灌溉系统十篇

灌溉系统篇1

微灌

是微水灌溉的简称。它是利用微灌系统设备按照作物需水要求，通过管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器(滴头、微喷头、渗灌管和微灌管等)将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面和土层中或作物叶面，实现局部灌溉，使作物叶面或根部保持在最佳水、肥、气状态的灌水方法。其特点是灌水流量小，一次灌水延续时间长、周期短，能够精确控制灌水量，把水和养分直接输送到作物的根部和叶面，满足作物生长发育的需要。目前用于温室、大棚的微灌系统主要有滴灌和微喷灌两大类。

滴灌

它是将压力水以滴状湿润土壤的一种对作物根部的灌水技术。通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把主管和灌水器埋入地面以下30-40cm，前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌，每个灌水器的流量一般为1－12L／h。采用滴灌后，除了作物根部湿润，其它地方始终保持干燥，减少了地面蒸发，降低了因室内空气湿度所引发的病虫害。

微喷灌

它是将压力水以喷洒状湿润土壤的一种灌水技术，微喷头有旋转式及折射式两种，流量一般为20-250L／h。对需水量较大的作物，如蔬菜类采用微灌方式定时定量定点持续灌水，将十分有利于蔬菜整个种植期内的灌水需求。而且能保证果菜外形匀称、好看，提高产量，增加用户经济收入。

悬挂微喷、微雾系统

在温室上部空间悬挂使用的微喷头分为旋转式、折射式、十字微雾式。通常在距地面2.5m-3.5m的高度处固定输水管道，在管道上等距离安装已选定喷洒直径的微喷头。为防止停灌时的余水滴漏给作物生长带来影响，专门增配有微喷防滴器。专用的十字雾化微喷比一般微喷头更有效地调节室内温湿度，喷洒更均匀。该系统主要用于温室内较高植株、叶类蔬菜和苗床灌溉等。

滴箭

滴箭适用于盆栽、立体栽培及无土栽培等。滴箭分为单头、双头和四头三种。滴箭由压力补偿滴头、旁通、细软管、滴箭头组成。工作压力0.5-1.0kg，流量3-5L／h。滴箭灌溉的优点是可在一定距离范围移动灌水位置，易拆开清洗疏通，滴箭在目前温室微灌中使用较为普遍。

滴灌管(带)、渗灌带

滴灌管(带)、渗灌管适用于行栽蔬菜，沿着作物栽培槽南北向铺放滴灌管(带)或渗灌带，也可铺放在地膜下。每个栽培槽铺设1条或2条滴管(带)或渗灌带。

整体式滴灌管

圆筒式紊流滴头设计，加厚管壁，整体性极强，持久耐用。滴头入水口滤网面积大，持续冲洗，抗堵性能好。内径有φ12mm、φ16ram并有长、短两种滴头。滴头流量(1.0bar)：2L／hr、3L／hr／、4L／hr、6L／hr。

内镶式滴灌带

内镶滴头自带过滤窗，抗堵性能好。紊流流道设计，灌水均匀。滴头、管道整体性强，间距0.3m、0.5m等。12mil、16rail、24mil三种壁厚。适合行植作物，收放方便，造价低廉。工作压力：O.5-1.5bar。滴头流量：2.0-3.3L／hr。管间式滴灌管迷宫流道单体滴头。常规间距0.3m，并可根据种植间距自由组装。简便、经济、实用。

微喷带

微喷带是一种介于滴灌和微喷灌之间的灌水技术，是在薄膜塑料带上等距离双排或多排激光打孔，可以放在地面或空中喷洒。压力高时射程范围1－8m，压力低时滴水状接近滴灌。微喷带可卷收、铺设、移动、保管方便等特点。较适合用于根菜、叶菜、果树等作物室外生长期的喷水灌溉。自动行走式移动喷灌机

灌溉系统篇2

根据水稻灌溉和施肥的技术要求，设计了基于PLC的水肥一体化监控系统，如图1所示。该系统可分为两个部分:一是以PLC作为远程现场数据采集和控制终端，对水稻生长环境中的土壤水分、水位、空气温湿度、光照强度和灌溉用水量等数据进行实时采集。同时，通过触摸屏或上位机可以对PLC进行参数设置，经过逻辑判断后，可以实现手动或自动控制电动阀门和泵等执行设备完成灌溉和施肥作业。二是上位机(PC)通过无线数传模块与下位机(PLC)实时进行数据交换与处理，并根据水稻不同生育期内需水、需肥的技术要求，发送控制指令，远程自动完成灌溉与施肥作业。

2系统软件设计

整个监控系统软件设计包括3个部分:下位用三菱FX2N－32MR系列PLC作为主控制器，配有FX2N－4AD模拟量输入模块，主要完成格田模拟量数据采集和现场控制任务;现场人机界面触摸屏程序，利用触摸屏方便操作人员现场进行手动操作和参数设置;上位机软件设计通过RS485通信方式，将PLC采集的数据进行处理，同时根据用户要求进行远程的实时监控作用。2．1PLC主程序设计PLC作为监控系统的现场单元，在整个系统的数据采集和处理中具有重要地位［9－10］。首先，进行程序初始化设置，将寄存器D8120=H4081和D8121=1～15完成通信格式和站号设定，通信协议采用计算机链路方式的通信格式。其次，进行模量采集程序设计，并将采集的数据存入指定的寄存器供触摸屏和上位机使用。最后，根据触摸屏或上位机发送的控制命令，PLC经过逻辑判断完成相应的操作。PLC的主程序流程图如图2所示。2．2触摸屏软件设计触摸屏采用深圳显控公司“Samkoon”—SA系列人机界面(HMI)，型号为SA－5．7A。触摸屏内部集成了CPU单元、输入输出单元、显示屏及内存等模块单元，采用先进的计算机软件技术，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，为现场操作人员使用，界面清晰易懂、简单实用［11－12］。同时，提供了开放的通信接口，方便与三菱、西门子、欧姆龙等多款PLC进行连接。在程序主界面设计中，设置用户登录密码，以保证操作的可靠性，防止非操作人员进行误操作。整个触摸屏程序设计分3部分:一是主界面设计，用户可以通过主界面直接记录现场监测数据以及各相应执行设备的运行情况;二是主管道操作界面设计，主要完成主管道中的注水阀、注药阀和增压泵的控制操作，将水、药送入肥料罐，进行充分混合，做好灌溉准备;三是作业区操作界面设计，将灌溉格田分成4个大小相同的区域，操作人员根据作业要求在现场可以直接对各区进行灌溉施肥。触摸屏主界面如图3所示。2．3上位机软件设计上位机采用联想工业级计算机，具有运行稳定、高可靠性、运算速度快等优点。同时，利用不间断电源来实现短时间掉电保护功能，提高系统的可靠性和数据安全［13－15］。上位机软件选用DELPHY7作为编程软件，以无线通信方式完成对现场数据的采集和分析处理，根据控制要求对执行设备进行远程控制。另外，将采集的数据存入数据库，供管理者或操作人员对数据进行查询和分析对比。上位机具有短信服务功能，可以方便管理者通过短信方式实时监测水稻在不同生育期内的生长环境和生长状况，从而更好地制订今后的施肥灌溉方案。上位机监控软件的主界面如图4所示。上位机软件可以使操作员位于控制室内的计算机终端，实现对水稻的远程手自动控制，节省人力物力。同时，系统操作简单、执行可靠性高，较以往的管理模式更具科学性，大幅度提高了水稻水肥一体化技术的应用效果。

