淺談灌區智能節水灌溉系統設計

劉波 陳立 蔣輝霞 何清燕 陳爽

摘 要：我國經濟建設發展異常迅速，伴隨著經濟的上升，生態環境資源的消耗也在逐漸增加。現階段我國水資源利用率不高而導致水資源匱乏的問題日益凸顯，而農業作為我國主要經濟產業其水資源利用的問題就尤為重要。節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農業的生產與發展。但現階段節水灌溉工程與設計中還存在很多的問題，因此本文針對節水灌溉工程與設計中的問題及措施進行具體分析。

關鍵詞：智能節水；系統設計；實現

引言

農業現代化是實現中國夢建設中的一個非常重要的階段，農業灌溉是農業發展中的重中之重，為了實現農業發展接軌于我國可持續發展的國家戰略，將節水灌溉技術推向一個新臺階。探究節水灌溉已經成為農業工作者中比較關注的課題。

1農業節水灌溉簡介

農作物的灌溉方式主要包含粗放式的灌溉技術和節水灌溉技術兩種，前者屬于傳統灌溉技術，后者屬于新型灌溉技術。節水灌溉能夠按照農作物的需水情況、土壤條件以及氣候溫度等對農作物進行適量灌溉的一種方法，該灌溉技術能夠在確保農作物產量不受影響的前提下，選擇一定的灌溉設備對農作物進行灌溉，使其充分利用當地的水資源，為農業創造最佳的經濟、環境、社會效益。因此，我們在對節水灌溉進行理解時，不能將其簡單理解成一種減少灌溉用水量的灌溉形式，其實質上能夠利用不同的技術措施，對農作物進行針對性灌溉，降低土壤水分蒸發，減少無益耗水，提升農作物對土壤以及降水利用率的綜合性灌溉方式。分析我國現階段使用的農業灌區工程，最主要的節水途徑包含渠道防滲、推廣滴灌、噴灌、管灌等。從農業灌區長遠發展來看，需要強化灌溉用水管理、科學、合理使用水資源，盡量培養節水型農作物，從根本上降低對水資源的需求，實現節水目的。

2智能節水灌溉系統應用

2.1系統的總體設計

智能節水的總體設計如圖一所示，該系統應用了AT89C51單片機進行實現，應用濕度傳感設備XR61TDR采集濕度信息，得到的電流信號在經過處理之后，便可獲得電壓信號，之后在將其轉換成數字信號，最后由單片機對該信號實施相應的處理[1]。在使用溫度傳感設備對DS18B20采集溫度，在對信號進行內部處理之后，便可獲得數字信號，在利用單片機對該信號實施處理。在系統采集到濕度值和溫度值之后，將數值送到LED顯示電路，經過模糊控制算法的計算，便可對水泵開關實施智能控制。

圖1總設計框圖

2.2濕度采樣以及轉換

對土壤的濕度進行采樣，可應用濕度傳感設備得到模擬信號，在兩倍放大之后可獲得電壓范圍的標準0-5.0V。之后在實施A/D轉換，單片機系統只需要查詢ADC0809傳輸過來的標志信號，便可知道A/D的轉換有沒有完成，如果完成了轉換，便可將測量完成的濕度數據利用PO端空口進行讀取，在處理過后，便可控制水泵的開關。

2.3選擇溫度傳感器

第一套方案：應用熱敏電阻。對其的應用可有效滿足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：應用溫度傳感設備。對于該設備的應用有著質量輕和線行度好的特征，其性能非常穩定，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，有良好的穩定行，能最大限度地滿足設計的需求。

2.4水泵控制電路

應用繼電器對電路進行控制，利用單片機當中的P3.1作為高平板，反之，P3.1為低電平。為了實現單片機的控制目的，要將電路放大，可應用9015三級管對信號進行放大。51單片機控制部分單片機控制涵蓋了單片機電路、晶振電路和復位電路等構成要件。這一部分為電路的關鍵部分，可應用單片機AT89C51進行控制，在該單片機當中，設置了4kB單元的程序存儲設備和數字存儲設備[2]。因此，系統不需要對外部的存儲系統進行擴展，可將硬件部分減少。

2.5數字現實部分

在數字顯示電路當中，有4位共陽極LED顯示設備2個、鍵盤控制電路一個。其中一個顯示設備可對實際的溫度值進行顯示，另外一個LED顯示設備可對濕度進行設定。共陽極LED顯示設備當中的陰極以及單片機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顯示設備的陰極。位掃描碼可利用單片機AT89C51當中的P2.0等進行輸出，在利用譯碼設備進行譯碼之后，再利用同相驅動設備將其譯碼傳送到顯示設備的陽極，選通對應位。在單片機當中，輸出的電壓和電流并不能對數碼管進行驅動，可應用9015三極管對其實施驅動。

3應用模糊控算法實施智能節水

對于模糊控制的執行，在計算機當中一定要結合相應的算法實現，其最終的目的為在連續精確量的輸入中，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，經常使用的計算方式為合成推理查表、解析公式以及關系矩陣等。在真實的系統當中，單片機可利用查表的形式對模糊控制進行實現。在差表法當中，要先對模糊控制響應表進行制造，在對系統軟件進行設計的過程中，要先將表格放置在ROM存儲區域的某個位置當中，以便在查表時進行使用。

4農業節水灌溉的發展策略

4.1完善灌區渠系建設

針對灌區渠系存在的水資源滲漏問題，需要做好相應的配套工作，按照水利工程灌區的現狀，強化渠道襯砌力度，完善水利工程灌區渠系及相應的配套措施，設置水量測試設施，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，提升渠系用水的利用率。

4.2強化渠系調整及管理

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

5結束語

我國的農業水利工程建設在提高農業生產的質量和產量的同時也一定要做到保護生態環境和節約水資源。針對目前我國農業水利節水灌溉工程當中存在的問題，相關的工程負責人員要增強管理規劃制度的科學性和合理性，招標專業性強的設計單位或人員，并對相關技術人員進行定期的培訓，全方位的提高我國水利工程節水灌溉的質量。

參考文獻：

[1]吳炳方，閆娜娜，曾紅偉，蔣禮平，朱偉偉.節水灌溉農業的空間認知與建議[J].中國科學院院刊，2017，32（01）：70-77.

[2]袁壽其，李紅，王新坤.中國節水灌溉裝備發展現狀?問題?趨勢與建議[J].排灌機械工程學報，2015，33（01）：78-92.