噪声叠加到信号中,所以在信号进入处理器的ADC之前,先通过低通滤波器尽可能地把噪声和干扰滤除。这里使用一阶RC低通滤波器进行滤波,截止频率为15.92Hz,可以有效地衰减中高频干扰成分,较好地反映出信号的变化。传感器输出信号通过滤波器后,再经一级电压跟随器缓冲,由R1和R3组成的分压电路转换成0—4.09V的电压信号后,再经一级缓冲,最后送人处理器的ADC1端口(温度信号送ADC1,湿度信号送ADC2)[2]。

7 结束语

本文设计的基于物联网技术的节水灌溉控制系统依据土壤墒情和作物需水情况制定最优灌溉方案,对作物实行按需灌溉,最大限度的降低水资源的消耗,缓解水资源日趋紧张的矛盾,并且还为作物提供了更好的生长环境,充沛发扬现有节水配备的作用,优化调度,提高效益。

摘要：干旱缺水是制约我国农业生产发展的主要因素之一,随着现代化大农业方针的推进、水资源日趋紧张,为有效的解决农业用水问题,本文介绍一种基于物联网技术的农田节水灌溉系统,本系统通过实时采集土壤水分数据与农作物的需水量进行并联分析,制定最优灌溉方案以实现按需灌溉,从而合理的利用水资源,同时也最大限度的降低电能的消耗。

关键词：节水灌溉,物联网,GPRS,GPS

参考文献

[1]常波,基于无线传感器网络的节水灌溉智能监测系统设计[J].安徽农业科学,2010,38(27):23.

农田灌溉系统 篇8

实时灌溉预报是指根据土壤水分状况、气象资料、作物生长状态等实时信息对灌区内作物根区短期或逐日的水分变化进行准确预报,当作物根区土壤含水率或田间水层低于适宜作物生长的下限时,对作物进行适时、适量灌溉,它是实现灌区计划用水的关键。在灌溉用水决策支持系统的辅助下,计算机根据实时灌溉预报的结果,结合灌区的渠系分布、渠道水力特性、 作物种植结构、轮灌组划分以及水源来水量等信息作出准确的灌溉决策,包括灌溉的起始日期、延续时间、灌溉定额以及灌溉用水决策方案实施后对灌区产量、经济效益和环境的影响等方面的评价,从而为灌区用水管理提供科学的依据。实时灌溉预报与灌溉用水决策支持系统在灌区用水管理中的应用能够有效地指导灌溉,提高灌溉用水效率,促进节水型农业的推广和普及,对加快我国灌区信息化、智能化管理模式的发展具有重大意义。

决策支持系统由数据库子系统、模型库子系统以及人机交互子系统三部分组成,最初由美国科学家Scott Morton在20世纪70年代提出,90年代开始应用于灌溉管理。随着计算机技术、遥感遥测技术的进步,专家系统、3S、GIS等技术相 继引入决策支持系统,灌区用水管理决策软件的研发与应用取得了长足发展[1]。Joshi(1995年)通过模拟 作物根系 吸水,考虑土壤中的边界条件和水分平衡原理,实现了土壤水分动态变化过程模拟,基于此提 出了灌溉 决策软件CROSOWAT[2];Cabelguenne(1994年)提出EPIC-PHASE,在EPIC模型的基础上增加了部分新参数,考虑水分胁迫对作物的影响,并据此做出灌溉决策[3];Mateos(2002年)基于简单的水量平衡模型构建了灌溉用水管理工具SIMIS,帮助决策者制定短期或中长期的不同灌水方案,并提供不 同方案的 对比分析,选定最优 方案[4]; Bazzani(2005年)提出了可进行多尺度分析的灌溉决策支持系统DSIRR,该系统可比较分析灌水决策、水价、水管理政策以及水源限制等对灌溉效果的影响[5]。

我国关于灌溉用水管理软件的研发起步较晚,经过20年的发展也取得了较大的突破。汪志农(2002年)、夏继红(2001年)、杨宝祝(2002年)等人分别开发了基于不同尺度上的节水灌溉管理的专家决策系统[6,7,8];顾世祥等(1999年)开发了霍泉灌区灌溉用水决策支持系统,根据灌区基本数据和实时信息, 模拟田块中土壤水 分动态,实现了适 时、适量灌溉[9];王玉宝 (2006年)、王军(2006年)等将GIS技术引入灌溉管理,利用其强大的图形显示和空间分析功能,促进了灌区用水管理的现代化[10,11]。结合“九五”国家科技 攻关项目,本课题组 开发了实 时灌溉预报及灌溉用水实时调配决策支持系统[9,12],该系统先后在山西霍泉、山东陡山、湖北漳河 等灌区得 到应用,从2008年至今,通过漳河灌区的应用,本系统在模型结构、实现功能、 数据库结构及软件系统设计等方面得到较大改进,本文对有关内容进行介绍,以期为类似工作提供参考。