3结论

灌溉系统篇3

关键词： α值法；灌溉系统；自动控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0081-02

1 研究背景与意义

1.1 我国农业灌溉用水现状 我国是一个严重缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，水资源人均占有量将继续下降，加之水资源污染严重、水质恶化的同时，而农业是用水大户，近年来农业用水约占全国用水总量的62%，部分地区高达90%以上，但是农业用水浪费相当严重，灌溉水和自然降水利用率低，农业用水效率不高，区域缺水问题已经显现出来。

目前，传统的灌溉模式已不再适合我国国情的发展，农业节水灌溉普及较好，我国有效灌溉面积为9.25亿亩，节水灌溉工程面积4.38亿亩，其中高效节水灌溉工程面积1.87亿亩，虽然节水灌溉发展成效明显，但总体滞后于现代农业发展和推进农业现代化的需要，缺乏自动化灌溉，仍然存在灌溉水利用率低、田间渗漏量大，灌溉不及时等问题。发展适时灌溉，自动化节水灌溉农业已是国家可持续战略的重大举措之一。

1.2 研究的国内外发展趋势 随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧，特别是发达国家都把发展节水高效农业作为农业可持续发展的重要措施，国外灌溉自动控制系统已逐步趋于成熟、系列化。在国内，近30年间，农业还是依靠传统灌溉技术，自动化灌溉未能应用到灌溉工程中。国内在开发灌溉自动控制系统方面处于研制、试用阶段。能实际投入应用，且应用较广的系统还不多见，我国研制自动灌溉系统技术还处在初级阶段，任然停留在理论的探讨以及小规模的试验；另外市场上的自动灌溉系统造价高，农户操作不方便，投资较大，这限制了一定灌区的普及。

1.3 研究的意义与目的 现代自动化灌溉系统与传统人工灌溉控制系统相比，具有节水、节省人工量等优点，而且可以避免灌溉中的人为因素，所造成的不利影响，能够准确性操作，利于灌区的科学管理。此外，通过自动灌溉系统可以适时、适量进行灌水，提高农作物产量，同时，也是现代农业发展的需要。本论文研究的目的在于：

①α值法自动灌溉系统的研究是按照作物土壤适宜含水率为上、下限变化参考值，确定灌溉时间，适时灌溉，提高灌水的及时性。②通过时间控制器，控制灌溉水量，定量灌溉，减少深层渗滤量，提高灌水的利用率，节约水资源，并有效的防止灌溉造成的土壤结构的破坏。③通过利用太阳能对灌溉水加热，提高土壤温度，促进作物生长发育。

2 研究内容

该自动灌溉系统是利用在充分灌溉条件下按照某时段内作物需水量ET和与ET同时段的水面蒸发量E0之间的关系式，即：ET=αE0，按照该时段作物土壤适宜含水率为上、下限，通过蒸发皿的水位变化监控土壤含水率变化，调控电动蝶阀适时开关给灌溉区供水，适时灌溉，提高灌水的及时性。如：某地区棉花幼苗期需水模系数α=0.65，棉花幼苗期土壤计划湿润层为35cm，土壤适宜含水率为55%～70%（以田间持水率的百分率计），土壤田间持水率为30%（以占土壤体积百分率计），则田间适宜最大含水量为7.35mm，适宜最小含水量为5.8mm，在无降雨的情况下采用适时灌溉，则棉花幼苗期的灌水定额为1.55mm，当蒸发皿（80cm口径）水位差为2.38mm，则蒸腾量：ET=αE0=0.65×2.38=1.55mm，此时该地达到适宜最小含水率，水源水箱开始给灌区灌水，灌水量为1.55mm，蒸发皿补给水箱为蒸发皿供水至上立柱点，到下一次再开始灌溉。

3 研究基础

3.1 理论科学性 传统的地面灌溉方式是按照土壤田间持水率为上限，作物允许土壤的最小含水率为下限，制定灌溉制度，确定灌水时间，灌溉制度制定后，遇到降雨和气象条件与设计典型年有变化时，灌水的及时性无法保证。本论文的研究的基础条件是充分灌溉制度下的灌溉，因为现行的灌溉制度大多是充分灌溉条件下的灌溉制度，这方面的研究资料比较完备。α值法的自控适时灌溉系统是按照作物土壤适宜含水率为上、下限，通过蒸发皿的水位变化监控土壤含水率变化，调控电动蝶阀适时开关给灌溉区供水，适时灌溉，提高灌水的及时性。这为论文的研究运用奠定了理论科学基础。

3.2 技术可行性 本论文的理论基础是用α值法计算作物需水量，该方法的理论研究、试验和生产运用都比较成熟，各地区灌溉试验站有大量的试验数据，为论文提供了充分的技术保障。在充分灌溉条件下，实现自控适时灌溉，该技术在模型设计中得到体现，并后期应用于试验田，通过试验统计说明，此技术能够使作物在最适宜的土壤水分状况下，达到丰产、高产的目的，而且该系统具有田间工程简单，需要的设备少，投资省，技术简单，操作方便，群众容易掌握，能耗少，节约水资源，节约灌溉时间，提高灌水利用率，能够推广使用是可行的。

3.3 设计思路 大量灌溉试验资料表明，气象因素（温度、日照、湿度、风速等）是影响作物需水量的主要因素，而当地的水面蒸发量又是各种气象因素综合影响的结果。

α值法是作物需水量的直接计算方法，是利用水面蒸发这一参数估算作物需水量，其计算公式为：ET=αE0；

其中：ET——某时段的作物需水量，以水层深度计，mm；E0——与ET同时段的水面蒸发量，以水层深度计，mm；E0一般采用80cm口径蒸发皿的蒸发值；α——农作物需水模系数，即同时期需水量与水面蒸发量之比值，一般由实验确定。测定土壤含水率，确定作物某生育期最优含水率的上限值和下限值，计算出在该含水率范围之间的土壤含水量，即确定了作物的需水量，利用α值法的计算公式，推算出蒸发皿的蒸发量。

