大棚蔬菜節水灌溉系統的應用研究

王向飛，周文帥（臨邑縣水務局，山東 臨邑 251500）

大棚蔬菜節水灌溉系統的應用研究

王向飛，周文帥
（臨邑縣水務局，山東 臨邑 251500）

【摘要】當前大棚蔬菜灌溉的自動控制系統多為直接進口，成本昂貴，難以得到大面積推廣，而且傳統的灌溉方式效率低，浪費大。鑒于此，介紹一種成本低，性能穩定，使用方便的節水灌溉控制系統，以期得到推廣使用。

【關鍵詞】大棚蔬菜；節水灌溉；應用分析

大棚蔬菜節水灌溉控制系統采用傳感技術和單片微機技術相結合，上下位機均使用單片機。下位機負責采集土壤濕度信息并可任意設定濕度的上下限值，當濕度超出限定范圍時能通過無線方式發送信息給上位機進行相應的處理，不同的下位機可通過不同的地址碼和數據碼進行編碼。上位機負責將下位機發來的信息進行識別，確定是哪一個下位機，是濕度超過上限還是低于下限，并自動啟停相應的水閥。

1　節水灌溉系統組成

一個完整的灌溉系統，從灌溉受水點到水源，一般是由灌水器、各級輸水管道和管件、各種控制和量測設備、過濾器、施肥（施藥）裝置、水泵電機、電器控制裝置、水源等配套組成。

1.1系統硬件

1）下位機工作原理。下位機硬件主要由單片機、土壤濕度采集、液晶顯示模塊、鍵盤、電源、編碼電路和無線發射模塊等組成。單片機作為下位機的核心，控制各模塊間正常運作。系統工作時先等待鍵盤設置濕度的上限值和下限值，設定成功后進入正常工作狀態，單片機將實時采集的濕度數據進行處理，并通過液晶1602進行顯示，當濕度低于下限值時，單片機置編碼芯片的其中一位數據碼為“0”，同時啟動編碼電路將事先設置好地址碼和其他數據碼通過無線發射模塊發射給上位機，同理，當濕度高于上限值時，將相應的數據碼置“1”再發射出去，地址碼和其他的數據碼可通過撥碼開關預置。電源負責下位機系統的正常供電。

土壤濕度傳感器采用電壓型SMS-1-50土壤水分傳感器，可將相對濕度值很好的轉換為線性電壓輸出，輸出電壓0～2V。AD轉換采用德州儀器公司生產的高速單通道8位模數轉換器ADC081S101，可將濕度傳感器輸出的模擬電壓信號轉化成單片機可識別的數字信號。鍵盤采用4×4矩陣式鍵盤，由數字鍵和功能鍵組成。液晶采用1602液晶顯示器，用于顯示實時的濕度值。單片機采用常用的AT89S52單片機，價格便宜。存儲器采用24C02，用于存儲設定的上下限值。編碼電路中采用編碼芯片PT2262，含8位地址碼和4位數據碼，其中一位數據碼與單片機的I/O口相連，濕度超限置“1”，低于下限置“0”，其余數據碼和地址碼可由撥碼開關置數，用于區別不同的下位機，編碼的發射控制端由單片機控制，每當濕度超限時啟動發射。無線發射模塊采用315MHz或433MHzASK調制的無線發射模塊，工作電壓3V～12V，傳輸距離可達700m。

2）上位機工作原理。上位機的硬件主要由單片機、存儲器、灌溉控制閥、液晶顯示模塊、鍵盤、電源、解碼電路和無線接收模塊等組成。上位機主要完成的工作是將各個大棚（下位機）發射過來的信息進行識別、存儲、顯示并執行相應大棚灌溉控制閥的開啟和關閉。

解碼電路中采用解碼芯片PT2272，地址碼與數據碼均與單片機的I/O口相連，單片機可根據解碼輸出的不同數據來區分不同的大棚以及濕度的超限情況。無線接收模塊采用與發射配套的315MHz或433MHz超外差無線接收模塊。存儲器采用24C04，用于存儲接收到的下位機編號和超限情況。灌溉控制閥由單片機的I/O口，通過繼電器間接控制。單片機、鍵盤、電源和液晶顯示如同下位機。