1系统功能设计

本系统主要实现以下几方面的功能。

(1)实时灌溉预报。在正常运行模式下需调用实时灌溉预报模块。该模块根据灌区片区的划分(一般为支渠控制范围), 以任意一天作为起始日(以往的系统多以每旬的第一天为起始日),根据普通的短期天气预报资料(晴、昙、阴、雨四种天气类型)预测未来10天内不同 片区作物 的需水量、田间净灌 溉定额、各条渠道所需的毛灌水量等。

(2)渠系动态配水。该模块根据实时灌溉预报的结果,制定动态配水计划,将灌溉水量适时适量供到制定田块。根据灌区内的渠系特性、轮灌组划分以及灌溉水利用系数等资料制定科学合理的动态配水计划,包括不同干支渠的灌溉次数、渠道流量、开闸时间、灌溉延续时间、灌溉终止时间等。

(3)人工干预。根据灌区内的实时反馈信息,对灌溉预报过程及动态配水计划进行修正,使作物灌溉需水及实际配水与生产实际相吻合,便于实施配水调度,而在很多类似系统中往往忽视这点,使得系统给出的调度方案不便于实施,最后被弃之不用。人工干预过程具体通过 以下三个 方面实现。1直接利用实时观测信息对系统模型库中预测模型的“初始状态”进行修正,如利用土壤墒情、田间水位遥测系统反馈的实时信息或人工实测资料对起始日的土壤水分状况、田间水层等信息进行初始化,重新运行模型更新配水计划。2通过修正过去10天内的预测结果实现对系统模型库中预测模型的“初始状态” 进行修正,如根据过去10天内的实测气象资料以及实际的灌水信息(灌水定额、灌水时间 等)对作物的 需水量进 行逐日修 正,实现对新一轮预测的“初始状态”的修正,从而更新动态配水计划。3直接修正系统的动态配水计划,如根据水库可供水量、渠道流量实时遥测信息以及用户实际需求等实时信息对动态配水计划进行调整,并输出最终的动态配水计划。

(4)中长期灌溉需水量预测。根据历史及当年已有的气象资料等信息,建立主要灌溉作物灌溉需水量预测模型,为灌区制定年灌溉用水计划及水库调度方案提供依据。

(5)作物中长期产量预测和配水方案优选。根据作物产量与同期气象、灌水量、作物种植结构及农业生产等统计资料,建立作物产量与其主要影响因子之间的关系,应用中根据气象进行灌溉需水量的预 报,然后综合 考虑气象 及预报的 灌溉需水 量,对作物丰产产量进行预测。同时建立作物水分生产函数模型,依据作物水分生产函数模型,预测不同配水方案下的作物产量,以作物减产损失最小为目标,对有限供水条件下的配水方案进行优选。

(6)支持按用户需求模式实施配水。实时灌溉预报需要比较详细的气象、土壤、作物等方面的实时信息,有时由于信息监测系统获得的信息不满足要求,或者管理原因(比如某些用水户不交水费而导致不能及时供水),无法获得实时灌溉预报的灌溉需水过程,此时可直 接调用 “用户需求 模式”进行动态 配水。该模式下,根据灌区内用水户提交的需水信息(所属渠段、 需要灌水量、灌水起止时间等),系统自动统计分类,按照时间相近集中供水的原则,制定用户需求模式下的动态配水计划。 该模式下,无需运行实时灌溉预报模块,只针对不同用水需求作出合理的灌水决策。

(7)数据查询、编辑以及打印输出。系统运行结果以图表形式显示,可对系统数据库中的数据进行增加、删除及查询等操作,并支持打印输出,如不同时期内的灌水档案、气象资料、 产量等历史信息的查询、显示、导入以及输出等功能。

2系统结构

2.1系统逻辑结构

逻辑结构是指决策支持系统如何控制程序运行,如何体现决策者的决策意图。本系统的逻辑结构见图1,系统运行的基本步骤及其人工干预过程如下。

(1)选择系统运行模式并登录主界面,指定任意的预报起始日期,系统默认的预报起始日期为当前系统日期。

(2)输入灌区的基本信息,支持用户对灌区内基本信息数据库进行导入、导出、删除、增加等操作。灌区的基本信息包括初始含水率、气象资料、作物生长资料、渠道工程资料等,系统初次运行时需要输入或导入大量灌区基本信息,其后只需输入少量实时信息。

(3)系统根据用户的需求和操作指令调用模型库子系统, 完成灌水预报、动态配水、灌区产量预测、灌区中长期灌溉需水量预测等功能,并输出运行结果。

(4)用户根据实际情况(水源来水量、渠道流量反馈信息、 轮灌组调整、用水户要求等信息)对系统运行过程进行人工干预,包括渠系动态配水过程干预、配水方案选择等操作,如对动态配水结果中的灌水中间日、放水延续时间、可供流量等进行人工调整,重新生成调整之后符合实际情况或用户需求的配水结果。

(5)当实际供水不能满足灌溉需求时,系统为用户提供多种灌溉方案,并对不同灌溉方案下的作物产量进行预报,从而为用户提供优选灌水方案,使灌区粮食产量减产最小,保障灌区基本粮食生产。

