高效节水喷灌技术（共4篇）
高效节水喷灌技术 篇1
1 研究区概况
研究区耕地面积12hm2, 种植作物类型为露地花卉, 水源来自煤矿排水口, 提水至新建蓄水池调蓄后进行灌溉, 采用固定管道式喷灌。
2 灌溉制度制定
2.1 灌溉定额及设计灌水周期[1]
研究区种植作物为花卉, 采用充分灌溉, 种植比例100%, 年灌水次数为30次, 灌水定额为40mm, 灌溉方式为喷灌, 灌溉水利用系数0.87, 灌溉定额1 200mm, 毛灌溉定额1 379.3mm。设计灌水周期根据按下式计算:T=m/Ep。其中, T为设计灌水周期, d;m为设计灌水定额, 取40mm;EP为作物日需水量, mm/d, 取符合设计保证率的代表年的灌水临界期的平均日需水量, 花卉取7mm/d。经计算, 设计灌水周期为5.7d。
2.2 灌溉制度制定
经过灌溉定额及设计灌溉周期计算, 结合当地经验, 研究区花卉灌溉制度见表1。
3 水源工程
研究区利用北部两座新建蓄水池进行灌溉, 水源来自煤矿排水口, 根据水源划分控制耕地范围, 控制耕地面积A=12hm2, 均为花卉。
3.1 单次灌溉最大用水量及年灌溉用水量
根据研究区设计灌溉制度, 单次灌溉最大用水量Wm=10m花卉×A/η/10 000=10×40×12/0.87/10 000=0.56万m3, 新建蓄水池总容积需不小于0.56万m3。新建蓄水池控制耕地年灌溉用水量Wj=0.001M花卉A/η=0.001×1 200×12/0.87=16.55万m3。
3.2 调蓄工程规模
3.2.1 单次灌溉补水用时
两座新建蓄水池利用排水口进行补水, 总排水流量为233.33m3/h, 补水方式为一干两支同时补水。单次灌溉最大用水量为0.28万m3, 补水时间为1.5d。结合当地灌溉经验, 单次补水最大用时满足灌溉要求, 水源控制耕地范围可维持原设计, 不需缩小。
3.2.2 调蓄工程规模确定
由于新建蓄水池有外部稳定水源进行补水, 调蓄工程规模满足单次灌溉最大用水量需求即可。本次拟定年补水次数为14次, 调蓄工程规模为16.55/14=1.18万m3。本次新建蓄水池规模确定为0.6万m3, 总规模1.2万m3, 可满足控制耕地灌溉需求。
3.2.3 新建蓄水池设计
本次灌溉水源来自煤矿排水口, 因煤矿排水含有较多的悬浮颗粒, 为满足花卉喷灌用水水质要求, 设计矿水沉淀池1座。矿水沉淀池位于研究区东部, V=3 000m3, 设计水深2.5m, 平面尺寸为25m×40m, 占地面积1 066m2。蓄水池位于研究区北部, 根据划分的灌溉区域, 以及调蓄工程规模计算, 单座V=6 000m2, 设计水深2.5m, 平面尺寸为40m×50m, 占地面积2 091m2。矿水沉淀池及蓄水池迎水面采用M7.5浆砌石挡墙, 池底为300mm厚浆砌石。浆砌石挡墙每20m设置2cm的伸缩缝, 采用低发泡沫塑料板填缝。
4 喷头选型和布置间距[2]
喷头拟选用ZY-2喷头, 其工作参数为:喷头直径d为6.5/3.1 (mm) , 工作压力hp为0.3 (Mpa) , 流量Q为2.76 (m3/h) , 射程R为18.9 (m) 。喷头设计工作压力为0.3Mpa, 设计风速取多年平均风速2m/s, 主风向不明确。按照国家标准《喷灌工程技术规范》 (GB/T50085-2007) 表4.2.4规定, 结合田间实际情况, 喷头间距取18m。喷头间距及支管间距按照风向多变设计, 采用正方形布置, Ka=Kb=1, a=b=18m, 与喷头间距一致。参数校核如下, 雾化指标:根据《喷灌工程技术规范》 (GB/T50085-2007) , 蔬菜及花卉喷灌雾化指标Wh应在4 000~5 000。采用规范规定的公式进行计算, Wh=hp/d=4 615>4 000, 选用喷头的雾化指标满足设计需求。