戶用型網(wǎng)絡智能化太陽能光伏滴灌系統(tǒng)開發(fā)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(nèi)的能源短缺和人們低碳環(huán)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(fā)展前景的清潔能源。本文在吸收國內(nèi)外太陽能滴灌系統(tǒng)優(yōu)點的基礎(chǔ)上，結(jié)合一家一戶的小型田塊種植特點，設計研發(fā)了戶用型網(wǎng)絡智能太陽能光伏滴灌系統(tǒng)，并且通過試驗驗證了該系統(tǒng)的便捷性、實用性及穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 太陽能光伏；滴灌系統(tǒng)；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(tǒng)，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(jié)水灌溉方式，該技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)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(shù)已經(jīng)逐步在農(nóng)業(yè)灌溉生產(chǎn)中推廣應用[3]，但將滴灌技術(shù)與太陽能光伏技術(shù)相結(jié)合應用于農(nóng)業(yè)灌溉中的相關(guān)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(fā)了一種戶用型太陽能光伏滴灌系統(tǒng)，將現(xiàn)代信息技術(shù)、太陽能光伏技術(shù)和灌溉技術(shù)進行有機結(jié)合，實現(xiàn)無線遠程控制該系統(tǒng)的起停、參數(shù)監(jiān)控及顯示、報警及其他自動化管理等功能，實現(xiàn)系統(tǒng)均勻、定量精準、自動灌溉[4]。該系統(tǒng)能夠滿足滴灌系統(tǒng)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(fā)電量。

1 系統(tǒng)組成

本文研發(fā)的戶用型太陽能光伏滴灌系統(tǒng)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(nèi)，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(cè)壁設有進水閥門，可通過進水閥門往水箱內(nèi)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(nèi)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(jīng)過濾器進行過濾，可提高滴灌用水的水質(zhì)。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(tǒng)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(tǒng)實現(xiàn)遠程控制和本地控制，包括為該滴灌系統(tǒng)提供動力的太陽能電池板、本地控制系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)，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(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)相連；通過旋轉(zhuǎn)旋鈕，可改變切換繼電器J5的開閉，從而實現(xiàn)遠程控制和本地控制的切換。第一繼電器遠程開關(guān)J7、第二繼電器遠程開關(guān)J8、第三繼電器遠程開關(guān)J9和水泵繼電器遠程開關(guān)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(xiàn)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(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)相連。太陽能電池板通過水泵繼電器本地開關(guān)J1和水泵繼電器遠程開關(guān)J6與水泵6相連通，可分別通過本地控制系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)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(guān)J2和第二繼電器遠程開關(guān)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(guān)J3和第二繼電器遠程開關(guān)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(guān)J4和第三繼電器遠程開關(guān)J9與太陽能電池板相連；可分別通過本地控制系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)控制3個電磁閥的開閉。

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

1.3.4 遠程系統(tǒng)。遠程控制系統(tǒng)位于控制裝置內(nèi)部，包括水泵繼電器遠程開關(guān)J6、第一繼電器遠程開關(guān)J7、第二繼電器遠程開關(guān)J8、第三繼電器遠程開關(guān)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(wǎng)頁對滴灌系統(tǒng)進行遠程控制。

2 工作原理

2.1 本地控制

本系統(tǒng)在具體使用時，若需要進行本地控制時，旋轉(zhuǎn)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(guān)J1，讓水泵工作，水泵6通過進水管5從水箱3底部抽水，經(jīng)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(guān)J2、第二繼電器本地開關(guān)J3、第三繼電器本地開關(guān)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(jù)需要調(diào)整電磁閥打開的個數(shù)。

2.2 遠程控制

若需要進行遠程控制時，旋轉(zhuǎn)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(jīng)過濾器過濾后通過出水管來到滴灌管。

在手機上通過網(wǎng)頁、軟件或其他連接方式打開第一繼電器遠程開關(guān)J7、第二繼電器遠程開關(guān)J8、第三繼電器遠程開關(guān)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(jù)具體情況調(diào)整電磁閥打開的個數(shù)。

當不需要使用該滴灌系統(tǒng)時，旋轉(zhuǎn)旋鈕使切換繼電器切換至自由狀態(tài)，系統(tǒng)停止工作。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)可以通過手機或控制裝置對滴灌系統(tǒng)實現(xiàn)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(qū)域和電量較少區(qū)域在進行農(nóng)田滴灌時的用電問題，節(jié)約了能源，降低了成本。

4 參考文獻

[1] 張克翠.滴灌技術(shù)的應用[J].農(nóng)業(yè)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(wǎng)絡的農(nóng)田環(huán)境檢測系統(tǒng)設計[J].農(nóng)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(nóng)業(yè)工程學報，2002，18（2）：2-5.

[4] 李志勤.關(guān)于水利節(jié)水滴灌技術(shù)的研究[J].工程技術(shù)，2015（12）：238.