智能灌溉節水噴淋系統的研發

鹽城工業職業技術學院 陳安柱 徐文海

智能灌溉節水噴淋系統的研發

鹽城工業職業技術學院 陳安柱 徐文海

傳統大棚農業灌溉需耗費大量水資源，利用率較低，本文研究的智能節水灌溉系統實時監測作物各時期對水分的需求量，以提高灌溉水資源利用率為目標，精確進行灌溉，保持作物一直在最佳土壤濕度狀態下成長，從而保證作物高品質、高產量、高效益，極大促進精準農業的發展。

智能；節水；精準農業

1 引言

隨著國家不斷重視農業發展，提高節約灌溉水資源利用率問題刻不容緩。大多數地區已經意識到農業智能灌溉的重要性和緊迫性，目前國內大棚節水灌溉多采用霧化噴灌頭，還處于半自動化狀態，不僅灌溉水資源浪費嚴重而且不能精確供給作物生長所需水分，阻礙了農作物健康生長。

雖然我國已經研發出自動化噴灌系統，但普遍存在人為參與因素較高，不能全天候實時監測，監測指標單一，不能進行分析精確化供給水分，水資源浪費嚴重等問題，難以滿足現代智能精準化大棚農業的發展。為了便于實行大棚農業的智能化，精細化管理，基于物聯網的微電子和通信技術的智能節水噴灌系統研究正是在此背景下展開的。

2 具體研究內容

本文主要研究了在大棚種植環境下的節水噴淋系統，其主要由土壤、空氣濕度傳感器、數據處理器、蓄水箱、霧化噴頭、若干灑水噴頭以及監測終端等組成，濕度傳感器的信號輸出到數據處理器，再由數據處理器將信號輸出到水量控制開關，霧化噴淋頭與灑水噴淋頭分別通過水量控制開關連接蓄水箱。

本論文研究的是在大棚種植環境下使用的智能節水管理灌溉系統，采用精確量化灌溉的方式，再利用灑水頭與霧化頭的配合使用，使作物的質量得到極大保障，節水節能。

2.1 解決的關鍵技術問題

2.1.1 智能管理灌溉系統

圖1 系統簡圖

如圖1示，智能灌溉節水噴淋系統，其最大難點是把土壤、空氣濕度傳感器、數據處理器、蓄水箱、霧化噴頭、若干灑水噴頭以及監測終端等科學合理地融為一體，形成有反饋，有執行，有監測的閉智能環控制系統。土壤濕度傳感器與空氣濕度傳感器分別將各自信號數據傳到處理器，監測數據經處理器處理后，輸出到水量控制開關，執行機構霧化噴淋頭以及灑水噴淋頭分別通過水量控制開關與儲水箱連接，傳感器數據傳輸連接到監測終端。

2.1.2 霧化噴淋頭

本論文所應用霧化噴淋頭包括噴頭本體，噴頭本體包括流道入口段、流道連接段、混合霧化腔和噴孔；混合霧化腔設置在噴頭本體內部的球形空腔；流道入口段設置在噴頭本體的進水端，流道入口段通過流道連接段與混合霧化腔一體化連通；混合霧化腔設有若干噴孔，噴孔連通混合腔與外界。如圖2所示。

圖2 霧化噴淋頭

本論文所述霧化噴淋頭包括噴頭本體11，所述噴頭本體11包括流道入口段12、流道連接段13、混合霧化腔14和噴孔15；所述混合霧化腔14為設置在噴頭本體11內部的球形空腔；所述流道入口段12設置在噴頭本體11的進水端，所述流道入口段12通過流道連接段13與混合霧化腔14一體化連通；所述混合霧化腔14設有若干噴孔15，所述噴孔15連通混合腔14與外界。所述混合霧化腔14的徑向尺寸大于流道入口段12的徑向尺寸，所述流道入口端12的徑向尺寸大于流道連接13的徑向尺寸。

3 工藝流程

智能管理節水灌溉系統在工作中，整個工作系統采用閉環控制，土壤濕度傳感器與空氣濕度傳感器實時傳輸監測數據，經過處理器分析，發出信號，控制噴灑執行機構進行精確霧化噴灑灌溉，當土壤以及空氣綜合濕度達到作物生長階段所需水分要求，則傳感器再次將檢測數據傳輸到處理器，處理后再次發出信號至執行機構，霧化噴灑執行機構停止動作。如圖3所示。

圖3 工藝流程圖

4 項目的特色和創新之處

（1）精確監測濕度。精確測得土壤內部影響作物生長的深度的土壤真實平均溫度，空氣濕度傳感器在大棚頂部做閉合巡回監測，精準獲取大棚實際的空氣濕度。

（2）灌溉水資源精確量化供給，節約水資源。噴灌執行機構根據處理器計算后處理的信息，定量供給水分，不會造成過度灌溉的情況。

（3）利用單片機作為中央處理器來處理傳感器和執行機構信號，保證噴頭機構、巡回機構等動作能及時準確完成。

（4）雙重調節保障濕度。灑水噴淋頭結合土壤濕度傳感器可以調節土壤內的水分，霧化噴淋頭結合空氣濕度傳感器可以調節空氣的濕度，土壤水分和空氣水分的雙重保障，可以提高作物的產量。

5 小結

智能管理節水灌溉系統的研發在整體構思上充分體現了以人為本的設計理念，提升了產品的人工智能和質量。

[1]韓貴黎.基于PLC和物聯網感應的智能灌溉節水系統設計[J].農機化研究,2017(12).

[2]沈翠鳳.基于單片機和無線通訊的自動農田節水灌溉系統[J].工業控制計算機,2013(11).

陳安柱，男，1984年出生，江蘇連云港人，講師，碩士，研究方向：車輛工程。

鹽城市2016年度農業科技創新專項引導資金擬立項項目智能灌溉節水噴淋系統的研發（編號：YKN201608）本論文得到2017年江蘇高校“青藍工程”資助。