基于DDC控制的智能灌溉系統設計與實施

摘 要：中國為一個農業大國，而非農業強國。現階段農業生產仍然以傳統生產模式為主，憑經驗施肥、灌溉。在東南沿海一帶，土地面積不大，農戶分散，無法進行規模化、集約化、工廠化的農業生產。在當前勞動力紅利消失，青少年農業從業人口很少，機器換人是歷史的必然。但現有的智慧農業系統投資大，對外部配套環境依賴性強，對使用人員的素質要求高，我國的農業從業人員大部分文化層次低，年齡結構大，要進行現代智慧農業生產的制約因素很多。因此，因地制宜地開展節水、節肥、節藥的“三節”的自動灌溉系統推廣意義十分重大。

關鍵詞：智慧農業;智能灌溉;DDC控制

1“基于DDC控制的智能灌溉系統”的設計

現代智慧農業項目大多依托無線通信技術的物聯網，依托大數據和云計算，依托部署在農業生產現場的各種傳感節點和無線通信網絡實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析、專家在線指導，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策。[1]廣義的農業物聯網應該還包括基于RFID，二維碼等識別技術的農產品跟蹤，溯源，存儲銷售解決方案。智慧農業解決方案主要包括以下部分：1）環境監測系統;2）通信控制系統;3）設備控制系統; 4）視頻監控;5）應用管理平臺等。

DDC控制系統技術成熟，可實現一站式的全自動控制。同時對使用人員的要求較低，對外部信息網絡的要求也不高。把DDC系統應用到智能灌溉，機器換人，方便智慧農業的普及，并能夠使文化素質低的農民能快速上手，迅速獲益。

1.1系統原理

基于DDC控制的智能灌溉系統通過無線網絡獲取植物的生長環境信息，根據種植作物的需求提供肥料液與灌溉水，經過可控管道系統使肥料充分融解于灌溉水，并通過噴槍或噴灌，定時、定量，均勻地噴灑在農作物生長發育區域。

1.2系統設計

系統利用DDC模塊的功能來實現農業生產的智能化控制。對“空氣、CO2、光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度等自然條件的自動檢測，讓農作物生產區域保持一個相對穩定的環境，根據專家系統自動對農作物進行滴灌和施肥。

基于DDC控制的智慧農業設計，主要包含硬件和軟件兩方面。硬件系統主要包括建立滴灌系統和施肥系統。軟件系統為滿足農業生產需要的生產流程及專家系統的編程。

（1）硬件設計：建立一套以水泵，蓄水池等組成的滴灌系統和以混肥池、施肥管道、分配器、水泵等組成的施肥系統。以上系統設計含傳感器、閥門、水泵及配電的設計等。

傳感器：土壤溫濕度傳感器、大氣溫濕度傳感器、CO 2 濃度傳感器 、光照強度傳感器、土壤酸堿度傳感器等。

執行器：電磁閥、變頻器、電動機等。

無線網絡：Zigbee 端節點、Zigbee 嵌入式網關等。[2]

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功率、低速率、低成本，可靠性高的雙向無線通信技術，主要用于各種電子設備之間的短距離、低功耗、低傳輸速率的數據傳輸和典型周期數據、間歇數據和響應時間的數據傳輸應用。隨著ZigBee技術的不斷發展，其應用領域越來越廣泛。[3]

（2）軟件設計：根據不同的農作物劃分不同的灌溉分區。不同的作物所需要的養料不同，灌溉時間和灌溉肥料不同。根據季節、不同植物成長的溫度、陽光和肥料的要求進行滴灌和施肥程序設計以及專家咨詢系統的編程。

①根據當天的光照度，土壤溫濕度，空氣溫濕度實現自我調節，讓大棚內能夠保持一個相對穩定的環境。

②根據不同的作物的需肥特點，土壤環境和養分含量狀況，需肥規律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物。

③人機對話，自動報警等。

2 “基于DDC控制的智能灌溉系統”的優點

基于DDC控制的智能灌溉系統的優勢如下：

（1）水肥均衡、省工省時

傳統的澆水和施肥方式，農作物餓幾天再撐幾天，不能均勻地“吃喝”。而采用滴灌，可以根據作物需水需肥規律隨時供給，保證作物“吃得舒服，喝得痛快”。傳統的溝灌、施肥費工費時，非常麻煩。而使用滴灌，只需打開閥門，合上電閘，幾乎不用人工參與。

（2）節水省肥、減輕病害

滴灌水肥一體化，直接把作物所需要的肥料隨水均勻的輸送到植株的根部，作物“細酌慢飲”，大幅度地提高了肥料的利用率，可減少50%的肥料用量，水量也只有溝灌的30%-40%。

大棚內作物很多病害是土傳病害，隨流水傳播。如辣椒疫病、番茄枯萎病等，采用滴灌可以直接有效的控制土傳病害的發生。滴灌能降低棚內的濕度，減輕病害的發生。

（3）控溫調濕、增加產量

冬季使用滴灌能控制澆水量，降低濕度，提高地溫。傳統溝灌會造成土壤板結、通透性差，作物根系處于缺氧狀態，造成漚根現象，而使用滴灌則避免了因澆水過大而引起的作物漚根、黃葉等問題。改善了農作物的品質，提高經濟效益。

3結束語

基于DDC控制的智能灌溉系統極大地解放了勞動力，投資少，見效快，示范效應明顯。從而讓農民自覺進行智能化改造，減少政府扶植，讓社會資源分配更趨合理。在比較穩定的環中應用良好，但是在北方或西北較冷或較干燥的地方能不能推廣，還有待檢驗。

參考文獻：

[1]賈徐慶.《物聯網技術在“智慧農業”中的應用研究》.軟件研發與應用，2018.12：45-46。

[2]張海蘭，雷桂平.《基于物聯網的智慧農業大棚系統架構設計》.信息記錄材料，2018年2月 第19卷第2期20：63-64。

[3] 范立南，劉 洲.《智能物聯網溫室自動監控系統設計與實現》.儀器儀表用戶，2019年1月第26卷：6-9。

作者簡介：

王瑾烽，男（1969.02--），漢族，浙江金華人。高工，研究方向：建筑電氣。