(6)输出或打印最终结果,系统结束运行。

2.2数据库系统

在灌区建设信息管理中心,搜集并汇总灌区内的实时监测信息、气象资料以及灌区历史资料等信息,并通过数据库管理系统导入数据库,利用数据处理辅助系统对数据库中的数据加工存贮。包括灌区基本概况、渠道工程资料、季节资料、作物资料以及实时信息资料等。系统采用Microsoft Access作为数据库,采用VB中的Ado Data控件和ADO对象连接 数据库,运用SQL(Structured Query Language)语句实现数据库的查询、 增加、删除等编辑功能。

3数学模型

3.1参考作物蒸发蒸腾量预报及修正

采用逐日 均值修正 法进行逐 日参考作 物蒸发蒸 腾量 (ET0)的预报,具体预报采用指数模型[13]。ET0的修正模型是指根据实测气象资料对过去10d的逐日ET0进行修正,最终实现对初始 含水率的 修正,ET0的修正模 型采用PenmanMonteith公式[14]。

3.2实时灌溉预报

(1)实际作物需水量实时预报。作物需水量计算采用间接方法,即:

式中:ETci、ET0i、Kci、Ksi分别为第i日实际作 物蒸发蒸 腾量 (即作物需水量,mm/d)、参考作物蒸发蒸腾量(mm/d)、作物系数和土壤水分胁迫系数。

(2)土壤含水率实时预报。采用土层水量平衡法实时预报土壤含水率。数学表达式为:

式中:Wi-1、Wi分别为第i-1、i日土壤计划湿润层的蓄水量; Pi为i日降雨量;Ii为第i日灌水量;Vi为第i日土壤计划湿润层的侧向补给量;Ki为第i日地下水对土壤计划湿润层的补给量;ETci为第i日作物蒸发蒸腾量;Roi为第i日地面径流量; Qi为第i日土壤计划湿润层侧向流出量;Gi为第i日深层渗漏量。所有变量单位均为mm。

(3)灌溉预报。根据作物的需水规律及生长特性,在作物不同生育阶段设置适宜的土壤含水率上、下限,当预测的土壤含水率低于适宜土壤含水率下限时即作为灌溉起始日期。净灌溉定额按公式(3)计算。

式中:H为土壤计划湿润土的深度,m;θ上为i阶段适宜土壤含水率上限,m3/m3;θ下为i阶段适宜土壤含水率下限,m3/m3。

3.3渠系动态配水

灌区内各支渠控制范围内的水源条件、灌溉面积、各级渠道的供水能力等存在差异,轮灌组的划分十分必要。因此,系统需要对不同轮灌组的灌溉起始日期、灌溉延续时间、灌溉流量等进行实时动态 调整,最大程度 地满足整 个灌区的 灌溉需求。各轮灌组的延续时间按公式(4)初步确定。

式中:Ti为第i轮灌组灌水 延续时间,h;Tij为第i轮灌组第j支渠所需灌水延续时间,h。

放水延续时间初步确定后,还应反算各级渠道输水流量, 倘若实际流量大于1.2Q设,或者小于0.4Q设,则须延长或缩短放水时间。Q设为渠道设计流量,m3/s。

3.4中长期灌溉需水量预测

中长期灌溉需水量的预测主要是毛灌溉定额的预测,作物毛灌溉定额受到很多因素的影响,如温度、日照等影响作物蒸发蒸腾量的随机气象因子的影响;渠系水利用系数(取决于工程状况及管理水平)、田间水利用系数(取决于灌溉技术、田间管理、种植技术)等人为因素的影响;还受到作物品种及管理水平提高等趋势的影响。为此,可将其划分为两个部分,即:

式中:m毛为作物毛灌溉定额;m趋势为作物毛灌溉定额的趋势项,主要反映人为因素对毛灌溉定额的影响;m气候为作物毛灌溉定额的气候项,是指气象因素对作物毛灌溉定额的影响,通过分析毛灌溉定额与同期主要气象因子之间的关系得到。

实际应用中,毛灌溉定额的趋势项在某个特定阶段已知, 代入实测或预报的气象资料后即可计算毛灌溉定额的气候项, 从而对毛灌溉定额进行预测。

3.5中长期作物产量预测

(1)丰水条件下 中长期作 物产量预 测模型。在丰水条 件下,不考虑灌水量对作物平均单产量的影响,此时作物中长期产量主要受到气象因子的影响,汪文超等(2014年)据此构建丰水条件下中长期作物产量预测模型[15],即:

式中:Y为每公顷平均产量,kg/hm2;Y趋势为每公顷平均产量的趋势项,kg/hm2;Y气候为每公顷平均产量的气候项,kg/hm2。

实际应用中,趋势产量在某个特定阶段已知,代入实测或预报的气象资料后即可计算丰水条件下的产量。

(2)供水不足条件下中长期作物产量预测模型。以全生育期作物水分生产函数模型为基础,构建每公顷平均单产量与灌溉水量之间的函数关系,即:

式中:y0为正常灌溉条件下中稻的平均产量,kg/hm2;y为受旱条件下中稻的平均产量,kg/hm2;w0为正常灌溉条件下中稻的灌溉定额,m3/hm2;w为受旱条 件下中稻 的灌溉定 额,m3/ hm2;a、b、c均为拟合系数。

实际应用中已知整个生育期单位面积可供水量,即可代入式(7)对生育期产量进行预测。

4软件系统开发与应用

本系统摒弃原系统的LOTUS宏语言[12],改用Visual Basic程序开发语言,设计了简洁、直观的人机交互界面,结合Microsoft Access数据库+SQL(Structured Query Language),在Visual Basic 6.0软件环境下开发而成。经过多次测试运行,该软件能够兼容Windows XP/2000/2003/2007操作系统,且运行稳定。硬件要求CPU为Intel? 或其兼容 机,内存2GB以上,硬盘剩余空间20GB以上,图形工具要求1024×800或更高分辨率,鼠标、打印机及其他兼容设备。

本系统应用于湖北漳河灌区杨树垱试验区,试验区内渠道系统完整,土壤墒情监测、渠道流量监测、自动控制闸门等设备比较完善,本系统投入运行之后改善了传统的灌区用水管理模式,为灌区的管理者提供了较好的灌水决策辅助,适时适量灌溉的同时节省了大量的劳力,取得了良好的效果。

5结论

本系统是基于课题组十余年的研究成果对老一代的实时灌溉预报及灌溉用水决策支持系统进行改进和更新升级而成, 功能更强大,具有以下特点:

(1)系统的起始预报日期为任意一天,预报更加灵活,不再拘泥于每旬的第一天。

(2)支持充分和非充分供水条件下作物中长期产量预测、 灌溉需水量预报等功能,通过水分生产函数关系分析不同供水方案对产量的影响,在供水不足条件下优选供水方案,为灌区决策者在保证基本粮食产量的前提下合理配置水资源提供了重要依据。

(3)支持两种运行模式,考虑了用水大户特殊的灌溉需求, 使供水目标更明确,灌溉用水管理更灵活、切合实际。

(4)运用了大量的对话框和图表,支持人工干预配水过程, 融合了土壤墒情、渠道流量等实时监测反馈信息,极大地增加了人、机互动性和友好性。

(5)界面简洁、操作简单,大部分核心模块都能直接运用到其他灌区或不同作物,具有较强的普适性,易推广。

日光温室的灌溉系统 篇9

是一种最适合日光温室灌溉、省时、省工的灌溉系统, 目前在我国得到广泛的应用和推广。它的优点有:

1.可节约水肥60%~70%。

2.此套系统可降低温室内空气温度, 提高地温, 从而有效降低作物的发病率, 节省农药投入并提高产品品质和产量。

3.可按需供给作物适时适量的水分和养分, 保护土壤结构, 维持土壤固、液、气三相的最佳比例, 利于作物根系发展, 有效提高作物的抗逆性。

4.容易与现有灌溉条件配套, 并可应用于不同尺寸和规模的温室。

5.不同长度的温室可选不同的首部控制, 提高棚内的灌水均匀度, 适合种植者在同一棚内种植不同作物。

6.降低劳动强度。灌溉时间保持干燥, 不影响其他农事作业。

二、系统组成

通常系统由以下几个部分组成:

水源:蓄水池、潜水泵或加压泵。

首部控制:主阀门, 过滤器, 分水阀和弯头、三通等。

灌水管线:主管为聚乙稀薄壁管, 滴灌管:外径12, 壁厚0.6毫米, 滴头间距30厘米, 滴头设计流量1.6升/小时。

安装和施工:

1.水源准备

用户需要在当地准备蓄水设备:容积500升左右的水罐 (或蓄水池大小2立方米左右) , 水罐 (蓄水池) 底部设一排污阀, 在有压灌溉系统中, 应安装一个扬程为18~22米, 流量为3.6~3.8立方米流量的潜水泵或加压泵。

2.安装前的准备工作

在系统安装前, 用户应做好以下准备工作。

准备工具:钢锯, 剪刀, 皮卷尺, 24″活动扳手, 手套, 生料带等。

安装步骤:

(1) 首部安装:首先在货物存放仓库将首部连接好。温室内的安装分以下几个步骤进行: (2) 将连接好的首部小心地安装在水源接口处。 (3) 布置主管道 (32毫米聚乙烯薄壁管) , 同时也要注意不同的温室长度布置不同的主管道。 (4) 打孔:在主管道上打孔时要小心操作, 一定要将孔打在同一条直线上, 不能错位, 且不能将管壁打透。 (5) 安装旁通和滴灌管及堵头。

操作规程与注意事项:

1.在开始操作前, 将所有的阀门关好, 然后将可溶性肥料完全溶解后倒入水罐 (蓄水池) ;

2.按分灌区逐一打开分灌阀分区灌溉 (注意不要同时打开所有分灌阀) ;

3.每次灌溉完成后用清水清洗管路10~15分钟;

4.每个月应定期清洗管路 (打开滴灌灌末段冲洗) ;