喷灌强度:土壤性质为壤土, 根据喷灌规范, 允许喷灌强度为12mm/h。本次初选喷头设计喷灌强度按下式计算:ρ=KwCρρs;ρs=1 000q/ (πR2) 。式中ρ为设计喷灌强度, mm/h;ρs为无风情况下单喷头全圆喷洒计算强度, 计算得ρs=2.46mm/h;q为喷头流量, 取2.76m3/h;R为喷头射程, 取18.9m;Kw为影响喷灌强度的风系数, 按单支管多喷头同时全圆喷洒, 支管垂直风向计算, 1.08v0.194, 其中v为设计风速2m/s, 计算得Kw=1.24。Cρ为影响喷灌强度的组合系数, 根据《节水灌溉工程实用手册》取单支管多喷头同时全圆喷洒计算公式:
, 小于土壤允许喷灌强度。喷洒均匀度:按设计风速, 根据《喷灌工程技术规范》 (GB/T50085-2007) 规定选取布置间距, 其组合的均匀度Cu>0.75, 满足规范要求。
5 灌溉系统工作制度
灌溉系统工作制度是以灌溉制度为依据, 在规定的时间内完成规定的灌水量, 主要是系统设备轮灌方案及系统设计流量。灌水定额直接采用花卉灌溉制度中制定的参数, 取40mm。结合耕地分布及节水灌溉工程总体布置, 研究区分为东、西两部分地块, 分别利用新建蓄水池1及新建蓄水池2进行灌溉, 均采用固定管道式喷灌, 固定管道按两级布置。根据研究区田间固定管道布置, 对东部及西部地块制定系统设备轮灌方案。西部地块:西部地块共布置12根支管, 分为12个工作组, 根据喷头选型及布置, 一个喷头的灌水时间应按下式计算:t=mab/ (1 000qpηp) 。式中t—1个工作位置的灌水时间, h;m—设计灌水定额, 取40mm;a—喷头布置间距, 取18m;b—支管布置间距, 取18m;qp—喷头设计流量, 取2.76m3/h;ηp—灌溉水利用系数, 取0.87。计算得一个工作位置工作时间为5.4h, 取6h。一天工作位置数量按下式计算:nd=td/t。式中nd—1天工作位置数;td—设计日灌水时间, 取12h。计算得, 一天工作位置数为2个, 同时工作1根支管, 共12个工作位置, 灌水周期为6d。由于地块不规则, 根据支管间距及喷头间距布置, 支管最长达到290m, 即同时工作喷头数量最多为290/18=17个, 系统设计流量为2.76×17=46.92m3/h。东部地块计算方法同西部地块。
6 泵站设计[3]
本次设计提水泵站1座、灌溉泵站2座。提水泵站:自矿水沉淀池向2座新建蓄水池输水。在矿水沉淀池出水口处设置提水泵站1处, 取水流量233.33m3/h, 输水管道管材为PE100, 管径de200, 管道耐压0.6Mpa。提水泵站采用离心泵1台, 设计参数Q=250m3/h, H=48m。提水泵站建筑形式为2间砖混泵房, 平面尺寸为7.2m×6.0m, 建筑面积为46.43m2。灌溉泵站:自蓄水池向西部地块、东部地块输水。在蓄水池边设置灌溉泵站2处, 单座泵站设置离心泵1台, 设计参数, Q=50m3/h, H=36m, 负担东、西部地块。在水泵管路上设置吸水管、闸阀、微阻缓闭止回阀、曲挠橡胶接头等阀门管件。灌溉泵站建筑形式与提水泵站相同。
7 结论
本文研究了典型区的作物灌溉制度、水源工程规模、喷头选型和布置间距、灌溉系统工作制度、泵站设计等问题, 对高效节水灌溉技术的推广使用有积极意义。
摘要：高效节水灌溉技术能有效提高灌溉水利用率, 增产增收。本文研究了喷灌灌溉制度、水源工程规模、喷头选型和布置间距、灌溉系统工作制度、泵站设计等问题, 对高效节水灌溉技术的推广使用有积极意义。
关键词：作物灌溉制度,水源工程,灌溉系统工作制度,泵站设计
参考文献
[1]GB/T50363-2006.节水灌溉工程技术规范[S].北京:中国计划出版社, 2006.
