戶用型網絡智能化太陽能光伏滴灌系統開發研究

梁君++盧珍++李光輝++周小波++李玉玲++曾文明++阮紅麗

摘要 隨著全世界范圍內的能源短缺和人們低碳環保意識的增強，太陽能因其資源豐富、利用成本低及安全可靠等特點被公認為是最重要、最有發展前景的清潔能源。本文在吸收國內外太陽能滴灌系統優點的基礎上，結合一家一戶的小型田塊種植特點，設計研發了戶用型網絡智能太陽能光伏滴灌系統，并且通過試驗驗證了該系統的便捷性、實用性及穩定性。

關鍵詞 太陽能光伏；滴灌系統；戶用；智能化

中圖分類號 S275.6 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）02-0155-02

滴灌是利用低壓管道系統，通過滴頭將水緩慢、均勻地輸送到植物根部，是目前最有效的一種節水灌溉方式，該技術已經廣泛地應用于農業灌溉生產中[1-2]。太陽能是一種可再生綠色能源，近年來太陽能光伏技術已經逐步在農業灌溉生產中推廣應用[3]，但將滴灌技術與太陽能光伏技術相結合應用于農業灌溉中的相關研究較少。本文為了有效滿足一家一戶的小型田塊種植的灌溉需求，研究開發了一種戶用型太陽能光伏滴灌系統，將現代信息技術、太陽能光伏技術和灌溉技術進行有機結合，實現無線遠程控制該系統的起停、參數監控及顯示、報警及其他自動化管理等功能，實現系統均勻、定量精準、自動灌溉[4]。該系統能夠滿足滴灌系統的精準性、智能性和可靠性等要求，能確保弱光或陰雨天氣條件下的太陽能最大發電量。

1 系統組成

本文研發的戶用型太陽能光伏滴灌系統包括水箱、進水管、水泵、水泵底座、出水管、電磁閥和用于控制水泵啟停和電磁閥開閉的控制裝置，具體如圖1所示。

1.1 水箱

水箱位于框架內，框架固定在底座上；框架對水箱起保護作用，底座支撐起帶有框架的水箱。水箱側壁設有進水閥門，可通過進水閥門往水箱內補充灌溉水。

1.2 水泵

水泵位于水箱頂部并固定在水泵底座上，水泵底座位于水箱內部，水泵分別與進水管和出水管相連；進水管一端與水泵相連，另一端延伸至水箱底部；出水管一端與水泵連接，另一端朝水箱外部延伸；出水管延伸處連接有多個滴灌管，滴灌管上均設有電磁閥，出水管上設有過濾器，水從水泵出水后經過濾器進行過濾，可提高滴灌用水的水質。在本研究中，出水管連接有3根滴灌管，則相應的電磁閥也為3個；底座下設有滾輪，使該滴灌系統進行移動時方便省力，能便利地在各個方便操作的地方進行滴灌。

1.3 控制裝置

1.3.1 控制功能。控制裝置固定在底座上。控制裝置可對滴灌系統實現遠程控制和本地控制，包括為該滴灌系統提供動力的太陽能電池板、本地控制系統和遠程控制系統，如圖2所示。控制裝置上設有切換本地控制和遠程控制的旋鈕。太陽能電池板通過切換繼電器J5與本地控制系統和遠程控制系統相連；通過旋轉旋鈕，可改變切換繼電器J5的開閉，從而實現遠程控制和本地控制的切換。第一繼電器遠程開關J7、第二繼電器遠程開關J8、第三繼電器遠程開關J9和水泵繼電器遠程開關J6通過遠程控制模塊與太陽能電池板相連通；通過對遠程控制模塊實行遠程控制，可對電磁閥的開閉與水泵的啟停實現遠程控制。

1.3.2 太陽能電池板。太陽能電池板位于控制裝置外，分別與本地控制系統和遠程控制系統相連。太陽能電池板通過水泵繼電器本地開關J1和水泵繼電器遠程開關J6與水泵6相連通，可分別通過本地控制系統和遠程控制系統控制水泵的啟停。

太陽能電池板與第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥均連接，第一電磁閥上通過第一繼電器本地開關J2和第二繼電器遠程開關J7與太陽能電池板14相連，第二電磁閥上通過第二繼電器本地開關J3和第二繼電器遠程開關J8與太陽能電池板相連，第三電磁閥上通過第三繼電器本地開關J4和第三繼電器遠程開關J9與太陽能電池板相連；可分別通過本地控制系統和遠程控制系統控制3個電磁閥的開閉。

1.3.3 本地系統。本地控制系統位于控制裝置內部，包括水泵繼電器本地開關J1、第一繼電器本地開關J2、第二繼電器本地開關J3、第三繼電器本地開關J4。

1.3.4 遠程系統。遠程控制系統位于控制裝置內部，包括水泵繼電器遠程開關J6、第一繼電器遠程開關J7、第二繼電器遠程開關J8、第三繼電器遠程開關J9和遠程控制模塊。與遠程控制模塊無線連接的手機，可通過手機上的軟件、網頁對滴灌系統進行遠程控制。

2 工作原理

2.1 本地控制

本系統在具體使用時，若需要進行本地控制時，旋轉旋鈕使得切換繼電器J5將本地控制連通，在觸摸屏上進行操作，打開水泵繼電器本地開關J1，讓水泵工作，水泵6通過進水管5從水箱3底部抽水，經過濾器過濾后通過出水管來到滴灌管。

在觸摸屏上打開第一繼電器本地開關J2、第二繼電器本地開關J3、第三繼電器本地開關J4讓各個電磁閥打開，使得水進入滴灌管開始進行滴灌，可根據需要調整電磁閥打開的個數。

2.2 遠程控制

若需要進行遠程控制時，旋轉旋鈕使切換繼電器J5將遠程控制連通，通過手機進行遠程控制，在手機上進行操作，打開水泵繼電器遠程J6，讓水泵6工作，水泵通過進水管從水箱底部抽水，經過濾器過濾后通過出水管來到滴灌管。

在手機上通過網頁、軟件或其他連接方式打開第一繼電器遠程開關J7、第二繼電器遠程開關J8、第三繼電器遠程開關J9讓各個電磁閥打開，使得水進入滴灌管開始進行滴灌，在使用時可根據具體情況調整電磁閥打開的個數。

當不需要使用該滴灌系統時，旋轉旋鈕使切換繼電器切換至自由狀態，系統停止工作。

3 結論

本系統可以通過手機或控制裝置對滴灌系統實現遠程和本地控制，增強了控制的靈活性，提高了工作效率，可以有效解決一家一戶的小型田塊種植的自動灌溉問題，也可以解決無電區域和電量較少區域在進行農田滴灌時的用電問題，節約了能源，降低了成本。

4 參考文獻

[1] 張克翠.滴灌技術的應用[J].農業科技與信息，2009（3）：58-59.

[2] 劉媛媛，朱路，黃德昌.基于GPRS與無線傳感器網絡的農田環境檢測系統設計[J].農機化研究，2013，35（7）：229-232.

[3] 趙燕東，王一鳴.基于駐波率原理的土壤水分傳感器的測量敏感度分析[J].農業工程學報，2002，18（2）：2-5.

[4] 李志勤.關于水利節水滴灌技術的研究[J].工程技術，2015（12）：238.