5.每个灌溉季节开始时应事先检查每个系统的完损程度;

6.严禁使用大流量, 高扬程的提水设备工作;

7.严禁使用不可溶肥料或农药;

维修与保养:

1.水源的保护:避免水中生长藻类和活体动物。每茬结束后或污物严重时, 应清洗水罐 (蓄水池) , 要经常打开排污阀排污。

2.过滤器的清洗:每两周清洗一次 (或根据水质情况定清洗时间) , 清洗方法:将纱网取出, 放入清水中上下晃动。如果严重堵塞, 可用软毛刷刷干净。清洗时一定要小心, 不能损坏纱网。

3.在溶解肥料时, 不要将固体肥料直接放入肥料罐, 应在罐外充分溶解, 再将清澈肥液倒入罐内, 平时蓄水池 (罐) 应盖好。

农田灌溉系统 篇10

1 双音多频(DTMF)技术

双音多频(DTMF)是在通信中实现电话号码快速传输的一种可靠技术,它以其很强的抗干扰能力和较高的传输速度广泛用于电话通信系统和数据通信系统。这种技术是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。信号对传链路的质量要求较低,且不会出现错号的现象。一般在控制系统中有10个数字键和6个功能键*、#、A、B、C、D。在信号的传输过程中,需要信号的发送方将要发送的号码转换成一对双音多频信号送至线路传输,信号的接收方需要将接收到的双音多频信号还原成控制数据信号进行识别,从而达到控制目的。

2 系统主要硬件构成

2.1 DTMF无线通信

无线服务器与田间控制器、数据采集器之间的数据通信时基于DTMF技术的无线远程通信,DTMF即双音多频,具有易识别、抗干扰能力强、传输数据量小等优点,本系统采用MITEL公司的MT8880芯片来编解码DTMF信号。MT8880具有与微控制器相连的数据总线接口,可直接由单片机控制,内部包含5个寄存器,由引脚RSI和R/W进行选择,MT8880与单片机接口如图1所示。

DTMF信号由TONE脚输出,IN-脚输入,R2/R1的值决定内部接收运放的放大倍数,比值越大接收灵敏度越高。电阻R4和电容C2的值影响接收数据的稳定性,D0~D3数据口输出锁存器的更新时间与(R4·C2)的值成正比,若(R4·C2)的值偏小会导致DTMF信号解码后数据抖动,造成接收错误。

MT8888系列是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP芯片[3],MT8880具有6种工作模式,由内部控制寄存器CRA、CRB进行切换。当同时工作在DTMF发送模式和突发模式时,MT8880向外发送持续(51±2)ms的DTMF信号;当工作在DTMF接收模式时,通过读取MT8880内部状态寄存器SR的D2位判断接收数据是否有效,并由D0~D3送入解码后的数据;当同时工作在呼叫处理模式和中断模式时,MT8880通过IN-脚检测忙音信号,并由IRQ/CP脚输出同频率的方波供单片机识别。

2.2 单片机控制单元

本系统由于硬件模块较多,软件设计需要大量数据和运算,决定其需要一款存储空间较大的单片机,这里采用STC公司的STC89C52单片机。STC89C52单片机是采用通用8051内核的增强型51单片机,指令代码与传统51单片机完全兼容;含8K Flash程序存储空间,可充分满足空间需求;32个双向输入/输出通用I/O口;6个中断源支持2层中断嵌套;内部自带看门狗和EEPROM;特别方便的是通过串行口可直接下载程序,无需专用编程器和仿真器,大大降低开发成本。单片机程序主要包括与上位机软件的通信、MT8880的控制、阀门驱动等功能的实现。程序开始时首先对系统进行初始化,主要是对中断、变量和标志位等进行定义、设置以及ROM指令的读取。初始化完毕后进入运行状态,需要时刻监控DTMF信号和通信标志。当系统接收到有效的DTMF信号时即进入指令对比流程,随时根据指令要求进行阀门开闭、状态查询、故障检测和数据采集。

2.3 硬件结构特点

系统模块化设计,可以根据用户需要灵活组合和功能增减,软件界面根据实际竣工图制作,软件界面上控制器、阀门、数据采集器的位置与实际地块位置对应,操作直观、维护简便,控制器采用“防呆”设计,各接头一一对应,接错插不进去,无需专门人员安装和操作,一般农民经过简单培训后就可以现场安装和使用,首部电脑对各控制器和数据采集器的状态进行实时跟踪,有故障自动告警,用户自行更换故障模块,不需要技术人员现场服务,模块先更换后维修,不耽误用户使用。各田间控制器还可以作为数据再生中继器,对无线信号进行中转和接力,可以无限扩大无线通信的距离,从而解决了无线控制受距离影响的难题。

