王向飛，周文帥（臨邑縣水務(wù)局，山東 臨邑 251500）

大棚蔬菜節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用研究

王向飛，周文帥
（臨邑縣水務(wù)局，山東 臨邑 251500）

【摘要】當(dāng)前大棚蔬菜灌溉的自動(dòng)控制系統(tǒng)多為直接進(jìn)口，成本昂貴，難以得到大面積推廣，而且傳統(tǒng)的灌溉方式效率低，浪費(fèi)大。鑒于此，介紹一種成本低，性能穩(wěn)定，使用方便的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，以期得到推廣使用。

【關(guān)鍵詞】大棚蔬菜；節(jié)水灌溉；應(yīng)用分析

大棚蔬菜節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)采用傳感技術(shù)和單片微機(jī)技術(shù)相結(jié)合，上下位機(jī)均使用單片機(jī)。下位機(jī)負(fù)責(zé)采集土壤濕度信息并可任意設(shè)定濕度的上下限值，當(dāng)濕度超出限定范圍時(shí)能通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送信息給上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，不同的下位機(jī)可通過(guò)不同的地址碼和數(shù)據(jù)碼進(jìn)行編碼。上位機(jī)負(fù)責(zé)將下位機(jī)發(fā)來(lái)的信息進(jìn)行識(shí)別，確定是哪一個(gè)下位機(jī)，是濕度超過(guò)上限還是低于下限，并自動(dòng)啟停相應(yīng)的水閥。

1　節(jié)水灌溉系統(tǒng)組成

一個(gè)完整的灌溉系統(tǒng)，從灌溉受水點(diǎn)到水源，一般是由灌水器、各級(jí)輸水管道和管件、各種控制和量測(cè)設(shè)備、過(guò)濾器、施肥（施藥）裝置、水泵電機(jī)、電器控制裝置、水源等配套組成。

1.1系統(tǒng)硬件

1）下位機(jī)工作原理。下位機(jī)硬件主要由單片機(jī)、土壤濕度采集、液晶顯示模塊、鍵盤、電源、編碼電路和無(wú)線發(fā)射模塊等組成。單片機(jī)作為下位機(jī)的核心，控制各模塊間正常運(yùn)作。系統(tǒng)工作時(shí)先等待鍵盤設(shè)置濕度的上限值和下限值，設(shè)定成功后進(jìn)入正常工作狀態(tài)，單片機(jī)將實(shí)時(shí)采集的濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)液晶1602進(jìn)行顯示，當(dāng)濕度低于下限值時(shí)，單片機(jī)置編碼芯片的其中一位數(shù)據(jù)碼為“0”，同時(shí)啟動(dòng)編碼電路將事先設(shè)置好地址碼和其他數(shù)據(jù)碼通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)射給上位機(jī)，同理，當(dāng)濕度高于上限值時(shí)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)碼置“1”再發(fā)射出去，地址碼和其他的數(shù)據(jù)碼可通過(guò)撥碼開關(guān)預(yù)置。電源負(fù)責(zé)下位機(jī)系統(tǒng)的正常供電。

土壤濕度傳感器采用電壓型SMS-1-50土壤水分傳感器，可將相對(duì)濕度值很好的轉(zhuǎn)換為線性電壓輸出，輸出電壓0～2V。AD轉(zhuǎn)換采用德州儀器公司生產(chǎn)的高速單通道8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC081S101，可將濕度傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。鍵盤采用4×4矩陣式鍵盤，由數(shù)字鍵和功能鍵組成。液晶采用1602液晶顯示器，用于顯示實(shí)時(shí)的濕度值。單片機(jī)采用常用的AT89S52單片機(jī)，價(jià)格便宜。存儲(chǔ)器采用24C02，用于存儲(chǔ)設(shè)定的上下限值。編碼電路中采用編碼芯片PT2262，含8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，其中一位數(shù)據(jù)碼與單片機(jī)的I/O口相連，濕度超限置“1”，低于下限置“0”，其余數(shù)據(jù)碼和地址碼可由撥碼開關(guān)置數(shù)，用于區(qū)別不同的下位機(jī)，編碼的發(fā)射控制端由單片機(jī)控制，每當(dāng)濕度超限時(shí)啟動(dòng)發(fā)射。無(wú)線發(fā)射模塊采用315MHz或433MHzASK調(diào)制的無(wú)線發(fā)射模塊，工作電壓3V～12V，傳輸距離可達(dá)700m。

2）上位機(jī)工作原理。上位機(jī)的硬件主要由單片機(jī)、存儲(chǔ)器、灌溉控制閥、液晶顯示模塊、鍵盤、電源、解碼電路和無(wú)線接收模塊等組成。上位機(jī)主要完成的工作是將各個(gè)大棚（下位機(jī)）發(fā)射過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行識(shí)別、存儲(chǔ)、顯示并執(zhí)行相應(yīng)大棚灌溉控制閥的開啟和關(guān)閉。

解碼電路中采用解碼芯片PT2272，地址碼與數(shù)據(jù)碼均與單片機(jī)的I/O口相連，單片機(jī)可根據(jù)解碼輸出的不同數(shù)據(jù)來(lái)區(qū)分不同的大棚以及濕度的超限情況。無(wú)線接收模塊采用與發(fā)射配套的315MHz或433MHz超外差無(wú)線接收模塊。存儲(chǔ)器采用24C04，用于存儲(chǔ)接收到的下位機(jī)編號(hào)和超限情況。灌溉控制閥由單片機(jī)的I/O口，通過(guò)繼電器間接控制。單片機(jī)、鍵盤、電源和液晶顯示如同下位機(jī)。