利用蒸发皿的水位变化，适时监控土壤水分变化，在充分灌溉条件下，通过电磁阀等自动装置，控制灌水时间和灌水量，实现以水面蒸发为参数的自控适时灌溉，使作物在最适宜的生长土壤环境下，达到丰产、高产的目的。

4 系统实施

①系统参数确定。利用灌溉试验资料，确定作物不同生育期的需水模系数、土壤计划湿润层、土壤适宜含水率、土壤田间持水率，计算出作物不同生育期的一次灌溉用水量和蒸发皿的水位变化量。以甘肃省兰州市城关区某校农水实训基地试验田的棉花种植为例。

②灌溉系统制作。通过浮标、自动控制闸阀、时间控制器等设备把灌溉水源、蒸发皿、蒸发皿补充水箱、田间灌溉系统有机的结合起来，组装成一个完整的灌溉系统。

③田间试验阶段。在完成灌溉水量和灌水系统制作后，在部分实验田里使用，完成灌溉系统性能测试。

④产品开发利用。通过田间试验后，完善系统缺陷，逐步进行田间推广。如果该系统能够进行大面积的推广，该系统使用方便、维护简单、价格低廉、精度较高，具有良好的商品化开发及广阔的市场应用前景。

5 结语

α值法自动灌溉系统，农户可以利用此系统控制大面积的作物灌溉用水，而且在水量充足地区，同样适用于充分灌溉条件下的畦灌、沟灌和喷灌，在提高水的有效利用率的同时，还能节省人力、物力，操作简单，造价低，实际应用普及程度高。

参考文献：

[1]谢春燕，倪九派，魏朝富.节水灌溉方式下作物需水量和灌溉需水量研究综述[J].中国农学通报，2004（4）.

[2]张兵，袁寿其，成立.节水灌溉自动化技术的发展及趋势[J].排灌机械，2003（02）.

[3]樊引琴.作物蒸发蒸腾量的测定与作物需水量计算方法的研究[D].西北农林科技大学，2001年.

灌溉系统篇4

关键词：自动控制；湿度传感器；频域反射计（FDR）；土壤灌溉系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）27-0204-01

1 引言

相比一些国家，我国水资源较少。根据科研工作者研究的数据表明，我国的灌水使用率低至40%。为了缓解这一困境，国务院曾在2012年印发的节水纲要中设定以下目标――新增高效节水灌溉工程面积需要达到1.00 × 107hm2以上，农田灌溉水有效利用系数需高于 0. 55。然而，现今我国的节水状况仍与2012年所定目标相差甚远。高效的灌溉设备是节水灌溉得以发展的前提条件。根据所观察国内外节水灌溉设备发展状况，剖析中国节水灌溉设备存在的缺陷及发展前景，提出的发展思路与建议，将有益于节水灌溉设备行业全面发展。[2]从节流的角度出发，通过自动灌溉系统检测到植物土壤的湿度过低时合理地对植物进行浇水保湿，而加大节省灌溉水的力度，使得灌溉的操作变得更加准确。[1]因此，设计出一种可以实时检测土壤中含水量并作出快速正确响应（即灌溉操作）且造价相对便宜的自动灌溉系统是相当有必要的。[3] 而本文进行的土壤自动灌溉系统研究也是必然的。

2 自动灌溉系统的设计

该设计是基于继电器模块的自动灌溉控制器，其主要对土壤湿度及灌溉控制进行设计研究。该设计主要是通过土壤湿度传感器获取土壤湿度的数据，进而将数据传送到继电器模块，从而控制进水阀的开关以完成自动灌溉。

2.1系统结构及原理

图1为土壤自动灌溉系统的结构简图，该设计由继电器模块，控制器，土壤湿度传感器，进水阀，220V电源等基本模块组成。系统由220V电源为整个电路提供能量。土壤湿度传感器充当观察员的角色，时刻监测土壤中的水分含量，并将信息利用电信号传递给控制器。控制器则是整个系统的大脑，其通过对电信号所携带的土壤中水分含量大小与系统给定的供水临界值进行比较处理，遵循控制规则发出控制信号，并通过电路驱动放大控制继电器模块的供电与否，直接操作整个系统电路的开或断，从而直接影响进水阀的开闭工作，进而实现灌溉功能。在工作过程中，土壤湿度传感器始终给予控制器反馈，实现了自动控制功能，同时通过设定适当的供水阈值，使土壤湿度达到一定水平后便自动停止供水以达到节水的效果。

具体系统结构如下：

2.2 FDR原理

在本文提出的自动灌溉系统中，土壤湿度的实时监控，便是基于FDR原理――即介电法实现。FDR的水分探头内有一对电极组成的电容器，当水分探头插入土壤内时，土壤便成为了电介质。而电容器与振荡器形成了一个调谐电路，当土壤电容的变化时，振荡器工作频率也随之同时变化。当发生共振的频率有所不同时，说明土壤含水量发生了变化，而介电法就是通过使用扫频频率来检测共振频率从而监控土壤的湿度。从研究者的实践得出：在大多数土壤中，介电常数的平方根与土壤容积含水量具有线性关系；并且土壤的介电常数大小基本取决于土壤体积含水量的多少。而实验证明土壤中水的介电常数明显要远大于土壤基质材料，从而可以忽略土壤类型、密度、温度，可溶性盐含量等因素的干扰。因此，土壤的含水量可以通过测量得到的土壤介电常数正确地表达出来。[3]

2.3土壤自动灌溉系统工作过程

土壤自动灌溉系统的运作首先是由土壤湿度传感器收集土壤中含水量的实时数据，然后在继电器中对数据进行分析，从而通过控制继电器的开关来实行对进水阀的控制。将继电器连接在220V的开关电源上、把土壤湿度传感器插在干燥土壤中，打开电源开关，当土壤湿度低于继电器模块中设置好的最小值时，继电器打开使得电流可以通过电路以打开进水阀进行灌溉；当灌溉土壤湿度高于继电器模块中已设定的最大值时，继电器模块则自动断开，电流将不能通过电路，进水阀关闭，灌溉也停止。将土壤湿度传感器插在潮湿土壤中，继电器则处于断开状态，电流无法通过电路，进水阀不打开，不进行灌溉。

3 结束语

提出的自动灌溉系统是通过实时检测土壤含水量，利用控制单位对实时数据和定额数据来进行比较，从而实现自动灌溉。本文描述了通过基于FDR原理的土壤湿度传感器搜集数据，继电器根据输出信号的大小控制进水阀的通断来实现快速、准确感知的节约型自动灌溉。该系统能够简单直接地处理土壤湿度数据，具有响应快，低功耗的特点，且设计简洁，可适应大部分环境，充分利用水资源，同时解放大量人力物力。

本文的未来研究工作还可以对灌溉系统的电源进行优化，对于太阳能资源丰富这个条件，可以将电源的转化改成利用太阳能电源，可节省用电，有效利用资源。在实际生产过程中，该系统可能还需要面对恶劣天气如雷暴、冰霜及虫害等意外情况的挑战，这需要我们在实践中不断改进。

在经济发展需求不断增大、水资源日益紧张，电子技术也在进步的大背景下，自动控制技术在节水灌溉中的使用越来越普遍。[4]在此情况下，自动灌溉系统的自动化、精细化便成为了农业灌溉发展的重要趋势。[5]电子技术的发展，不应该只是媒体网络上的发展，还应该发展到生活中去，发展到农业生产上来，减轻农民的工作负担，更好地进行农业生产，使得农业产品质量的到保证。

参考文献：

[1] 王会. 基于单片机的太阳能自动浇灌系统的设计[J]. 电子技术与软件工程，2015（20）：257-258.