[2]GB/T50085-2007.喷灌工程技术规范[S].北京:中国计划出版社, 2007.
[3]GB50265-2010.泵站设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2011.
高效节水喷灌技术 篇2
我国人均水资源占有量排在世界第109位,仅为世界平均水平的1/4,水资源紧缺是我国的基本国情。在潮汕地区,农业灌溉用水约占年总用水量的67%,是用水大户。由于传统农业生产采用漫灌、沟灌,水的有效利用率只有30%~40%,因此,农业生产是推广应用高效节水喷灌技术最具潜力的领域。
推广应用高效节水喷灌技术,可根据作物不同生育期需水量的要求,适时适量地喷灌,既满足作物生长需要,又有效提高水的利用效率和效益,缓解农业用水的困难;能有效改善田间微生态环境,保护土壤的理化结构,增加作物产量;能有效改善农业生产条件,减轻农民劳动强度,提高劳动生产率,对实施生态农业和提升农业现代化装备水平具重要意义。
1 发展高效节水喷灌的紧迫性和有利条件
1.1 潮汕地区的生态环境
潮汕地区多属丘陵山地,地势偏高、地下水位偏低,水资源缺乏。潮汕的东部为海岸地貌,西南、北和东北3面为山地丘陵,中部、东南部以平原为主,平原和丘陵的过渡带往往是波状起伏的台地(岗地)。广义的山地(包括山地和丘陵)占总面积近一半。山地和台地地区多数地势偏高、地下水位低,水资源缺乏,平时灌溉用水主要靠小山塘、坑泉水。
韩江、榕江、练江三大水系,是潮汕境内农业生产的主要水资源,但由于20多年来工业的高速发展,环保配套设施建设不完善,造成练江等水系的污染,出现农业用水的水质性缺乏,必须发展高效节水灌溉技术。
龙湖、濠江、南澳、潮阳、饶平、惠来等地有成片的海积平原、盐渍地、围海造田,淡水资源严重缺乏,生产条件倒迫推广应用高效节水喷灌技术。
1.2 劳动力成本
据调查,现阶段潮汕地区每雇佣1个农业劳动力的价格为120~200元/d,相比2000年增加近1倍。如果应用高效节水喷灌技术,以蔬菜种植为例,每个劳动力的生产率提高了6倍,大幅降低了劳动力成本。
1.3 政府的鼓励扶持
近年从中央到地方都出台相关扶持发展农业现代化装备建设的政策措施,特别是广东省将喷灌设施建设纳入农机购机补贴范围,极大调动广大农民群众发展节水喷灌的积极性。
2 喷灌技术的分类
高效节水喷灌是利用专门的设备(动力机、水泵、管道等)把水加压,或利用水的自然落差形成一定的水压,将水送到灌溉地段,通过喷洒器(喷头)喷射到空中散成细小的水滴,均匀地洒落在田间土壤和植物表面,供给作物水分的一种先进灌溉方法。
喷灌系统包括水源工程、首部枢纽(动力机、水泵、过滤及控制系统)、干管、支管、毛管、喷头和附属物等组成[1]。
2.1 水源工程
水源是喷灌系统规划设计的前提及必要条件,江河湖泊、山塘水库、水利渠道、池塘沟井等都可以作为喷灌工程的水源。规划时要了解它们每年水量、水位的变化及水质的情况,特别是灌溉季节的情况,根据实际,因地制宜,选择能满足喷灌用水量和水质方面要求的水源。
2.2 喷灌系统的分类
2.2.1 按安装方式分类
按安装方式,一般分为固定式、半固定式和移动式三种。
1)固定式喷灌系统各组成部分在整个灌溉季节中(甚至长年)都是固定不动的。固定式喷灌系统易操作、效率高、占地少,易于实现自控和遥控作业,但投资高,较适合于灌溉次数较多,地形、地势复杂,具适度规模经营、种植经济价值高的农作物的地方采用。
2)移动式喷灌系统除水源工程(塘、井、渠道等)固定外,动力机、水泵、管道、喷头都可移动。移动式喷灌系统结构简单,投资低,使用灵活,设备利用率高,但移动时劳动强度大,路渠占地多,运行费用高,较适合种植面积小的农户,及用于抗旱灌溉的地区应用。
