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1、托普物联网开创智慧农业新时代！自动控制在果园自动喷灌系统中运用的设想摘要：本文从微喷灌系统、灌溉自动化控制系统、果园微喷灌的全自动控制设计等方面作了详尽的阐述，提出果园自动喷灌系统工程建设、果园微喷灌自动化的一些设想。关键词：计算机 自动化 电磁阀 果园微喷灌系统1 果园自动喷灌系统简介果园是农业高科技的结晶，果同主要种植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果树，大型果园面积一般规模有几百或近千亩，丘陵区园地地势起伏较大，高差不均，运用传统灌水方式很难进行系统灌溉，不能保证满足果树的需水量，而先进的微喷灌系统具有节水、降温、除尘、防霜冻、调节田间小气候、灌水质量高、增产效果好等优点，对土壤、地形和作物
2、适应性强，防堵塞。充分利用小水源，由低处水库或河流中取水，经过过滤加压，然后由遍布全园的各种管道把带有肥料、除虫剂的水准确地送剑每片需水地果树中，保证果树的正常需水，利于施肥、喷洒除草剂、节省能耗，且操作简单，易于实现自动控制，全园使用微机自动检测控制电磁阀的开启，能精确实现果树的轮灌、对灌水时间和灌水量实现有效的控制，从而实现全园果树系统自动化。2 微喷灌系统微喷灌是一种管道输水的局部灌溉，水一直送到作物根部附近。几乎适应各种复杂地形。它通过低压管道系统将有压水(低压小流量)送到作物根部附近，用微喷头或微喷带将灌溉水喷洒在土壤表面，利用空气作为配水介质，以吸水方式湿润土壤而进行灌溉的一种新型
3、灌水方法。21 果园自动喷灌系统的组成常见的果园自动喷灌系统主要由地面系统、树上系统、悬挂系统、地下系统组成。完整的系统由水源部分、输配水设备、首部枢纽、各级管道和尾部设备灌水器(微喷头等)以及流量、压力控制部件和测量仪表等组成，22 设计原则微喷灌系统设计，通常应遵循以下主要原则：必须满足果园果树生长对水分的要求；灌溉系统设计应结合耕作实际，便于操作； 应使所选择的灌水方法既能满足果树灌溉要求，又不因灌溉而造托普物联网开创智慧农业新时代！成病害、虫害的发生； 灌溉系统设计时应考虑施肥及喷药装置；应使灌溉系统在满足灌溉要求的同时，工程建设的综合造价最小。23 设计步骤收集地形、土壤、气象、水源
4、、果树种植、果园环境等方面的资料。根据果树种类、种植制度、种植季节、水源、灌溉保证率、果园设施等情况选择灌水方法。系统的管道分干管、支管和毛管等三级，布置时于、支、毛三级管道要求尽鼍相互垂直，以使管道长度和水头损失最小。微喷灌灌溉制度的拟定。包括：灌水定额、设计灌水周期、一次灌水延续时间、控制灌溉面积大小的计算、管网水力计算、管道系统设计等。3 灌溉自动化控制系统微喷灌系统能很方便地实现自动控制，实现节水灌溉，这也是实现农业现代化的要求。全自动控制系统：系统通过预先编制好的控制程序和根据反映果树需水的相关参数自动启闭水泵和电磁阀，按一定的轮灌顺序进行自动灌溉。自控系统包括中央控制器、电磁阀、传
5、感器(土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等)、通讯线路及工程部分的灌水器、管道、管件及水泵、电机等装置。31 微喷灌自动控制的方法微喷灌自控系统的基本控制方法有：时间控制、水量控制和反馈控制三种。时间控制系统是按顶定好的时间放水或关水；水鼍控制系统是按照设计的配水方案(配水量)放水或关水；反馈控制系统是根据灌 I 垤内湿度感受器的反应，将信号传送到首部控制枢纽部分来关水或放水。本系统采用反馈控制实现自动控制。利用计算机管理系统，运用专川的微喷灌系统自动检测软件，实时或定时通过有线或无线数据传输网络和数据采集控制设备，采集田间土壤水分、土壤温度、空气温湿度等数据，检测
6、果同十壤水分状态和特征指标、果树水分含量指标、气象变化趋势，根据果树对水分的需求和七壤墒情制定出合理的灌溉计划和果园管理计划。32 果园管理计划托普物联网开创智慧农业新时代！果园管理软件系统为用户提供每一块农田的土壤水分状况图、十壤水分含量、日水分利用量、制定合理的灌溉管理决策、对不同的果园区进行灌溉优先排序。并存储数据资料、运算处理、显示输出。33 灌溉计划允许灌溉管理者根据果树水分需求和果树对灌溉的反应制定合理的灌溉计划。微喷灌系统灌溉计划一般是指确定何时进行灌溉及应该的灌溉量。果树的需水量随树种、土壤类型、气候条件及栽培管理、生理特征的差异而不同。根据果树生长期(花前、花后、花芽分化及休
7、眠期)内各个物候期的需水要求及当时的土壤含水量，确定果树的灌水时间，制定不同的灌水定额和灌水计划。果树在各个物候期内的灌水次数与灌水量随降雨量及降雨在时间上的分布而定。主要取决于各个时期的降水量和十壤的水分状况。冈此，当土壤含水量接近田间持水量的 50应灌水，以确保土壤水分总是保持作物生长所需的最佳含水量。通过软件计算下一次微喷灌的日期和准确的灌水量。通常采用水分中子测节仪、张力计作为启动和关闭水泵的工具。34 实现目标的设想341 设想(土壤墒情监测和灌水预报相结合)管理人员负责管理几个园区或儿块果园，每个吲区或果园设置许多检测点，每一个检测点都有一套不同时间收集的实际测定的读数记录。数据经