[2] 袁寿其，李红，王新坤. 中国节水灌溉装备发展现状、问题、趋势与建议[J]. 排灌机械工程学报，2015（1）：78-92.

[3] 张瑞卿，戈振扬，单伟，等. 基于FDR原理的自动灌溉系统设计[J]. 传感器与微系统，2014（2）：80-82+86.

灌溉系统篇5

关键词：农业水利工程节能型灌溉系统建设措施

中图分类号：TV5文献标识码： A

前言

农业是国民产业经济之根本，长期坚持农业经济发展战略，对产业收益增长有着多万面的促进意义。尽管农业水利调度系统得到了普及应用，但农业灌溉系统作业效率，依旧达不到预定的要求，水资源浪费是农业用水调度的主要问题，也是未来农业科技改造的一项主要内容。

一、农业灌溉系统作用

灌溉系统是从水源取水通过渠道、管道及附属建筑物输水、配水至农田进行灌溉的工程系统，已经成为农业经济现代化发展不可缺少的一部分，伴随着国内农业经济收益的持续增长，农业灌溉系统的利用价值越来越广泛。

二、农业水利灌溉工程存在的问题

水资源是人类生存与发展历程中不可缺少的资源之一，也是农业经济可持续发展的关键保障，实现农产业收益必须科学地利用水资源。近年来农村地区加强了水调度灌溉工程建设。用以解决传统水资源调配，运行存在的不足，满足了农业用水资源分配的控制要求，但是由于我国农业科技水平相对落后，水利灌溉系统建设还存在着明显的缺陷，影响了农村地区资源分配总体效率。

1、效率问题

农村地区所处的地理位置相对特殊，各种自然条件对水资源分配带来了不便，大大降低了农田灌溉的用水效率，从农村地区水利工程数据分析我国农业水资源利用率仅有30%-80%，按照灌区规模大小划分，规模越大的农作物种植区，水资源运输过程中的耗损率更高，供输水效率偏低，降低了水资源的利用率，导致大面积种植区出现缺水现象，这对于农田灌溉工作是极为不利的。

2、设施问题

由于缺乏足够的资金，为支撑农村地区发展配套设施难度甚大，一些常用水利工程难以按照预定的计划建造与使用。例如水工建筑物改造阶段，农村因缺少资金支撑而放弃输水渠道、农田管道、水库整改等工作。原水量传输至农田的蓄水量极低影响到了资源的可利用性，此外现有水利建筑物的病害率较高，农村地区因长期为进行维修而增大了水资源的浪费。

三、农业水利工程节能型灌溉系统建设

基于农业经济在国民产业中的基础作用，搞好农业水利工程建设对经济发展具有推动作用。针对上述农田灌溉系统存在的种种问题，对农业灌溉系统实施节能改造方案是很关键的。

笔者认为节能型灌溉系统建设需从渠道、管道等两万面进行，同时对地区水资源调配设计更加科学的方式，这样才能综合保障水资源的最高利用率。

1、站在可持续发展的高度，统筹考虑农业节水

目前的农业灌溉节水方式并不能从根本上改善缺水的状况。为了增产增收，人们一方面在打更深的井，另一方面利用节省下来的水去扩大灌溉面积，并没有真正意义上的实现节水灌溉。因此，要想实现全面的节水灌溉，就必须站在可持续发展的高度，统筹全面的考虑农业节水问题。由此看来，节水灌溉技术的普及实施问题，不仅仅是一个工程技术问题，更多的是一个社会问题、经济问题。这个问题不是一个部门能够解决的，政府应该让多个部门多加配合，统筹考虑并解决节水灌溉中出现的各种问题，并根据不同地区的实际情况，制定出一套完整的、符合不同地区的、比较灵活的节水灌溉方案。

2、渠道灌溉系统

（1）控制水量

严格控制灌区用水量，实施节能型水资源供输方案，这是提高灌溉系统作业效率的可行性方式，灌溉渠道工程有水库、提水泵站、有坝引水工程、无坝引水工程、水井等多种形式，用以适时、适量地引取灌溉水量，此外为了进一步提高节能效果。田间灌溉工程指农渠以下的临时性毛渠、输水垄沟和田间灌水沟、畦田以及临时分水、量水建筑物等，用以向农田灌水满足作物正常生长或改良土壤的需要。

（2）分级调配

输水、配水工程包括渠道和渠系建筑物，其任务是把渠道引入的水量安全地输送、合理地分配到灌区的各个部分，按其职能和规模一般把固定渠道分为干、支、斗、农四级灌区，大小和地形情况可适当增减渠道的级数，采用分级调配万式可提升水资源的利用率，为了维持分级调配操作流程的有序进行，节能灌溉需发挥各类水工建筑物的作用，例如分水建筑物、节制建筑物等。

3、管道灌溉系统

（1）优化管道类型

当前灌溉系统所用管道系统分为喷灌系统、滴灌系统和低压管道输水灌溉系统等，另外根据不同使用构造又可分为固定式、半固定式和移动式三种类型，科学选用管道类型能够保障供输水效率，农田用水的消耗量对于大面积农田种植区灌溉系统节能可选用新型管道材料，增强地下埋设时的抗腐蚀性能，这也是提升供输水效率的一种方法。

（2）优化输水形式

20世纪50年代，中国在经济作物区和部分大田作物区开始修建喷灌系统；70年代开始修建滴灌系统，低压管道输水灌溉系统,20世纪60年代先后出现在上海市和江苏南部的一些提水灌区以及河南省温县的井灌区，以后逐渐得到推广，管道灌溉系统具有节省灌溉水量、减少渠道占地、提高灌溉效率和灌水质量等优点，在提水灌区和井灌区已成为技术改造的万向。

4、合理规划

灌溉用的水多半是地下水，有的由于地理环境较好，有可能是从地表建立引水系统，将附近河流湖泊的水引来使用，引水系统的灌溉水的补给主要是通过降水完成的。它的损耗主要包括蒸发、出流和开采，在一定的开采布局条件下，确定合理的开采强度，或在一定的开采强度下地下水的补给量或者补给量较大的区域，合理使用水资源。