3)半固定式喷灌系统除喷头和装有喷头的支管、毛管可在地面移动外,其余部分均固定不动,支管与干管常用给水栓快速连接。半固定式喷灌系统的特点介于上述两者之间,适合在地势平坦的大田作物区推广应用。
2.2.2 按动力情况分类
按应用动力情况,分为自压式、机压式、自压式+机压式喷灌系统。
1)自压式喷灌系统是利用自然水源在灌区上部且与灌区有25 m以上地形落差,使喷灌管道的水流获得充足的压力实现喷灌。其优点是投资少、见效快、节约能源、运营成本低等。
2)机压式喷灌系统的工作压力均需由水泵提供。自然水源与灌区地形上落差小,需要靠机电加压来支持喷灌。
3)自压式+机压式喷灌系统是在水源与灌区的高差不够大,自然水源形成的喷灌压力不足,除利用自然水源压力外,需另外增加机电压力来补充喷灌压力。
2.2.3 按水工作压力分类
按水工作压力分类为低压喷灌、中压喷灌和高压喷灌。
在不同水压条件下的喷灌,选择的喷头类型不同,工作特点就不同,适用的耕作类型和作物种类就不同,见表1。实践中,应根据耕作类型和作物种类选择不同水工作压力的喷灌类型。
3 高效节水喷灌技术的应用
目前,高效节水喷灌技术在潮汕地区农业生产中的应用推广呈现良好的发展态势,特别是近几年降雨量比常年减少,水资源成为发展高效高值农业的瓶颈,推广应用高效节水喷灌技术越来越受农民的欢迎。
3.1 微喷带技术应用
微喷带是在薄壁塑料软管(盘卷后呈扁平带状)的管壁上直接加工以组为单位循环排列的喷孔,通过这些喷孔出水进行灌溉的一种节水灌溉器材[2]。一般常用左右各3孔、4孔或5孔喷水。微喷带直接铺设在地面,安装在两行之间,顺畦向展开,喷孔向上,同时向两行垄畦作物(4 m宽)微喷灌。特点是投资少、节水、适应性广、操作方便。目前,微喷带在汕头市得到广泛应用,推广面积达533.3多hm2(8 000多亩),主要分布在龙湖区新溪镇、外砂镇蔬菜基地,澄海区、濠江区的水果基地。揭阳市近几年也大面积推广应用这项技术。
3.2 固定式喷灌技术应用
这种喷灌方式是采用水泵等首部枢纽固定,主干管、支管、竖管按一定间隔固定安装,并通过竖管上安装的喷头喷洒水雾。采用喷头有散射式、漫射式等,依作物类型不同而选型不同,主要原则是喷洒打击强度对作物叶面不产生损伤。特点是一次投资高、节水、省工、操作方便,并可结合施肥喷药进行。影响喷灌质量好坏主要因素:喷灌强度、喷灌均匀度、水滴打击强度、风的强度。适合于规模化生产、常年需要喷灌、地形地势复杂、劳动力成本高的地方(单位)应用。潮阳区集泰种养有限公司、粤秀科技种养有限公司等大中型农业龙头企业均采用固定式喷灌技术,面积达800 hm2(12 000亩);在揭西县金和镇、普宁市麒麟镇、饶平县海山镇的蔬菜基地,也大面积推广应用此项技术。
3.3 雾喷灌技术的应用
雾喷灌技术是近年来新发展的一种喷灌技术,是通过低压管网将首部加压的水或肥液输送到田间,再通过特别的雾化喷头将水喷洒成雾状或微细水珠进行灌溉的方法。目前在潮南区井都镇、台湾农民创业园等蔬菜基地应用较多,面积达133.3多hm2(2 000多亩)。
4 高效节水喷灌技术应用效果
通过这几年的调查研究发现,采用高效节水喷灌技术在农业生产的应用中呈现出显著的优势,有广泛的推广应用前景。
4.1 节水效果明显
采用高效节水喷灌技术,可根据农作物不同生育期对土壤水分的需求,灵活控制喷灌的时间和强度,能使土壤慢慢湿润,促进作物根部对水的吸收,提高水的利用率。根据调查测算,比传统的沟灌节水35%以上,是一项较高效的节水措施。
4.2 保持良好的土壤理化结构
采用高效节水喷灌技术,喷灌雨雾化,不形成径流,避免对土壤的冲刷,能有效保护土壤结构,保持土壤的通透性,维护土壤的理化性能。
