自动滴灌系统

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1、滴灌系统的自动化控制的研究（2）3.5.2数据输入在读数记录屏幕中可以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、作物籽粒大小。有关作物的数据可以测定得到，作物生长参数与土壤水分含量相关联可以确 定作物生长期的水分需求量。气候数据资料可以人工输入或由气象站自动装载。天气数据参数的个数 没有限制，它可以与任一个作物生长测定值和任一水平的土壤水分含量相关联制作相互作用关系图。 从气象数据资料中可以得到蒸发损失的总水分量的数据并且把它与测定的日水分使用量相比较来调 整该地区的作物灌溉计划。3.5.3软件的数据处理利用滴管软件可以计算使土壤剖面达到灌溉饱和点所需的准确时间数。同 时计算

2、自从播种或其他生长时期（如发芽、开花等）以来的天数，使土壤水分能够与过去多年的作物 生长资料数据参数同步分析，以确定作物水分利用效率。使用作物累积日水分方程。能够很好地评估 作物总产量，尤其是对于玉米、小麦和棉花。可以通过作物一水分方程和气象资料估算理论产量。通 过速率方程，计算作物生长速率。计算作物当前日水分利用量占整个生长季日水分利用量地比例。同 时也可计算不同水分含量地土壤水分变化速率，这些速率地变化表明土壤紧实问题和土壤干旱地程 度。滴灌软件可以分析某一作物在生长季内日水分利用状况地资料。结合现代先进地土壤水分测定仪 器使用，该软件能够指导我们最有效地利用有限的水资源获得最大农业效益。

3、例如能够确定每次灌溉 的准确时间和灌水量。同时减小过量灌溉和水分不足对产量的影响。建立各种不同作物之间水分利用 及水分利用效率的差异；建立如不同品种、土壤紧实情况、不同的耕作史等不同条件下水分利用及水 分利用效率的差异；建立现代耕作技术和传统耕作技术条件下的水分利用效率的关系。确定灌溉和降 水的利用效率，用以观察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和盆化问题，能够减少土壤 养分的淋溶损失问题。建立土壤水分含量、作物长势及天气状况的数据库以使作物产量和质量获得持 续稳定的提高，使高效农业可持续发展。3.6灌溉自动化控制系统要实现灌水的自动化，必须有自动灌溉控制器，该装置由土壤湿度传感器、控

4、制器和电磁阀组成， 能够按土壤墒情和作物需水特性实施自动灌溉（沟灌、喷灌、滴灌、渗灌），达到高产、高效、和节 水的目的。适用于庭院花圃、苗圃、果园、菜地和农地。随着经济发展，庭院花圃、苗圃水分的自动 灌溉倍受欢迎。它能省水省事，使花木生长更好。一亩庭院花圃、苗圃地投资1.0-1.5万元，可以建 立自动灌溉控制系统。自动灌溉控制系统可以实现科学灌溉，节能、省水，使菜地和农地产量和质量 明显提高。智能化，精准化灌溉技术是伴随着计算机应用技术、传感器制造技术、塑料工业技术的提 高而逐步实现的自动化计算机灌溉控制系统大约在80年代初由雨鸟公司、摩托罗拉等几家公司开发、研制成功， 并投入使用。由于技术复

5、杂、应用难度大，价格高昂，这种控制设备最早应用于高尔夫球场灌溉系统 的控制上。90年代，计算机工业的硬件、软件飞速发展，使得灌溉系统中央计算机系统操作难度越 来越小，功能越来越丰富，价格也逐渐降了下来。这种系统在园林绿化上用得也越来越多了起来，雨 鸟公司针对不同用途，研制、开发出了中央计算机控制系统：Maxicom智能化灌溉中央计算机控制系统具有如下功能： 动采集各种气象数据，计算并记录蒸发蒸腾量ET； 根据前一天的ET值自动编制当天灌溉程序并实施灌溉； 可由连接的土壤湿度传感器、风速传感器、雨量传感器等干涉程序，启动、关闭、暂停灌 溉系统； 连接流量传感器可自动监测、记录、警示由于输水管断裂