5、加强科研和技术改造

伴随我国高效节水灌溉技术的发展和应用，节水灌溉设备制造业也能形成一个有相当规模的行业，成为中国加工制造业一个新的增长点。一项新技术得到推广应用，有可能带动一个新的产业发展，改善我国传统灌溉方式，保持大力兴修水库，水利枢纽，集水工程的基础上，应大力加强科研与技术改造。结合我国各省市地区实际情况，自主研发具有中国特设的节水灌溉新技术，大力推动我国节水灌溉工程的发展，技术的革新必然依托于新材料，新设备的改进。因此在改进以往旧设备、旧材料等方面的同时，积极寻求和自主研发轻质、高强、智能性的绿色环保材料，实现节水灌溉材料设备的可持续发展。

结语

综上所述，节水农业技术体系、节水管理技术体系是一种能够使农作物

达到高产、高效所采取的技术措施。新农业科技指导下农田种植区开始安装地下管道以执行供输水方案，解决了农作物生产期间的用水问题。因此从管道系统进行节能改造也是节能型灌溉区建设的一部分内容。为了适应新农业经济体制改革的要求，国家对农业配套设施改造建设工作给予高度重视号召，地方政府根据农业经济发展需求提供配套的基础设施保障，农作物种植活动的有序开展对农业水利工程执行节能改造方案，全面保障了地区水资源调度的有效利用率，带动了农作物种植经济收益的持续增长。

参考文献：

[1] 孟小涛,王春生.浅析农业水利灌溉模式与节水技术措施[J].中国西部科技， 2009，(17).

[2] 兰小奶,廖立新.试析实施农业节水的必要性[J].中国新技术新产品， 2011，(04).

[3] 吴昌春.某灌区末级渠系存在问题与节水改造规划设计[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2012，(03).

灌溉系统篇6

关键词：节水灌溉；ARM9；S3C2440；AQUA-TEL-TDR；MAX1246；MAX3232

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1565-03

1 概述

S3C2440的微处理器核心是由ARM公司生产的，其突出的特点是具有16/32位的ARM920T的RISC，宏单元和存储单元都是0.13um的COMS标准，其功耗低，精致、简单和全静态的特性，结合源代码开放、高效、实时、稳定、成本低的Linux操作系统[1]，可常用工业、农业、信息产业领域。由于以AT89C52为核心控制的节水灌溉系统，不能实时、迅速地对土壤的湿度状况做出反应。所以，针对以上的问题，该文采用基于S3C2440为核心，在Linux平台下，完成对该系统的开发和移植，最终完成自动节水灌溉的目的。

2 节水灌溉系统的设计方案

现代农业的管理大多需要智能系统的管理，而本文选用ARM-Linux平台下完成自动节水灌溉的任务。首先选用稳定性高、安装操作简单的AQUA-TEL-TDR传感器来检测土壤的湿度[2]，而采集的土壤湿度数据通过MAX1246，将模拟信号转换为数字信号，得到的数字信号传送给S3C2440开发平台进行分析处理，并在LCD上显示土壤的相对湿度；而S3C2440得到的土壤相对湿度通过串行通信的方式返回给PC机，PC根据土壤的湿度来判断土壤是否需要灌溉， PC将会计算出所需灌水量和灌溉时间，并在PC的界面上显示[3]，同时PC将会把计算出所需灌水量和灌溉时间反馈给S3C2440，S3C2440根据PC所传送的相关信息，启动报警装置，同时发出灌溉信号，通过电磁阀实现自动灌溉。如果PC根据采集的土壤相对湿度判断出无需灌水，则PC机界面将会显示灌水量和灌溉时间为0。

3 系统硬件设计

3.1 数据采集模块

本文数据采集模块选用主要MAX1246芯片[4]，该芯片主要是具有可编程12位的串行输出A/D装换，并且同SPI接口与核心处理器S3C2440相接，由于该芯片具有25V的内部参考电压，可通过缓冲放大器可以调整采集时所需的参考电压，并且该芯片采集速度快，转换精度高的特点，可达到最佳采集数据的效果，同时MAX1246的内部具有采样保持的电路，这样便可以对瞬间变化量进行捕捉到。而根据AQUA-TEL-TDR传感器输出的电信号，MAX1246将会把该电信号直接转化为数字信号，然后将转化的数字信号传送给S3C2440进行分析处理。

首先将MAX1246的时钟信号与S3C2440的时钟信号CLKOUT0串行连接，同时S3C2440发送时钟信号CLKOUT1作为S3C2440所接收的时钟信号CLKOUT0，MAX1246的数据输出端DOUT与S3C2440的输入端RXD0相接，而S3C2440的输出端TXD0与MAX1246的数据输入端DIN相接，同时需要将MAX1246的串行选通端SSTRB接至S3C2440的nCTS0端，MAX1246的片选信号端接至S3C2440的nGCS0。

3.2 LCD显示系统电路

选用 FYD12864作为液晶显示模块，其成本低，具有灵活的接口方式和简单方便的操作指令，并且内部含有国标一级，二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。显示电路如图3所示，首先设置S3C2440的引脚XTIpll， OM2， XTOpll为101，使得S3C2440工作于外部晶振PLL*1的模式下。FYD12864的PSB引脚连接+5v，是LCD工作于4位或8位的并口模式，A，K引脚分别接+5v和GND，从而启动LCD背光。然后将S3C2440的P0-7口与FYD12864的数据端口进行连接，3条地址线分别控制FYD12864的RS，R/W以及复位RESET引脚。图3 为LCD显示系统电路：

3.3 超限报警电路

超限报警电路是根据S3C2440核心处理器控制的蜂鸣器来实现的。由于蜂鸣器的产生是电流通过电磁线圈，使其产生磁场来驱动振动膜发声，因此需要一定的电流来驱动蜂鸣器。S3C2440的GPB0端来控制蜂鸣器，由于该端口输出为8mA，无法直接驱动蜂鸣器，因此需要用三极管放大电流来驱动三极管，这里选用PNP的三极管，而蜂鸣器报警的时间长短则根据延时程序来实现。

3.4 S3C2440与PC机串行通信接口

要保证PC机与S3C2440正常通信，就必须处理好RS-232的串行电路，这里选用9针的DB9接口。本次设计主要选用MAX3232来完成系统所需的电平转换，由于采用采用TTL逻辑，需要加上电平转换的接口，所以，本系统采用的是-15v～-3v和3v～15v来完成，这样不仅能提高它的抗干扰能力，也能增加它的传输距离。为此，只需在MAX3232上增加几个电容即可。