3 系统控制软件设计

3.1 控制面板

软件视图(图2)根据项目实际竣工图制作,图上每一个编号代表一个阀门,绿色表示阀门处于开启状态、红色代表阀门处于关闭状态,黄色代表阀门通信故障。

阀门可以分区管理也可以单个开启或关闭,阀门编号由用户根据喜好或使用习惯自行定义。

3.2 视图控制

视图控制(图3)是指直接在地图上选择要控制的阀门,当选择“按灌区选择设备”时,只要选择灌区中的一个阀门其整个灌区的所有阀门都会被选上,然后对所选择的阀门作“开阀”或“关阀”控制,在“施肥情况”栏输入肥料使用情况,将会一并记录数据库,供日后查询和报表生成。

3.3参数面板

参数面板(图4)主要用于新增阀门的录入和阀门控制关系的设置。

3.4 列表视图

列表视图(图5)主要是以表格的形式来显示阀门工作状态,和工作记录。

3.5 历史视图

历史视图(图6)主要用于历史数据查询和各种报表生成,主要生成的报表有:各阀门或轮灌区阀门开启时间,施肥数据统计等。

4 结束语

本系统设计已制作为实际电路,各模块经调试后均能正常工作。实际使用结果表明,系统可由操作者发出指令码控制田间阀门开闭。该系统主要是针对农业田间灌溉的实际需求设计,功耗低、抗干扰、防雷击、可靠性高,功能实用。

本系统已成功地应用于柳州市桂中农场思源公司甘蔗“双高”基地设施农业智能化信息管理系统建设高效节水灌溉示范项目中。系统经过实施对面积1520亩甘蔗地共8次24天自动定时地埋滴水灌溉运行证明:设计合理、开发周期短、运行稳定、节水效果明显,既减轻了工作人员的劳动强度,又提高了自动化管理水平,相比较比人工管理效率提高8倍以上,具有较高的实用和推广价值。

摘要：文章阐述国内外田节水灌溉采用监控的种类、技术现状及存在的不足,研发基于DTMF技术的农田节水灌溉远程自动控制系统,并开展系统基于DTMF技术的硬件、软件设计研究,系统通过实际使用表明;设计合理、开发周期短、运行稳定、节水效果明显,既减轻了工作人员的劳动强度,又提高了自动化管理水平,相比较比人工管理效率提高8倍以上,具有较高的实用和推广价值。

关键词：DTMF,灌溉,远程,自动,系统,设计,应用

参考文献

[1]宋培卿,陆昊,胡钢.节水灌溉远程控制系统的结构及其通信设计[J].河海大学常州分校学报,2003,17(2):59-63.

[2]郭旭,魏加元.基于DTMF信号的数据传输技术[J].工矿自动化,2004(4):27-29.

农田灌溉系统 篇11

近二十多年来，随着人口的增加，国民经济的高速发展及工业化、城市化进程的加快，城市与农村、工业与农业争水的矛盾越来越突出，造成农业水资源的严重缺失。有专家预测，21世纪水资源短缺对我国农业和农业经济发展的制约作用可能超过耕地资源。因此，在工农业生产中合理用水、节约用水已成为当今最重要的研究课题之一。

温家宝总理在今年的政府工作报告中指出，要加快农业科技进步，加强农业农村基础设施建设。要搞好灌区配套改造和小型农田水利建设，大力发展节水农业，加大土地开发整理复垦力度，大规模建设旱涝保收的标准基本农田。

张家口冀雨科技有限公司于2009年在时代的大背景下应运而生，是一家以科技创新为企业发展的根本推动力，专业从事节水灌溉控制、精准农业测控及信息系统平台的高科技公司，目前已拥有多项国家发明专利，技术居国际先进水平。总经理赵致钧毕业于兰州大学物理系，从事计算机相关应用开发二十几年，醉心于计算机技术开发，针对我国节水灌溉控制器高端市场被国外产品统治的局面，他不甘心，立志成为中国国产节水灌溉高端市场的佼佼者，打破国外产品一统天下的局面，为我国农业提供实用的、用得起的最新技术产品。技术创新首先是观念的突破。经过分析研究，赵致钧决定不开发跟随产品，而是充分利用目前世界先进技术，开发更适合我国客户当前需求的产品。

经过三年的努力，冀雨实现了的第一个目标—开发出了“基于智能手机的节水灌溉智能控制系统”。该系统具有完全自主知识产权，是将当前最先进的物联网技术应用于节水灌溉，其原理是通过远程无线与本地近程无线通信的无缝连接，建立基于智能手机的远程无线测控平台、中间件以及智能手机客户端，实现了对节水灌溉系统特别是中心支轴式喷灌机的不限距离的远程控制和实时状态监测。这是我国首个将物联网技术应用于节水灌溉的实用产品，解决了大到大型农场、小到个体农户都感到非常迫切需要解决的节水灌溉费时费力费人工的问题。该套产品填补了国内空白，达到国际先进水平，一推出就受到国内农业科研单位和农场客户的欢迎。

该系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要包括服务器、智能手机或PC机，以及田间集控器、中心控制器、泵控制器、阀控制器以及各种智能无线传感器等。软件系统包括灌溉助理服务器软件和客户端软件（见图1）。