6、引起的漏水及电磁阀故障；最大 限度利用管网输水能力； 运行程序而不起动灌溉系统（干运行），测试程序合理性，不合理时预先修改； 自动记录、显示、储存各灌溉站的运行时间；自动记录、显示、储存传感器反馈数据，以 积累资料，修改程序，修改系统等。滴灌系统的自动化控制的研究2006-2-1 16:29:00来源：中国自动化网2.3评价从整体上来看,XX白果园的滴灌系统是建设的比较完善的一套滴水灌溉系统，设计施工都符 合现代滴灌的要求，是一套先进的现代化滴水灌溉系统，而且产生了很好的经济效果。不过当时 考虑到经济条件的限制，其毛管采用了单行直线布置，灌水均匀度不高，鉴于对多种毛管布置 形式的比较分析，笔者

7、认为百果园应改进为双行毛管平行布置；而且其控制系统自动化程度不 高，全园仅能使用微机控制电磁阀的开启，不能精确实现作物的轮灌、对灌水时间和灌水量都 不能实现有效的控制，故需进一步对其控制系统加以设计改进。正在建设的二期工程应该吸收 一期工程中的好的经验，改进一期工程中的不足，特别是应该实现灌水的全自动控制。3灌溉自动化控制系统灌溉中的滴灌系统，能很方便实现自动化控制，灌水的自动化控制能有效的实现节水灌溉， 也是农业实现现代化的要求。对微灌的自动化控制，根据控制系统运行的方式不同，一般可分 为手动控制、半自动控制和全自动控制三类： 手动控制系统系统的所有操作均由人工完成，如水泵、阀门的开启、关闭

8、，灌溉时间的长短，何时灌溉 等等。这类系统的优点是成本较低，控制部分技术含量不高，便于使用和维护，很适合在我国 广大农村推广。不足之处是使用的方便性较差，不适宜控制大面积的灌溉。 全自动控制系统系统不要人直接参与，通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参数可以长 时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控 制设备。这种系统中，除灌水器、管道、管件及水泵、电机外，还包括中央控制器、自动阀、 传感器（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）及电线等。 半自动控制系统系统中在灌溉区域没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期

9、等均是根据预先编制的 程序，而不是根据作物和土壤水分及气象资料的反馈信息来控制的。这类系统的自动化程度不 等，有的一部分实行自动控制，有的是几部分进行自动控制。为了对先进的滴灌自动化控制系统有具体认识和了解，下面我们将对滴灌的自动化控制作 详细介绍：3.1滴灌首部控制枢纽滴灌自动化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 是按预定好的时间放水或关水；水量控制系统是按照设计的配水量放水或关水；反馈控制系统 是根据灌区内湿度感受器的反应，然后将信号传送到首部控制枢纽部分来关水或放水。滴灌系 统更便于完全实现自动化，这在地多人少、劳力紧张的边远地区，沙漠地带的防护林区，铁

10、路 路基沿线，经济力量雄厚的城郊蔬菜种植区显得特别重要。目前，国外发达国家在滴灌区普遍 使用了计算机管理系统，并通过专用的滴灌系统软件来控制和检测作物生长、土壤状况和气象 趋势，取得了良好的效果。大大提高了现代化的土壤水分、作物生长测定技术的可能性和实用 性，具有农艺上的综合性，为人们充分利用现代化仪器设备在滴灌系统中应用提供了巨大的潜 力。滴灌系统软件根据作物对水分的需求和土壤墒情制定出合理的灌溉计划和作物管理计划。3.2作物生产管理计划制定控制软件系统应能提供一套科学的管理系统，它通过提高作物产量和品质以及减少用水量来提高水分利用效率，能给农民及有关用户提供一套针对灌溉方案制定作物生产管理

11、的先进、 完善的管理系统，用户能够使用它获得他们的每一块农田的土壤水分状况图，方便的数据资料 存取能够得到每一块农田的准确土壤水分含量，还能够确定准确的日水分利用量，能够给每块 农田制定出合理的灌溉管理决策，能够根据每一块农田各自的灌水量需求对不同农田进行灌溉 优先排序，以便制定优化灌溉计划使农场或用户获得整体最高产量。控制软件系统应能允许灌溉管理者根据作物水分需求和作物对灌溉的反应制定合理的灌溉 计划，作为一个完整的灌溉计划和作物生产管理软件包，它能够对灌溉决策的制定和作物管理 进行数据资料存储、运算处理、显示输出。土壤水分数据资料主要由中子探测仪、石膏电阻块 和张力计测定获得。天气数据资料