4 系统软件设计

由于S3C2440与PC机相接必须要符合串口通信协议，以此来完成彼此的双向传输，其中需要对MAX3232串口转换芯片MCBSP的各个寄存器进行初始化。本次软件设计主要采用源代码开放、实时、高效、稳定、成本低等优点的Linux操作系统，首先建立交叉编译环境用于编译其源代码，代码编写采用C语言，以便其可读性和可移植性，而内核的移植采用2.6.30.2版本，烧写完根文件系统，编译成功后，即可在TQ2440开发板上运行其bin文件，观察实验结果。图6和图7分别为中断程序和主程序流程图：

5 实验结果

通过实验结果表明，以嵌入式ARM-Linux的节水灌溉系统，实现了高产节水，自动灌溉的目的。该系统不仅能够准确实时地检测出土壤的相对湿度以及湿度变化的情况，而且也能够根据土壤的相对湿度，计算出所需的灌水量和灌溉时间，当检测值大于PC所给定的预定值是，则S3C2440会立刻启动报警器；同时打开电磁阀进行灌溉。也可以通过修改PC的预定值来改变灌水量和灌溉时间，具有很高的灵活性。

6 结束语

该设计选用的AQUA-TEL-TDR传感器不但可以进行远程操作，而且可以采集的数据精确度高，结合主频高达400MHz的S3C2440核心处理器和功能强大的Linux操作系统，不但能提高系统的处理运行速度，而且也稳定高效实时地反映土壤的相对湿度，通过PC所计算得灌水量和灌溉时间反馈给S3C2440，能够及时地实现自动灌溉，达到高产节水的目的[5]，从而避免了水资源的浪费情况。

参考文献：

[1] 田泽.嵌入式系统开发与应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：10-20.

[2] 李佳林，刘永春.基于DSP控制的节水灌溉系统研究[J].电子设计工程，2013，21（4）：107-109.

[3] 邹龙龙.农业节水灌溉系统的设计与开发[D].吉林：吉林农业大学，2011.

灌溉系统篇7

关键词：无线通信；节水灌溉；实时；微控制器

中图分类号：S24；S275 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）19-4795-05

中国农业发展目前面临着两大主要问题：一方面国民经济、生态建设的迅猛发展导致对水资源的需求量越来越大，但是，中国目前的水资源严重不足；另一方面中国农业用水量约占总用水量的80%左右，但有效利用率仅在45%左右，而欧美发达国家一般在70%～80%，这导致中国农业用水浪费现象非常严重[1]。

因此，在水资源严重不足的情况下，如何有效解决农业用水短缺问题显得迫在眉睫。方法大致有两种：开发新的水资源，但是，此方法投资大、见效慢，受地理环境影响异常明显；另一种方法是发展节水灌溉。节水灌溉是遵循作物不同生长发育阶段的需求规律而进行的适时灌溉，利用尽可能少的水获得尽可能多的农作物产出的一种灌溉模式[2]。此方法投资相对较小，既有可能实现农业灌溉的自动化，又可能极大提高水资源的利用率。

基于此，提出一种节水灌溉自动控制系统设计方案，设计了一个基于单片机的节水灌溉自动控制系统，具有实时显示检测数据和实时上传检测数据的功能，并能根据采集到的有关作物生长的环境参数及所需水量来控制给水的时间和流量。

1 系统总体设计方案

目前，国外普遍采用大型分布式微机测控技术实现节水灌溉自动控制。该技术方案摆脱了传统的全凭经验灌溉的灌溉模式，为多种技术的融合，根据采集到的土壤参数、温湿度等环境参数来决定灌溉量与灌溉时间。因此，系统分中央控制系统和远程测控系统两部分进行设计，其系统结构图如图1。其中N为远程测控系统的个数[3]。由图1可见，中央控制系统（主站）主要由微控制器与主PC机构成。远程控制系统（子站）主要实现参数的选定与测量、信息数据传输与处理、控制执行机构的动作等功能。系统选择无线通信方式实现主站与子站之间的信息传输，其系统框图如图2[3]。

系统主要分为信号采集模块、数据处理模块、数据无线处理模块、控制模块、软件模块这5大功能模块。因此，选择土壤水分、空气的湿度、空气的温度3个参数作为灌溉的因素，测量元件就是测量这3个参数。具体器件选择如下：①空气温湿度测量元件选用CHT-WV02温湿度变送器；②A/D转换器选用ADC0808；③电磁阀选用分布式电磁阀；④无线通信模块选用2FSK解调方式的 PTR8000；⑤核心控制器选用常见的AT89系列单片机；⑥土壤水分测量元件采用TDR3型水分传感器。

2 系统硬件设计

2.1 主站硬件设计

如前所述，主站的功能主要体现如下：通过无线通信方式实现与子站之间的信息传输，即远程控制系统通过相应器件采集土壤水分、温度、湿度等参数后，经过信号调理、模数转换后，通过无线方式传输给主站，主站以此为依据控制阀门水量的大小，也就是确定开关开合的程度。其间，主站中微控制器与主PC机之间采用有线通信方式。

2.1.1 微控制器与PC机的接口电路 微控制器与PC机之间采用常用的RS-232标准进行数据传输，但是，由于RS-232电平标准与单片机TTL逻辑的电平标准不兼容，因此，必须使用电平转换芯片实现二者之间的电平匹配。在本设计中，选用最常用的MAX232芯片来实现电平匹配，其接口电路图如图3所示[4]。

如图3所示，TXD与MAX232的T2in相连，经过MAX232转换后，T2out输出的信号进入RXD。同理，TXD与MAX232的R2in相连，经过MAX232转换后，R2out输出的信号进入RXD。如此，便可实现TTL与RS-232之间的逻辑电平转换，使单片机与PC机之间的通信链路接口完成。

2.1.2 无线射频收发接口电路 由于本单片机不具备SPI接口，所以要利用软件模拟SPI接口来实现单片机与PTR8000之间的通信[5]。由PTR8000构成的无线收发电路如图4所示。

在图4中，PTR8000的3个状态输出信号DR、AM、CD分别与单片机的P3.2、P3.4和P3.5管脚相连，以此实现无线模块与单片机的通信控制。其中，AMS1117是低压差三端电压调节器，旨在为PTR8000提供合适的电压。

2.2 子站硬件设计

子站主要完成对传感器信号的采集及处理并控制电磁阀动作，达到自动灌溉的目的，由控制单片机、A/D转换模块、土壤水分传感器、温湿度变送器和电磁阀组成。

2.2.1 土壤水分检测电路 设计采用运算放大器UA741来实现减法电路，其中VH=WATERH，VL=WATERL，V=WATER。电路如图5所示。注意在采集数据之前，对于运算放大器UA741一定要调零。