为管理方便，灌区的全部喷灌机可分成若干组。每组中心支轴式喷灌机配一台SS2001田间集控器和一台SS6501中心控制器；中心支轴式喷灌机的每一塔架配一台SS6731塔架传感器；每台水泵配一台SS6601水泵控制器。可选配SS6711无线智能液体压力传感器、SS66712智能无线土壤温度传感器、SS6715 无线智能雨量传感器、SS6713 无线智能土壤水分传感器，以实现种植环境的全面检测，并进一步实现根据环境的自动灌溉控制。

锦囊谷? 灌溉助理客户端通过操控界面获取操作者发出的操控命令，通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）或宽带网络将其发给锦囊谷?灌溉助理服务器；锦囊谷?灌溉助理服务器通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）将操控命令传给水手?SS2000系列田间集控器；水手?SS2000系列田间集控器转化为本地命令，通过本地无线网络将操控命令发给水手?SS6500系列中心控制器或水手?SS6600系列泵控制器、阀控制器；水手?SS6500系列中心控制器或水手?SS6600系列泵控制器、阀控制器执行控制命令，实现对中心支轴式喷灌机或泵、阀的远程操控。

另一方面，系统中的水手?SS6700系列智能无线传感器将采集的现场数据通过本地无线网络传给水手?SS2000系列田间集控器，水手?SS2000系列田间集控器通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）将数据传给锦囊谷?灌溉助理服务器，锦囊谷?灌溉助理服务器通过运营商远程无线网络（GSM/GPRS/3G）或宽带网络将数据传给锦囊谷?灌溉助理客户端，锦囊谷?灌溉助理客户端以易于理解的界面显示出来。锦囊谷?灌溉助理服务器同时记录操控的历史和传感器采集的现场数据历史，供查询、统计、分析之用。具体工作过程如图2所示。

该系统主要功能：1.通过智能手机远程遥控，可实现中心支轴式喷灌机电源通断，机组启停，行走方向和运行速度，以及水泵运行和停机等远程控制；2.在智能手机上显示中心支轴式喷灌机的运行状态；3.实时检测电压、水压、地温、土壤湿度；4.一部手机可远程控制多台中心支轴式喷灌机；5.一台中心支轴式喷灌机也可受控于多台智能手机；6.当中心支轴式喷灌机的某一塔架发生故障，系统会向发送智能手机报警；7.可在手机上进行参数配置；8.可设定为自动控制模式，在此模式下，通过依据实时测量的土壤湿度等环境因素自动控制灌溉。9.查询统计灌溉过程，以及降雨、光照、地温、土壤水分等环境的数据历史。

冀雨灌溉助理系统的特点：1.全程无线连接，省去布线的投资、施工的时间和线路维护的烦恼；2.操控界面全中文，傻瓜化，操作简单；3.遥控距离不受限制，只要有手机信号的地方就可以控制；4.检测控制操控顺序，保证不出现误操作；5、进入操控界面时，自动侦测并显示当前喷灌机状态；6.发生报警时，提醒信息自动定时重发，直到得到报警处理的响应，保证报警及时得到处理；7.内部身份认证机制，保证操控独立性和安全性；8.完全保留传统操控方式，在智能控制系统发生故障时，还可使用传统手工方式控制；9.具备全自动控制模式，在此模式下系统无需人工干预；10.具备自检测功能，维护简单易行。

基于声发射农业智能灌溉系统 篇12

1 系统实现原理

本系统利用作物声发射检测技术获得农作物是否缺水以及水分亏缺程度, 并利用物联网技术组建Zig Bee无线网络, 实现对农作物生长环境监测, 同时根据不同农作物生长的不同时期综合判定, 实现农作物自动灌溉。

1.1 常用农作物水分检测方法分析

一直以来, 人们探讨了很多不同的方法对农作物需求水分进行监测。如李震等人使用土壤含水率传感器直接测量土壤含水率, 选用美国Decagon公司的ECH2O系列电容型土壤含水率传感器EC-5 (Decagon Devices, Pullman, MA, USA) 。杨世凤等人则更多地着重作物水胁迫声发射检测研究。还有很多其他的传统技术方法如灌层温度检测、作物光谱反射率检测、茎杆直径微变化检测、植物蒸腾速率检测等等。

利用声发射信号检测技术。水分运输的内聚力理论阐述了水在土壤-植物-大气连续体系统中的运输是处于一定的负压力或张力下的。土壤变得干燥时, 张力就相应地增加, 当超过一个极限值时, 由于水分子间的内聚力失效或对导管壁的附着力失效, 水柱的连续体就不能再保持下去, 从而发生断裂或抽空, 这称之为植物木质部的空穴现象, 此时, 张力会突然释放而产生冲击波, 并同时释放声发射信号。声发射信号在超音频 (100~300k Hz) 范闱内, 声发射传感器检测到的信号可以作为植物水分胁迫的生理指标, 判断出作物当前水分缺失。

声发射信号检测技术利用农作物在受到水分胁迫时发出的超声波, 但是, 不同作物, 或田间大量作物发出的超声波, 需要进行大数据统计才可以使用;另外, 这些超声波信号并不规整, 包含很多的杂波, 需要进行滤波等信号处理, 才能够得到反映农作物水分情况的信息。