8、过计算机软件处理，显示每一单个田块的灌溉饱和点和需灌溉补充点，当前果树日水分使用情况，土壤水分平衡情况并预测下次灌溉的日期。测定土壤水分含量和果树日片 j 水量的值，显示某一具体的时期的每一深度层的土壤水分含量的读数记录和根区的总水分含量，同时显示土壤水分需要量，中子仪测定并估算日水分使用量。利用 PIC 软件可进行数据资料综合分析，实时显示，形成数据库、报表和过程线，从中总结重要的信息形成报告，供灌溉预报、制定每日的管理决策方案使用，遥控实现定时、定量灌水。342 人机环境结合通过计算机界面可人工录入和显示田间实际收集的数据，如土壤水分张力计的读数、果粒大小。依据果树生长参数与土壤水分含量来
9、确定果树生长期的水分需求量。气候数据资料可人工输入或由气象站自动装载。托普物联网开创智慧农业新时代！35 果园微喷灌的全自动控制设计自动控制系统由传感器、数据采集控制终端、数据传输网络及监控中心组成。是单片机、传感、通讯、遥测遥感技术及节水灌溉技术等各级系统的高度集成。351 控制原理自动控制技术采用传感技术对田问土壤水分、土壤温湿度、空气温湿度等果树生长的环境数据进行现场自动采集，输入计算机，形成原始数据库，建立最优控制方案。根据监控中心发出的命令，通过变频器改变电机转速，调节管道压力，控制水泵及各个电磁阀等灌溉设备的正常运行，科学有效地控制灌水时间、灌水量、灌水均匀度，形成优化灌溉制度，为
10、果园地提供一个良好的地、水、肥、气、热条件。352 控制系统的组成采用工业控制计算机(PIC)作为整个控制系统的核心，实现微喷灌的全自动控制。把土壤湿度、盐分、空气温度、相对湿度、降水量、风速、管道压力等田间参数及阀门开启、水泵电机旋转等控制对象送入控制器。满足良好的人机界面要求，协调各部分的工作。整个系统的工作主要由 T 业控制机和变频器两部分完成，其中变频器主要用于控制水泵电机的旋转，工控机主要用来采集田间土壤及气象等指标，按照设定的程序，控制各地块中电磁阀的开启，并通过变频器控制电机的运行状态，协调整个系统的 T 作。353 监测控制软件设计监测控制软件设计是控机能够完成控制功能的重要基
11、础，监控软件设计的好坏直接关系到整个系统的质量和可靠性。根据果园微喷灌的特点，该控制软件主要功能及特点为：自动采集田间数据：系统根据软件中所预先设定的时间，自动地采集土壤湿度、温度、风速、雨量等参数，进行相应的处理后，实时显示在屏幕上。果树生育期的判断：当管理人员输入各地块所种植的果树及种植日期后，系统便根据计算机时钟自动计算出各种果树已种植的天数，判断出果吲所处的生育期，自动查找资料库中所存的原始资料，确定出当前作物最适宜的十壤含水鼍及灌水定额。托普物联网开创智慧农业新时代！微喷灌的全自动控制：系统采集田间及气象数据后，将当前各地块土壤含水量与果园适宜含水量相比较，若土壤实际含水量小于果园要
12、求下限值，便自动开启该地块的第一个电磁阀。进行灌溉。达到所需灌水定额后，自动关闭第个电磁阀，同时开启下一个电磁阀，直到完成整个地块的灌溉任务。灌溉过程中，若出现温度过低、风速过大以及降雨过程等大气时，系统会自动暂停当前的灌溉任务，并保存当前状态。当气象条件满足时，继续进行未完成的任务。办公自动化：系统在运行过程中，可自动生成各种定时、日、月、年报表，并通过打印机打印出来。其内容包括各种气象及一卜壤参数，可从各报表中得到土壤湿度变化曲线、日最高风速、月平均气温、全年总降水晕等原始资料，为用户研究当地的气象及土壤变化情况提供翔实的依据。良好的可维持性：用户可按白定义按钮，通过鼠标各键盘输入新树种的
13、基础资料，系统便会根据用户所定义的数值运行。确定其适宜士壤含水量和灌水定额。为满足实际情况的需要可修改灌水定额、管道压力等参数。友好的入机界面：系统中大部分界面均为示意图形，实时显示各传感器送来的数值及系统当前的运行状态，一目了然。需要用户操作的部分全部为中文界面，T 作人员无需学习便可完成所有操作。另外，在任一界面 F，用户都可以通过按帮助按钮得到相应的提示，指导用户完成相应的功能。4 结束语微喷灌是一种高效节能省水增产的微灌灌溉技术，它具有很多优点，适合我国的国情，具有很强的推广优势，而且很方便实现灌溉的全自动控制，微喷灌将成为二十一世纪发展我国节水灌溉的重点，是加速我国农业实现节水灌溉、
14、精准农业和设施农业的有效途径，将更好的促进我国农业的现代化!微喷灌自动化系统在经济上是合理的，技术上是可行的，将成为我国南方生态农业建设的典范!附录托普物联网简介托普物联网开创智慧农业新时代！托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS 信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用
15、菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。托普物联网三大系统产品我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备） 、传输系统（数据传输处理网络） 、应用系统（终端智能控制平台。 ）托普物联网模块化智能集成系统托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动
16、补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者 RFID 射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各托普物联网开创智慧农业新时代！个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。参考文献1吴普特，牛文全节水灌溉与自动