1.2系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。下位機(jī)軟件主要完成濕度上下限值的設(shè)定、修改、保存以及土壤濕度的采集、比較、數(shù)據(jù)碼置數(shù)等。上位機(jī)主要完成對(duì)各下位機(jī)的濕度情況進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)具體情況控制水閥的啟停等。

下位機(jī)的軟件主要完成濕度值讀取、顯示，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理并與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較。若濕度值低于下限值，說(shuō)明土壤太干燥，需要灌溉；若濕度值高于下限值但不高于上限值，說(shuō)明土壤濕度適宜，返回主程序；若濕度值高于上限值，則關(guān)閉水閥。上位機(jī)的軟件主要實(shí)現(xiàn)按鍵掃描程序（可實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信息的查詢等功能），無(wú)鍵按下則對(duì)所設(shè)下位機(jī)的地址碼循環(huán)反復(fù)掃描，當(dāng)接收到解碼輸出的信號(hào)時(shí)，說(shuō)明正在掃描的地址碼對(duì)應(yīng)的下位機(jī)有信號(hào)發(fā)送，此時(shí)，將地址碼和相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并判別是0還是1：若是0，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的下位機(jī)的土壤濕度低于預(yù)設(shè)下限，則開啟控制水閥，延時(shí)10min左右再關(guān)閉控制水閥，返回主程序繼續(xù)掃描判斷；若是1，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的下位機(jī)的土壤濕度超過(guò)預(yù)設(shè)上限，則立即關(guān)閉控制水閥，返回主程序。

2　蔬菜大棚節(jié)水灌溉技術(shù)分析

2.1蔬菜施肥灌溉一體技術(shù)

水肥一體化技術(shù)就是在低壓的灌溉條件下將施肥工作和灌溉工作統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)，利用安裝在棚內(nèi)的施肥灌通過(guò)低壓管道系統(tǒng)以較小的流量進(jìn)行輸送，使肥料能夠完全溶解于水中，便于蔬菜植物直接對(duì)肥料的吸收，滿足蔬菜植物生長(zhǎng)所需的各種成分。

2.2膜下灌溉技術(shù)分析

通過(guò)利用塑料薄膜緊密地貼近于蔬菜上表面的栽培方式就是地膜覆蓋技術(shù)，又稱促根栽培或者護(hù)根栽培。地膜覆蓋技術(shù)不僅能夠提高蔬菜植物的產(chǎn)量，還能提高蔬菜的品質(zhì)，增加單位面積的產(chǎn)量，從而提高種植效益，并在一定程度上對(duì)土壤的板結(jié)有著抑制鹽堿效應(yīng)、增強(qiáng)植物的抗逆性等作用。與地膜覆蓋相宜的灌溉技術(shù)是膜下灌溉技術(shù)，有膜下滴灌、膜下微灌等。

1）膜下滴灌技術(shù)。膜下滴灌技術(shù)是通過(guò)在地膜下邊安裝滴管帶，然后利用滴頭將水滴入蔬菜植物根部周圍的土壤中的一種節(jié)水灌溉形式。但這項(xiàng)技術(shù)投入資金量較大，適合在單位面積種植效益高的蔬菜方面應(yīng)用。膜下滴灌技術(shù)優(yōu)點(diǎn)很多，大大提高了節(jié)水效率，相比漫灌節(jié)水率達(dá)到70%；同時(shí)節(jié)約了肥料，約50%以上；并能夠有效地保護(hù)土壤，避免土壤板結(jié)，減少病蟲害的影響，增加蔬菜作物的產(chǎn)量，增產(chǎn)效果明顯。

2）膜下微灌技術(shù)分析。膜下微灌技術(shù)是通過(guò)鋪設(shè)軟管對(duì)蔬菜作物進(jìn)行微流或微噴作用到植物根部。相比傳統(tǒng)的畦灌，更能有效地節(jié)約水資源，增加作物產(chǎn)量，對(duì)于灌水量的控制準(zhǔn)確有效，能夠?qū)崿F(xiàn)水肥同步一體化，適宜于露地蔬菜和大中棚蔬菜的生產(chǎn)應(yīng)用。

3）（微）噴灌技術(shù)。噴灌是利用專門設(shè)備將有壓水送到灌溉農(nóng)田，并噴射到空中散成細(xì)小的水滴，像降雨一樣進(jìn)行灌溉。噴灌的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械化程度高、灌溉均勻、灌溉水利用系數(shù)較高，尤其是適合于透水性強(qiáng)的土壤，可調(diào)節(jié)空氣濕度和溫度。微噴灌是利用低壓管道，采用流量相對(duì)較小的微噴頭及其配套管路等進(jìn)行灌溉。

3　結(jié)語(yǔ)

大棚蔬菜節(jié)水灌溉系統(tǒng)操作方便，價(jià)格便宜，成本低，能夠有效控制700m范圍內(nèi)多個(gè)大棚的土壤濕度，可根據(jù)不同作物設(shè)置不同的濕度上、下限值，為作物生長(zhǎng)提供最適宜的土壤濕度環(huán)境，而且能夠與精確施肥有機(jī)地結(jié)合，改善植物作物的生長(zhǎng)條件，提高單產(chǎn)和蔬菜品質(zhì)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（責(zé)任編輯張玉燕）

【中圖分類號(hào)】S274

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-08-0049-02

收稿日期：2015-05-19

作者簡(jiǎn)介：王向飛（1975—），男，工程師