利用声发射信号检测技术可以获得农作物缺水信息, 但对农作物的灌溉需要考虑很多参数。如不同的作物不同季节需水量不同, 还有像光照、风速、温度等大量的环境参数以及不同作物的灌溉量等。

1.2 农作物灌溉需要考虑的多种因素

作物种类:不同植物对水分的要求是不同的。如花生和红薯需要半墒, 不能浇太多的水, 尤其是光照太强时;棉花根系较深, 耐旱, 而大豆根系不太深, 和棉花相比, 耐旱程度要差很多。

作物生长时期:不同作物在不同生长时期对水分的要求也是不同的。大多数作物生长初期只要旱情不是长期的和特别严重, 对其生长影响不会特别大;但是很多作物在近成熟期, 旱情较大时对其影响会很大, 而一些作物在生长过程中也会有些特别的要求, 如小麦三次水, 灌浆水、拔节水、返青水等。

作物的外部环境:作物生长的外部环境和灌溉量也是相关的。如中原地区一年秋麦两季作物, 这两季作物生长的季节环境不同, 出现旱情时, 考虑的外部环境因素也是不同的。出现旱情时, 作物外部的光照、风速、温度等因素对灌溉量的影响也需要考虑。

其他的因素:对一些不能进行自动监测灌溉的, 设定人工操作等特殊情况处理。

1.3 系统体系结构

Zig Bee技术提供了一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点:

1) 功耗低:Zig Bee节点非常省电, 电池供电的节点工作时间可以长达6个月到2年左右。2) 数据传输可靠:Zig Bee的MAC层采用talk-when-ready碰撞避免机制。这种完全确认的数据传输机制, 可以提高系统信息传输的可靠性。3) 网络容量大:一个Zig⁃Bee的网络最多包括有255个Zig Bee网路节点, 若是通过网络协调器 (Network Coordinator) , 整个网络最多可以支持超过64000个Zig Bee网路节点。4) 兼容性:Zig Bee技术与现有的控制网络标准无缝集成。5) 安全性:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能, 在数据传输中提供了三级安全性。实现成本低:模块的初始成本较低, 且Zigbee协议免专利费用。

利用Zig Bee技术实现的无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks, WSN) 具有自组织、无需布线、即插即用、智能型强、健壮性好、成本较小等优点。因此, 本系统顺应设施农业环境监控自动化、智能化和网络化的发展趋势, 采用WSN技术, 设计了基于声发射的无线传感器网络智能农业灌溉系统, 实现了农业设施内信息采集节点的自动部署、数据自组织传输, 实现了作物水分亏缺以及相关的环境因素 (包括大气温度、湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度等) 的远程、实时监测及自动灌溉。

2 系统硬件实现

利用分布式技术, 在一定范围内设置一个网络节点, 安装一组传感器, 基于Zigbee协议实现网络节点自组织组网, 网络节点数据通过Zigbee网络传入协调器节点, 再通过串口传入和协调器连接的PC机, 实现界面显示与控制。系统硬件实现原理图如图1所示。

3 系统软件实现

系统软件的设计主要分为:PC机界面及功能以及协调器、路由器和终端节点等两类程序设计。

PC机界面及功能设计:利用VS2010开发环境, 利用C#语言开发各种界面并实现相应功能, 主要涉及:声发射信号数据统计分析等处理、利用串口实现和协调器的交互操作, 利用数据库技术实现系统数据存取。

协调器、路由器和终端节点程序设计:利用IAR Embedded Workbench for 8051 (Version7.60) 作为开发平台, 结合ZStackCC2530-2.3.0-1.4.0堆栈协议, 利用C语言实现声发射、土壤湿度、温度、大气湿度、光照、风速等传感器数据采集与传输, 实现继电器开关的控制。

4 结束语

利用物联网技术, 结合声发射技术并考察农作物多种因素, 设计基于声发射的农业智能灌溉系统, 该系统不仅适用于目前诸如温室大棚小规模精密农业的生产, 更适用于大规模的现代化农业生产, 该系统为现代化农业智能化控制提供了一种较好的实践解决方案, 具有一定的现实和长远意义。

摘要：基于声发射技术判断农作物水分亏缺程度, 综合生长需求及其他多种因素确定农作物是否需要灌溉及灌溉量, 利用物联网技术, 设计了智能农业灌溉系统。该系统可以随时精确获取作物环境因素、需水信息, 并对不同种类农作物不同生长时期实现智能灌溉;具有稳定性好、可靠性高、成本低廉、扩展灵活、开放实用等优点。该研究为自动化农业节水高效生产做出了探索。

关键词：水分胁迫,声发射技术,物联网技术,智能灌溉,节水农业

参考文献

[1]李震.农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计[J].农业工程学报, 2010, 26 (2) .

[2]杨世凤.作物水胁迫声发射检测及视情灌溉系统的研究[J].农业工程学报, 2001, 17 (5) .