淺談灌區(qū)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計

劉波 陳立 蔣輝霞 何清燕 陳爽

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展異常迅速，伴隨著經(jīng)濟(jì)的上升，生態(tài)環(huán)境資源的消耗也在逐漸增加。現(xiàn)階段我國水資源利用率不高而導(dǎo)致水資源匱乏的問題日益凸顯，而農(nóng)業(yè)作為我國主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)其水資源利用的問題就尤為重要。節(jié)水灌溉工程可以有效提高水資源的利用率，同時還可以更好的促進(jìn)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展。但現(xiàn)階段節(jié)水灌溉工程與設(shè)計中還存在很多的問題，因此本文針對節(jié)水灌溉工程與設(shè)計中的問題及措施進(jìn)行具體分析。

關(guān)鍵詞：智能節(jié)水；系統(tǒng)設(shè)計；實現(xiàn)

引言

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是實現(xiàn)中國夢建設(shè)中的一個非常重要的階段，農(nóng)業(yè)灌溉是農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重中之重，為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展接軌于我國可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略，將節(jié)水灌溉技術(shù)推向一個新臺階。探究節(jié)水灌溉已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)工作者中比較關(guān)注的課題。

1農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉簡介

農(nóng)作物的灌溉方式主要包含粗放式的灌溉技術(shù)和節(jié)水灌溉技術(shù)兩種，前者屬于傳統(tǒng)灌溉技術(shù)，后者屬于新型灌溉技術(shù)。節(jié)水灌溉能夠按照農(nóng)作物的需水情況、土壤條件以及氣候溫度等對農(nóng)作物進(jìn)行適量灌溉的一種方法，該灌溉技術(shù)能夠在確保農(nóng)作物產(chǎn)量不受影響的前提下，選擇一定的灌溉設(shè)備對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，使其充分利用當(dāng)?shù)氐乃Y源，為農(nóng)業(yè)創(chuàng)造最佳的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益。因此，我們在對節(jié)水灌溉進(jìn)行理解時，不能將其簡單理解成一種減少灌溉用水量的灌溉形式，其實質(zhì)上能夠利用不同的技術(shù)措施，對農(nóng)作物進(jìn)行針對性灌溉，降低土壤水分蒸發(fā)，減少無益耗水，提升農(nóng)作物對土壤以及降水利用率的綜合性灌溉方式。分析我國現(xiàn)階段使用的農(nóng)業(yè)灌區(qū)工程，最主要的節(jié)水途徑包含渠道防滲、推廣滴灌、噴灌、管灌等。從農(nóng)業(yè)灌區(qū)長遠(yuǎn)發(fā)展來看，需要強(qiáng)化灌溉用水管理、科學(xué)、合理使用水資源，盡量培養(yǎng)節(jié)水型農(nóng)作物，從根本上降低對水資源的需求，實現(xiàn)節(jié)水目的。

2智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)應(yīng)用

2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計

智能節(jié)水的總體設(shè)計如圖一所示，該系統(tǒng)應(yīng)用了AT89C51單片機(jī)進(jìn)行實現(xiàn)，應(yīng)用濕度傳感設(shè)備XR61TDR采集濕度信息，得到的電流信號在經(jīng)過處理之后，便可獲得電壓信號，之后在將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后由單片機(jī)對該信號實施相應(yīng)的處理[1]。在使用溫度傳感設(shè)備對DS18B20采集溫度，在對信號進(jìn)行內(nèi)部處理之后，便可獲得數(shù)字信號，在利用單片機(jī)對該信號實施處理。在系統(tǒng)采集到濕度值和溫度值之后，將數(shù)值送到LED顯示電路，經(jīng)過模糊控制算法的計算，便可對水泵開關(guān)實施智能控制。

圖1總設(shè)計框圖

2.2濕度采樣以及轉(zhuǎn)換

對土壤的濕度進(jìn)行采樣，可應(yīng)用濕度傳感設(shè)備得到模擬信號，在兩倍放大之后可獲得電壓范圍的標(biāo)準(zhǔn)0-5.0V。之后在實施A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)系統(tǒng)只需要查詢ADC0809傳輸過來的標(biāo)志信號，便可知道A/D的轉(zhuǎn)換有沒有完成，如果完成了轉(zhuǎn)換，便可將測量完成的濕度數(shù)據(jù)利用PO端空口進(jìn)行讀取，在處理過后，便可控制水泵的開關(guān)。

2.3選擇溫度傳感器

第一套方案：應(yīng)用熱敏電阻。對其的應(yīng)用可有效滿足35℃以上，95℃以下的測量范圍，但是電阻的可靠性、重復(fù)性以及精度會比較差，針對檢測精度不超過1℃的溫度信號并不適用。第二套方案：應(yīng)用溫度傳感設(shè)備。對于該設(shè)備的應(yīng)用有著質(zhì)量輕和線行度好的特征，其性能非常穩(wěn)定，測量的范圍可控制在-50℃-+125℃，電源電壓在5-10V之間，誤差非常小，有良好的穩(wěn)定行，能最大限度地滿足設(shè)計的需求。