4.3 投资少、省工俭本、操作方便
一套微喷带设备(包括:1台11 k W离心水泵、600 m的Φ60 PVC输水管、1万m的N30微喷带及配件)可灌溉3.33 hm2(50亩),每hm2投资7 500多元(亩投资500多元),使用期为3年,投入低。使用高效节水设备进行喷灌,合上电闸即可浇水,操作方便,省去肩挑浇水费力,劳动生产率高。
4.4 广泛的适应性
应用高效节水设备进行喷灌,可根据果园的现实条件合理设计喷灌管网的铺设方向、长度,受园区的地形、地貌、地势的限制少。目前,高效节水喷灌在汕头市得到广泛应用,推广面积达666.7多hm2(1万多亩),主要分布在澄海区、濠江区、潮阳区的水果种植基地。
4.5 有较好的增产增收效果
由于喷灌的雾化程度高,能较好调节园区田间温湿度,改善园区的微环境,尤其在干旱高温季节,雾喷能提高株间湿度30%,降低株间和叶面温度3~5℃,叶片相对含水量增加10%~15%,能促进作物的光合作用,利于农作物的良好生长,达到良好的增产增收的效果。在澄海区溪南镇番石榴果园试验,平均产量68 700 kg/hm2(4 580 kg/亩),比照增产10 950 kg/hm2(730 kg/亩)以上,增产15.94%以上。
参考文献
[1]蔡守华.农业节水灌溉技术/新农村与水丛书[M].天津:河海大学出版社出版.2011.
露地胡萝卜微喷灌节水栽培技术 篇3
一、品种选择
春播胡萝卜应选择品质好、高产、耐抽薹、耐贮运、抗逆性好、抗病能力强的三红品种, 如红映二号、早春红冠、早红90、孟德尔、映山红等品种。
二、土壤条件
选择土层深厚、肥沃, 排灌条件好的壤土或砂壤土, 且具有良好的井灌, 充足的水源, 种植前茬最好是选玉米茬、小麦茬, 不要选甜菜茬、蔬菜茬和根生作物茬, 最好实行4年以上轮作。
三、整地施肥
1. 基肥
一般亩施腐熟有机肥3000~4000千克, 亦可根据不同地块的土壤肥力, 调整基肥施用量;胡萝卜喜钾肥, 可亩施硫酸钾10千克, 磷酸二铵5~10千克;也可亩施胡萝卜专用复合肥40~50千克。
2. 整地
将基肥均匀的撒施到地里后, 利用旋耕机搅拌、碎土, 耙平, 旋耕深度要求30厘米左右, 耕翻过的土壤碎土率应达到80%以上, 否则会造成胡萝卜表皮粗糙, 根形不好, 另外, 要求作业面必须平整, 无坷垃, 无根茬、残枝落叶, 否则将影响播种质量。播前5~7天浇足底水, 精细耙地2~3遍。
四、播种
春播胡萝卜一般4月下旬~5月上旬播种, 赤峰地区采用集作畦、开沟、播种、覆土、镇压、喷除草剂于一体的胡萝卜播种机进行播种, 在胡萝卜播种前喷施田普除草剂, 每亩施用100~150毫升, 播种畦宽60厘米, 畦面上播种4行, 行距为15厘米, 覆膜栽培的沟深6~7厘米, 不覆膜的沟可浅些, 排种量可根据种子不同调整窝眼孔大小, 一般3~5粒为宜, 株距10厘米, 每亩用种量0.3千克左右, 覆土厚0.5~1厘米, 覆盖90厘米宽的地膜。播种覆膜最好在无风的天气进行, 以便能够拉紧压实。
五、定苗和中耕
机播胡萝卜是穴播, 每穴2~5株, 因此疏苗、定苗可一次完成, 省去人工疏苗程序。当幼苗长到4~5片叶时一次定苗, 定苗的株距10厘米左右, 每亩留苗2.5~3.0万株, 结合定苗进行中耕培土, 培土封眼。在固定幼苗的同时, 防止肉质根膨大后跟肩部外露变绿。
六、铺设微喷灌设备及浇水
播种后至出苗期间, 应视土壤墒情, 一般3~5天喷一次, 齐苗后, 适当控水蹲苗, 每7天左右浇一次水;定苗后, 需铺设微喷灌设备, 顺着胡萝卜的垄向, 每两米即每两行安装一个支管, 利用微喷灌设备及时浇水, 要保证田间湿度, 不能忽干忽湿, 以免裂根、烂根, 收获前一个月一周喷灌一次。