12、由自动气象站获得，作物生长资料如籽粒大小（直径）、株 高和叶片硝酸盐金量等可直接田间测定，根据相应的作物响应，作物生长资料结合土壤水分资 料能够制定出合理的灌溉计划，通过实际调查能够提高作物产量、品质和水分利用效率的管理 技术能够详细地验证作物生长、土壤水分和气候之间的关系，因此能彳艮好地解决一些灌溉管理 和作物生长问题，其中包括过量灌溉导致的灌溉水排渗问题、肥料向根部以下淋溶损失问题以 及为了达到高产稳产目标的籽粒重和穗粒数或结果率的控制管理问题。3.3滴灌系统灌溉计划制定滴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，灌溉计划的应用可消除代 价巨大的不可预测的农业灾害，如在作物生长

13、临界期由于土壤类型和作物自身生长能力，不同 的农田具有不同的土壤水分亏缺量和日水分利用量，因此不同的农田需要不同的灌溉计划。农 民通过土壤水分测定技术利用软件处理和显示不同层次土壤水分特征，能加深对发生于土壤内 的各种过程的理解，以便进行更精细的灌溉计划和灌溉管理决策的制定，以确保土壤水分总是 保持作物生长所需的最佳金水量。当土壤水分和被作物利用的水分的准确数量被测定后，通过软件可以计算下一次滴灌的日 期和准确的灌水量，它将考虑当前每天水分利用状况、天气变化和历史资料来帮助管理者制定 以后的灌水计划。它把农田从最干到最湿分为不同等级。了解需要灌溉补充的水量有助于协调 不同用户之间和同一用户内部

14、的水分供给，充分了解雨后何时开始灌溉能使农民最大限度地利 用自然降水，而把灌水过多和灌水不及造成地危险减到最小。3.4 土壤水分时间图和深度图的应用3.4.1时间图 时间显示某一指定土壤容积金水量、根区土壤金水量或作物响应随时间的变 化。时间图的基本显示：直线表示根区土壤金水量的饱和点和需灌溉补充点；供给的和有效的 灌溉和降雨情况；箭头指示预测的灌溉日期；关于水分饱和点、需灌溉补充点、当前和过去的 土壤水分测定值及计划安排的灌水日期和灌水量的总结表；作物生长及其对灌溉管理技术措施的响应；该软件所做的时间图可进行大小调整，通过调整纵坐标轴上的最大值和最小值及横坐 标上的日期范围能够把图形中用户想

15、要的区域或作物生长期内的某特定阶段的图形放大。图形 能够进行叠加来同时比较不同地点的田块或不同年份的数据。当季和前季的作物的生长，土壤 水分和天气资料的叠加图形比较灌溉管理达到高度的协调一致。用户可以选择任何关键数据来 建立相互作用关系图。3.4.2深度图 深度图显示土壤容积含水量沿土壤剖面随深度的变化而变化的情况，通过该 软件和现代化仪器结合能够迅速直接测定和分析土壤水的剖面分布情况。根区吸收水分模式可 以在深度图中看到，对深度图分析能使农民确定每一种农作物包括块根作物在土壤剖面中被研 究的土壤体积范围和土壤剖面的每一深度层的作物利用的水分数量、土壤紧实度、土壤质地变 化、高石灰岩金量、地下

16、水位和盐分等问题能够通过对根部活动的仔细分析而发现。深度图也 可以用来确定渗入和排出土壤剖面的水分的运动状况及深度和数量，从中能够给定灌溉饱和点 和需灌溉补充点的准确设计值。灌溉或降水后从土壤的根区排出的水分数量能够通过深度图准 确测定，根据可以调节灌溉所用时间以避免水分从土壤剖面排出而损失，控制土壤剖面排出水 的数量将防止地下水水位地升高和土壤养分的淋溶损失，同时也将降低灌水及滴灌水及抽水的 成本。深度图是一个非常有用的工具，能够解决在不同类型土壤中灌溉水的水平和垂直运动的 关键问题，通过分别绘制灌溉前和灌溉后距滴管不同距离的各个点的土壤水分金量图可比较灌 溉水的运动状况，用户能够利用研究所得的结果来减少水分和肥料排渗，同时确保作物根系能 够一直得到适量的水分。3.5软件的程序特点3.5.1程序结构 滴管软件的数据存储于一个树状结构，这使得制定灌溉方案是查询数据资料 非常方便。管理人员可能负责管理