2.4水泵控制電路

應(yīng)用繼電器對電路進(jìn)行控制，利用單片機(jī)當(dāng)中的P3.1作為高平板，反之，P3.1為低電平。為了實現(xiàn)單片機(jī)的控制目的，要將電路放大，可應(yīng)用9015三級管對信號進(jìn)行放大。51單片機(jī)控制部分單片機(jī)控制涵蓋了單片機(jī)電路、晶振電路和復(fù)位電路等構(gòu)成要件。這一部分為電路的關(guān)鍵部分，可應(yīng)用單片機(jī)AT89C51進(jìn)行控制，在該單片機(jī)當(dāng)中，設(shè)置了4kB單元的程序存儲設(shè)備和數(shù)字存儲設(shè)備[2]。因此，系統(tǒng)不需要對外部的存儲系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，可將硬件部分減少。

2.5數(shù)字現(xiàn)實部分

在數(shù)字顯示電路當(dāng)中，有4位共陽極LED顯示設(shè)備2個、鍵盤控制電路一個。其中一個顯示設(shè)備可對實際的溫度值進(jìn)行顯示，另外一個LED顯示設(shè)備可對濕度進(jìn)行設(shè)定。共陽極LED顯示設(shè)備當(dāng)中的陰極以及單片機(jī)AT89C51的P1口連接，對于段碼的顯示可由CPU利用P1口將其傳送到LED顯示設(shè)備的陰極。位掃描碼可利用單片機(jī)AT89C51當(dāng)中的P2.0等進(jìn)行輸出，在利用譯碼設(shè)備進(jìn)行譯碼之后，再利用同相驅(qū)動設(shè)備將其譯碼傳送到顯示設(shè)備的陽極，選通對應(yīng)位。在單片機(jī)當(dāng)中，輸出的電壓和電流并不能對數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動，可應(yīng)用9015三極管對其實施驅(qū)動。

3應(yīng)用模糊控算法實施智能節(jié)水

對于模糊控制的執(zhí)行，在計算機(jī)當(dāng)中一定要結(jié)合相應(yīng)的算法實現(xiàn)，其最終的目的為在連續(xù)精確量的輸入中，可利用模糊推理的計算模式，將精確的控制值求出來[3]。其中，模糊控制算法的種類比較多，經(jīng)常使用的計算方式為合成推理查表、解析公式以及關(guān)系矩陣等。在真實的系統(tǒng)當(dāng)中，單片機(jī)可利用查表的形式對模糊控制進(jìn)行實現(xiàn)。在差表法當(dāng)中，要先對模糊控制響應(yīng)表進(jìn)行制造，在對系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計的過程中，要先將表格放置在ROM存儲區(qū)域的某個位置當(dāng)中，以便在查表時進(jìn)行使用。

4農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展策略

4.1完善灌區(qū)渠系建設(shè)

針對灌區(qū)渠系存在的水資源滲漏問題，需要做好相應(yīng)的配套工作，按照水利工程灌區(qū)的現(xiàn)狀，強(qiáng)化渠道襯砌力度，完善水利工程灌區(qū)渠系及相應(yīng)的配套措施，設(shè)置水量測試設(shè)施，降低水資源使用過程中的滲漏問題，堅決杜絕跑水、漏水等問題的出現(xiàn)，提升渠系用水的利用率。

4.2強(qiáng)化渠系調(diào)整及管理

我國水利工程灌區(qū)大部分都具有約30年的歷史，屬于老灌區(qū)。農(nóng)民為了方便用水，一般都想要在干渠上邊直接開口建閘，自己分水，甚至還有部分農(nóng)民想要獨(dú)自建閘分水，這樣一來，雖然部分農(nóng)民用水方便了，但是會給水渠中水資源分配、調(diào)度、管理帶來一定的問題，出現(xiàn)水資源浪費(fèi)，水費(fèi)征收困難。想要有效改善老灌區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀，需要強(qiáng)化管理能力，增加有效灌溉面積，完成渠系調(diào)整以及合并工作。

5結(jié)束語

我國的農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量的同時也一定要做到保護(hù)生態(tài)環(huán)境和節(jié)約水資源。針對目前我國農(nóng)業(yè)水利節(jié)水灌溉工程當(dāng)中存在的問題，相關(guān)的工程負(fù)責(zé)人員要增強(qiáng)管理規(guī)劃制度的科學(xué)性和合理性，招標(biāo)專業(yè)性強(qiáng)的設(shè)計單位或人員，并對相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行定期的培訓(xùn)，全方位的提高我國水利工程節(jié)水灌溉的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳炳方，閆娜娜，曾紅偉，蔣禮平，朱偉偉.節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的空間認(rèn)知與建議[J].中國科學(xué)院院刊，2017，32（01）：70-77.

[2]袁壽其，李紅，王新坤.中國節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀?問題?趨勢與建議[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報，2015，33（01）：78-92.