七、追肥
基肥施用不足时, 在肉质根膨大期要结合浇水追肥2~3次, 每次每亩可追施高钾复合肥30千克。
八、采收
应适时收获, 适宜的收获期为根部充分膨大, 颜色鲜艳, 下部叶片开始发黄时, 赤峰地区一般在8~9月份采收, 可用胡萝卜专用收获机采收, 收获机起挖深度30厘米, 工作幅宽1~3米, 起挖行数4~12行, 然后人工切去樱子、挑选、装袋。
九、病虫害综合防治
黑斑病:发病初期可选用75%百菌清可湿性粉剂600倍液, 或58%甲霜灵锰锌可湿性粉剂500倍液防治, 各种药剂交替使用5~7天喷一次, 连续防治2~3次。防治时可添加链霉素或克菌先锋, 预防细菌腐生。
疫病:发病初期可选用250%瑞毒霉WP750倍液或64%杀毒矾WP500倍或90%乙磷铝800倍加高锰酸钾1000倍或50%支霜灵600倍可湿性粉剂防治, 各种药剂交替使用5~7天喷一次, 连喷2~3次。蚜虫:可选用20%康福多3000~4000倍, 或70%艾美乐水分散粒剂6000~8000倍, 或3%莫比朗乳油1000~2000倍。
温室节水自动喷灌系统的设计 篇4
灌溉是影响温室生产效益的重要因素。在温室采用微灌控制的情况下,温室作物对水分的需求达到最理想的状态,以有限的、节约的和精确的供水量最大化地提高了水资源的利用率,并且合理地调控了温室作物生长环境小气候,既节约了水资源,又保证了作物的增产增收,同时也保护了生态环境[1]。而目前我国大面积温室大棚仍然采用传统的大水漫灌,其水分利用率仅20%~30%,植物根系只有40%~50%的时间处于其理想的水、气组合条件下[2]。此外,土壤板结、养分流失、灌水量大和肥料用量高是长期沿用畦灌与沟灌等传统灌溉方式造成的严重后果。再者,传统灌溉方式也会导致温室环境的高温与高湿状态,进而产生病虫害[3],制约了温室作物产量和质量的提高。近几年,微灌技术在我国得到了大面积的推广应用,不仅节约水资源,而且可以为农业发展提供最优服务[4]。所以,在温室大棚中大力推广现代节水灌溉技术,可以科学有效地控制土壤水分含量,进行合理调度,做到计划用水和优化配水。采用先进灌溉方式,按时按量地对温室作物进行灌溉,一方面可以提高作物产量,提升作物品质;另一方面可以使水的利用率保持在90%以上的节水状态下[5,6]。
喷灌是最早也是最为普遍的一种节水灌溉方式,这种方式可以很高效地为植物正常生长提供必要的水分。它能够调节温室小气候,增加空气湿度,降低空气温度。实践表明,喷灌比地面灌溉可提高15%~25%的作物产量[5]。目前,我国温室节水喷灌系统自动化程度还较低,国内还没有成型的自动控制喷灌系统,基本还是人工灌溉或通过手动阀门来操作。本文针对这一现状设计了温室自动喷灌检测控制系统。该系统通过对空气温湿度和土壤湿度的实时监测,实现了对温室作物用水适时和适量的控制。
1 喷灌系统整体构架设计
该系统主要由温室大棚环境信息采集模块、单片机AT89C52模块和控制模块组成。采集模块包括光照度传感器2DU6硅光电池、土壤水分传感器TDR-3和空气温湿度传感器LTM-8901。光照度传感器采用硅光电池2DU6作为光电传感器器件,土壤水分传感器采用锦州阳光科技发展有限公司设计开发的TDR-3。这两类传感器输出都是模拟量,所以需要经信号调理电路及A/D转换等预处理后传输给单片机AT89C52。温室环境空气温度与湿度的采集采用温湿度一体数字式传感器SHT71,直接输出数字量给单片机AT89C52。控制模块主要由光电耦合器、继电器和执行器组成,总体结构如图1所示。
2 信号采集系统
2.1 光照度采集模块