2.2.2 A/D转换接口电路 ADC0808没有内部时钟，所以时钟信号端CLK通过两个D锁存器的分频与单片机的时钟相连。如图6所示，由于ADC0808的转换速度所限制，系统使用2 MHz的晶振，通过两个D锁存器的分频后，ADC0808 CLK端的时钟频率为2 MHz/4=500 kHz。

2.2.3 显示接口电路 显示接口电路如图7所示。其中，四个晶体管的作用是使得共阳极的LED正常工作，在LED每个光二极管前加了一个限流电阻，是避免LED发光二极管因电流太大而烧坏或寿命减少。

2.2.4 辅助控制单元设计 ①电磁阀控制单元。由于单片机的输出电流比较小，不能驱动电磁阀工作，所以需接一晶体管进行电流放大从而驱动电磁阀工作，在继电器两端反并一个二极管的作用是防止继电器因过大的电流烧坏或寿命减少。电磁阀控制电路如图8a所示。②报警电路设计。大部分都是使用蜂鸣器来提示或报警，具体如图8b所示。

3 系统软件设计

3.1 主站软件设计

设计中单片机的主要功能是实现土壤水分、温湿度等参数的实时接收、发射以及数据的串口发送，因此，功能相对较少，在实际设计中只需要合理地初始化芯片以及特殊功能寄存器，便可实现数据的实时传输，其主程序流程图如图9所示。此外，在系统设计中，PTR8000为无线收发模块，功能是接收数据并发送数据，其流程图如图10a与10b所示。

3.2 系统子站软件设计

3.2.1 数据采集程序设计 数据采集主要是指经传感器采集过来的电压信号，经A/D转换后送到单片机，再通过单片机的软件处理为此电压信号对应的湿度、温度和土壤水分信号，其流程图如图11所示[6]。

3.2.2 数据处理程序设计 数据处理主要是将从A/D采集来的数据经过一定的软件算法处理后，得到与实际情况最相符的数据，即误差最小，其程序流程图如图12所示[6]。

3.2.3 数据显示程序设计 显示数据经过译码器74LS138和驱动74LS47将数据送至LED显示。数据显示子程序主要完成将待显示的数据移出单片机，送至译码器74LS138和驱动器74LS47，其程序流图如图13[7]。

此外，电磁阀程序设计流程图如图14所示。

4 小结

设计通过远程控制实施节水灌溉，实现了实时显示检测数据和实时上传检测数据的功能，并能根据采集到的有关作物生长的环境参数及所需水量来控制给水的时间和流量。通过无线遥控节水灌溉技术可节省人力物力，解决当前水资源短缺却又浪费的紧张局势。主站和子站之间采用无线传输，克服了传统有线传输的地域限制，实现了站点之间的数据传送。此外，通过温湿度和水分传感器采集作物土壤及周围环境的信息，可较全面地体现农作物的需水状况，且节约成本，有效地实现了节水灌溉。

参考文献：

[1] 唐思航，韩晓琴.转变农业发展方式是发展现代农业的关键[J].北京社会科学，2010（2）：76-81.

[2] 李秀娟.现代化农业设施节水灌溉控制系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2007.

[3] 孙 燕，曹成茂，马德贵.基于无线数据传输的节水灌溉控制系统研究[J].安徽农业科学，2010，38（3）：1444-1445.

[4] 任园园，刘建平.基于CMX7143的高速数传模块的硬件设计[J].今日科苑，2009（2）：175.

[5] 张 武.无线通信模块PTR8000在温室环境监测中的应用[J].农业网络信息，2007（2）：29-32.

灌溉系统篇8

管道输水灌溉系统可分为以下类型：

1、按输配水方式分类。低压管道输水灌溉系统按输配水方式可分为加压输水系统和自压输水系统，加压输水系统分为两种，一种是水泵直送式，另一种形式是蓄水池调蓄式。

2、按管网形式分类。低压管道输水灌溉系统按管网形式可分为树状网和环状网。树状网的管网为树枝状，水流在干管、支管、分支管中从上游流向末端，只有分流而我汇流。环状网是管网通过节点将各管道连接成闭合环状，根据出水口位置和控制阀启闭情况，水流可作正向或逆向流动。

3、按工作方式分类。低

（来源：文章屋网 ）

灌溉系统篇9

关键词：节水；精准灌溉；自动控制

1 园林精准灌溉系统图

2 园林精准滴灌系统解析

（1）中央计算机控制系统是把各站点的电磁阀控制器收集的数据集成为一个控制系统，通过电磁阀控制器接口从计算机接受灌溉指令，然后转为电开关信号，由电磁阀执行灌溉系统任务。中央计算机控制系统可自动控制多个灌溉子系统，做到灌溉用水量数据、运行时间和灌溉运行状态均可在计算机内直接查询，设置于灌溉系统管理办公室。

（2）传感器的作用是根据土壤表面和深层湿度以及温度、太阳辐射、风力、雨量等因素进行墒情监测和在线测量，将数据采集器与中央计算机控制系统联动，通过灌溉程序运行，自动执行灌溉任务。

（3）电磁阀控制器的作用是：根据各站点传感器采集的数据进行系统诊断，指令电磁阀和水泵的工作状态，持续监测系统的运行状况，并与中央计算机控制系统联动。

（4）电磁阀是精准灌溉系统中最重要的硬件，通过它来执行整个灌溉系统的启用，电磁阀的性能直接关系到系统的进出水效果和维护成本。电磁阀必须带自清洗滤网和线圈滤网，具备系统启动时排出内部杂质的功能。每个电磁阀处必须设置一个压力调节器，以保证每个子系统内各支管压力都处在预先设定的工作压力范围内。

（5）灌溉需求点器材的选用：根据苗木和植物的生长特性，灌溉点的周边环境可选用压力补偿滴头、内镶贴片式滴灌带、内镶圆柱滴灌管喷雾器、旋转喷头等灌溉器材。使用压力补偿滴头时，必须选用带自动反冲洗功能、增强抗堵塞能力、能借助水流压力使弹性硅胶片改变水口断面、自动调节流量，使出水稳定的产品。

（6）水泵、水箱输水管道等器材的选用：根据灌溉面积、地形地貌、维护成本流量、工作压力等情况，选用合适的水泵和输水管道器材。为保证压力管道的安全运行和维修方便，适当配置溢流阀、闸阀等，在水箱与加压泵之间设置回止阀。

（7）自动反冲洗过滤器的作用是：根据灌溉需求点选用器材的不同和水源清洁度的不同，过滤器性能有相应的要求，过滤效果的好坏直接影响到灌溉效果的成效，也直接关系到系统的维护成本。市政水源，特别是中水或蓄水在进入加压系统前要求将水中的杂质截留在滤网内部，被截留下来的颗料不断增加，滤孔会越来越小，在进、出之间产生压力差，当压力差达到设定值时，压差变送器将信号传到中央计算机控制系统启动清洗装置并排出s物。当滤网清洗结束后，压差恢复正常，过滤器返回原始运行状态。根据不同水源和过滤精度灵活调整反冲洗压差值，实现系统自动化运行控制。

灌溉系统篇10

【关键词】zigBee；自动监控；节水灌溉

【Abstract】China is a country poor in water resources， per capita water resources is only a quarter of the world average， while our country is an agricultural country， long-term extensive farming great waste precious water resources. The purpose of this paper is to design a set of based on zigBee wireless sensor network technology， to automatically crop growth of soil moisture monitoring system， it can timely， right amount of crop irrigation， and a high efficient irrigation， water saving， energy saving effect.