1.2系統軟件

系統軟件包括上位機軟件和下位機軟件。下位機軟件主要完成濕度上下限值的設定、修改、保存以及土壤濕度的采集、比較、數據碼置數等。上位機主要完成對各下位機的濕度情況進行監控，根據具體情況控制水閥的啟停等。

下位機的軟件主要完成濕度值讀取、顯示，同時將采集的數據進行轉化處理并與設定的上下限值進行比較。若濕度值低于下限值，說明土壤太干燥，需要灌溉；若濕度值高于下限值但不高于上限值，說明土壤濕度適宜，返回主程序；若濕度值高于上限值，則關閉水閥。上位機的軟件主要實現按鍵掃描程序（可實現對接收信息的查詢等功能），無鍵按下則對所設下位機的地址碼循環反復掃描，當接收到解碼輸出的信號時，說明正在掃描的地址碼對應的下位機有信號發送，此時，將地址碼和相應數據進行存儲并判別是0還是1：若是0，說明對應的下位機的土壤濕度低于預設下限，則開啟控制水閥，延時10min左右再關閉控制水閥，返回主程序繼續掃描判斷；若是1，說明對應的下位機的土壤濕度超過預設上限，則立即關閉控制水閥，返回主程序。

2　蔬菜大棚節水灌溉技術分析

2.1蔬菜施肥灌溉一體技術

水肥一體化技術就是在低壓的灌溉條件下將施肥工作和灌溉工作統一結合起來，利用安裝在棚內的施肥灌通過低壓管道系統以較小的流量進行輸送，使肥料能夠完全溶解于水中，便于蔬菜植物直接對肥料的吸收，滿足蔬菜植物生長所需的各種成分。

2.2膜下灌溉技術分析

通過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，又稱促根栽培或者護根栽培。地膜覆蓋技術不僅能夠提高蔬菜植物的產量，還能提高蔬菜的品質，增加單位面積的產量，從而提高種植效益，并在一定程度上對土壤的板結有著抑制鹽堿效應、增強植物的抗逆性等作用。與地膜覆蓋相宜的灌溉技術是膜下灌溉技術，有膜下滴灌、膜下微灌等。

1）膜下滴灌技術。膜下滴灌技術是通過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水灌溉形式。但這項技術投入資金量較大，適合在單位面積種植效益高的蔬菜方面應用。膜下滴灌技術優點很多，大大提高了節水效率，相比漫灌節水率達到70%；同時節約了肥料，約50%以上；并能夠有效地保護土壤，避免土壤板結，減少病蟲害的影響，增加蔬菜作物的產量，增產效果明顯。

2）膜下微灌技術分析。膜下微灌技術是通過鋪設軟管對蔬菜作物進行微流或微噴作用到植物根部。相比傳統的畦灌，更能有效地節約水資源，增加作物產量，對于灌水量的控制準確有效，能夠實現水肥同步一體化，適宜于露地蔬菜和大中棚蔬菜的生產應用。

3）（微）噴灌技術。噴灌是利用專門設備將有壓水送到灌溉農田，并噴射到空中散成細小的水滴，像降雨一樣進行灌溉。噴灌的優點是對地形的適應性強、機械化程度高、灌溉均勻、灌溉水利用系數較高，尤其是適合于透水性強的土壤，可調節空氣濕度和溫度。微噴灌是利用低壓管道，采用流量相對較小的微噴頭及其配套管路等進行灌溉。

3　結語

大棚蔬菜節水灌溉系統操作方便，價格便宜，成本低，能夠有效控制700m范圍內多個大棚的土壤濕度，可根據不同作物設置不同的濕度上、下限值，為作物生長提供最適宜的土壤濕度環境，而且能夠與精確施肥有機地結合，改善植物作物的生長條件，提高單產和蔬菜品質，具有良好的社會效益和經濟效益。

（責任編輯張玉燕）

【中圖分類號】S274

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-08-0049-02

收稿日期：2015-05-19

作者簡介：王向飛（1975—），男，工程師