在温室环境中,光照度是植物健康生长的重要能源因素,直接影响植物的生长、发育过程、产量和果实品质。另外,光照度也影响地表与大气的物质与能量交换,即与土壤水分含量有着密切关系,在节水灌溉中是一个重要的数据信息。所以,在设施农业中光照度的检测和监测工作越来越得到重视。系统采用硅光电池2DU6作为光电传感器件,将该器件的短路电流信号对此进行放大到0~5V,经模数转换模块送给单片机AT89C52。由于硅光电池的短路特性随光照强度是线性变化的,光电池在不同照度下的内阻也不同,因而应选取适当的外接负载近似地满足“短路”条件。A/D转换器只能够接受电压信号,因此在硅光电池2DU6和单片机AT89C52之间需要一个电流电压转换电路。这个电流转换电压模块使用的是放大器OP777,其电路图如图2所示。
2.2 土壤水分采集模块
节水自动喷灌系统中,土壤湿度的检测是至关重要的,此信号的准确与否直接关系到节水程度和自动化程度。在作物生长期内,需要及时准确地获取土壤湿度数据,计算机实时地将这些数据进行处理分析,并结合温室中光照度和空气温湿度的数据,最终做出精确灌溉决策,以达到维持土壤适中的湿度以及节水的目的。土壤湿度的增减过程受温室环境中的因素影响,环境中的气候因素均是天天在变化的,因此土壤水分的变化过程需要进行实时监测,通过对土壤水分的变化进行监测,计算机可以分析土壤水分变化的影响主因,进而预测土壤水分变化,保证了精确与准确地进行自动节水灌溉。
TDR-3土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比,与土壤本身的机理无关,是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。TDR-3型土壤水分传感器采用标准的电流环传送技术,使其具有抗干扰能力强、传送距离远、测量精度高、响应速度快的特点。响应在1s内进入稳态过程,电流输出为4~20mA标准电流环,电压输出为0~2.5V DC。其密封性好,可长期埋入土壤中使用,且不受腐蚀。土壤水分采集模块设计电路图如图3所示。
2.3 温湿度传感器
温室内空气温湿度的检测仅仅靠单点测量是不能准确代表整个温室环境的状况的,尤其是对于大面积的温室大棚而言,单点检测对节水灌溉控制的精确度和节水效果有很大的影响。针对这个问题,本系统选用了数字式输出和多点网络检测的易扩展式传感器LTM-8901。该传感器和单片机的接口有两种方式:一是单线接口方式;二是双线接口方式。当在小面积温室环境下,数据传输距离比较短时,采用单线接口方式,与单片机的接口电路如图4所示;当温室面积比较大、检测点比较多及传输距离比较长的时候,采用双线接口方式,其与单片机的接口电路如图5所示。
3 控制系统
传感器采集到温室环境中土壤湿度、光照度以及空气温湿度各参数值,经过单片机处理分析后,给出最优化喷灌策略,发出控制信号使执行机构动作,进而实现按时、按需和按量的节水自动喷灌。本系统选用TLP521-4光电耦合器驱动继电器输出,其目的是为了在驱动执行设备时提高控制接口的抗干扰能力。图6为该接口的电路原理图[6,8]。
在系统初始化时,将AT89C52的I/O口输出电平置成高电平,光耦TLP521-4不导通,防止在AT89C52复位、上电时继电器出现误动作。
4 结语
面对我国水资源严重短缺、大部分设施农业仍然采用传统大水漫灌的灌溉方式、水分利用率极低的现状,本文将传感器技术、计算机技术与喷灌技术接合起来,设计了用于温室作物节水灌溉的自动喷灌系统,以达到按需、按期和按量喷灌的目的,既可提高作物产量和水分利用率,又可节省宝贵的水资源和人工费用,具有较强的实用性和推广性,应用前景广阔,将带来很好的经济效益和社会效益。
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