【Key words】zigBee； Automatic monitoring； Water-saving irrigation

0 引言

我国是个水资源非常缺乏的国家，传统的温室节水控制系统存着以下缺点：

1）单独依靠灌溉流程的最后环节来解决，没有将水资源的开发、输送、分配等因素全盘综合考虑，真正的做到按需精确的给水。

2）在实际的农业生产应用时，需要密布传感器节点，才能实现对监测区域的有效覆盖，这将导致农业设施内部线缆纵横交错，系统安装及维护成本急剧增加。

本研究拟将物联网架构的无线传感器技术应用于节水灌溉系统中。以ZigBee无线网络技术为依托构建物联网架构的温室节水灌溉系统。内容包括：利用ZigBee无线网络技术的低功耗、低成本、免许可无线通信频段等特点，将其引入到温室灌溉系统中，避免了大量信号线的敷设；

另外，因为温室是采光建筑，透光性较好，本项目将太阳能供电技术应用到温室土壤温、湿度检测之中，利用太阳能供给环境检测所需电力，在不利于电力线路敷设的区域也可以实现电力供给，并且节能、环保。

国外灌溉监控系统在运行、管理方面的自动化程度较高，并且系统也相对比较完善。在农业机械化和自动化程度较高的美国、日本、荷兰、西班牙和以色列等国家中，很多灌溉控制的技术值得我们在农业灌溉现代化过程中借鉴。

1 系统设计原则

结合灌溉系统自身的特点和当前国内外各种精准灌溉的优劣，本系统的设计遵循以下原则：

1）能时时刻刻的监测灌溉区域的土壤含水量，这是我们做精准灌溉的基础。如果做不到实时监测，空谈精准就毫无根据可言。

2）能够准确的读取灌溉区域土壤含水量，这是精准灌溉的精髓所在，如果连含水量的监测都无法保证精确，就无从说起控制。

3）方便而实用。用户不需要过于复杂的操作，而需要经过专业技术人员的培训之后便能熟练的操作。

4）节能，低碳。系统不需要复杂的交流电连接，这样既不破坏植被的美观又能节约能源。

5）低成本。国外很多先进的精准灌溉系统虽然己经做的很好了，但是高昂的价格根本不是我国农民能承受得起的。因此只有价格低廉有利于推广。

2 系统总体设计方案

3 温室无线环境检测系统的方案设计

整个检测系统由zigbee无线传感器网络和上位机检测平台两部分组成。zigbee无线传感器网络由传感器节点、路由节点和协调器节点组成，分布在温室的各个区域。无线传感器节点分为传感器节点和路由节点 协调器节点。系统运行时，传感器节点周期性地完成数据采集并通过 Zig-Bee 网络汇总到协调器，协调器将采集的数据通过多跳的方式汇聚到远程监控中心的基地管理监测平台。基地管理监测平台收到所有节点周期性汇聚的数据后，采用 SQLite 数据库对采集的数据进行存储、查询等管理，并可以通过 GPRS 或 Internet 网络将监测数据发送到远程监控中心的服务器上，使得用户可以随时通过 Internet 登录到服务器网站查阅或分析处理数据，为多个区域的环境信息集中管理和和综合应用提供支持。此外，还可以对写入数据库的数据进行判断，当超过管理人员设置的阈值时，通过启动声光报警器、GSM 短信等多种方式预警，并根据设计的算法将不同的控制命令发送到控制节点，由控制节点驱动相应的执行机构，完成相应的策略。检测系统的整体结构图如图1所示。

4 无线传感器网络节点的硬件设计

无线传感器网络节点有三种：传感器节点、路由节点和协调器节点。这三种节点在硬件设计上有部分内容是重叠的。节点主要由数据处理模块和无线通信模块组成。本设计选用了CC2430芯片，从而简化了电路的设计。传感器节点采集与环境有关的数据，因此除完成数据收发外，还需要数据采集模块。另外，所有节点均采用太阳能供电，网络中节点的结构如图2所示。

5 太阳能供电模块

为了更好地解决传感器节点的能量供给问题，提出了基于太阳能的能量供给系统，主要由太阳能电池组件、能量管理控制器、蓄电池（组）三部分组成。太阳能电池组件保证使用寿命长，设计在20年以上；蓄电池容量能满足设备负载7天连续阴雨天供电。为了降低能耗，采用类似于智能手机的供电方式，即采用锂电池的供电的设计方案。太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。供电模块结构图如图3所示。

6 系统软件设计

系统软件的设计要实现预想的功能，除此之外应该考虑复杂度和功耗等一些优化措施。本系统的软件设计包含这几个部分：协调器节点（coordinator）软件设计，控制功能节点（router）软件设计，客户端软件设计。这几部分的关系如图4所示：

7 结论

针对温室环境湿度大、基础设施少、作物众多且动态变化等特点，本文设计了基于 ZigBee 的温室自动灌溉系统。设备基于太阳能供电，实现现场实时监测、远程监控报警、灌溉阈值设置灵活以及休眠等功能，并为用户提供直观的系统管理平台来完成节点管理和数据处理功能。设备使用证明，其具有良好的稳定性，并能满足不同作物不同时期灌溉的需要。同时，具有系统误差低、响应速度快、部署灵活、成本低廉、维护简单等特点。该设备的研制和使用为建立大型远程智能灌溉系统提供经验和技术支持。

【参考文献】

[1]高峰，俞立蝶，张文安，等.基于无线传感器网络的作物水分状况监测系统研究与设计[J].农业工程学报，2009（25）.

[2]王成，侯瑞锋，张馨.节水灌溉监测控制系统在设施生产中的研究与应用[J].农业工程技术温室园艺，2008（10）.

[3]袁巧霞，蔡月秋.温室集雨及低压自渗灌溉可行性研究[J].农业机械学报，2006（37）.

[4]Cam p C R，Lamm F R，Evans R G，et al.Proceedings of the 4th Decennial National Irrigation Symposium[J].Phoenix AZ，2000（14）.

[5]甘露萍，谭雪松，张黎骅.基于太阳能和自制土壤湿度传感器的自动灌溉控制系统[J].节水灌溉，2009（11）.