農業灌溉智能化系統在農業生產中的應用探討

魏穎瓊 安昭先 安進強 魏學桃

摘 要 和傳統的灌溉技術相比，智能遙控灌溉會在機井處設置遠程監控設備，通過物聯網技術對其進行控制，有利于水資源的合理調配，強化農業灌溉管理體系，同時還能夠有效保護生態環境，提高社會經濟效益。基于此，對農業灌溉智能化系統在農業生產中的應用進行探討，為農業經濟有序發展提供參考。

關鍵詞 農業灌溉;智能化;農業生產

中圖分類號：S274 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.29.092

農業灌溉智能化是將計算機技術、電子信息技術以及物聯網遙感技術綜合在一起，實現農作物灌溉實時監測的管理方法。該體系的建立能夠實現農作物的遠程遙控和管理，包括灌溉用水量、灌溉時間間隔等。與傳統大面積灌溉技術相比，智能化灌溉系統的應用能夠有效節約水資源，并實現遠程智能控制，對于建立更加完善的現代化農業灌溉管理體系有著積極的促進作用。

1 田間信息智能化采集

對于田間信息智能化采集的研究，應探討推廣過程及應用中仍然存在的技術問題。從目前應用情況來看，傳感器和傳感模式的選擇是目前主要面臨的技術問題。田間數據采集雖然能夠幫助農民解決勞動力短缺問題，但是數據在傳輸時所需要的成本較高，增加了農業生產的經濟成本。因此，需要積極討論出進行低成本數據采集的方法，同時優化田間自動灌溉和和測量系統。例如，引入新的控制設備，使其能夠完成斷點續灌，同時可以進行短信播報，提示農戶目前的灌溉情況。同時還可以建立適合在田間使用的互聯網管理平臺，為農戶提供優質的農業服務，借此提高系統的運行效果。

1.1 田間信息采集傳感器節點網絡化擴展研究

前期已經有了GSM單節點傳感器的研究，未來可以在此基礎之上繼續進行研究，其內容要適應大型灌區的測控需求。通過分析田間采集數據信息傳輸特點，將zigbee作為理論依據進行擴展研究，從而研制出組網便捷性較強且運行成本較低的傳感器[1]。

1.2 精準灌溉土壤，研究自動測控設備

灌溉系統可以識別土壤的具體情況，并根據土壤的具體情況對其進行自動測控與灌溉。結合前期的研究成本，同時對比目前的實用效果，通過調研了解國內外對于農作物水量的研究以及土壤情報預測的方法，以此為基礎構建一個水灌溉知識系統。完善農業水灌溉的管理控制系統，研制出田間無線閥門控制系統的配套設備，從而提升系統運行過程的穩定性。

1.3 技術水平與應用范圍

傳統灌溉技術在應用過程中主要依靠人力進行勞作，具備較強的滯后性，且工作效率較低，很難在短時間內完成大范圍的灌溉任務。目前的農業灌溉技術涉獵范圍非常廣，是一項綜合性非常強的技術，包括工程、自動化、農業、通信、信息處理等領域。同時，利用互聯網技術能夠實現農業節水灌溉，減少農業生產成本，且系統進行灌溉面積以及數據采集節點控制時，不再受其他因素所控制，具備較高的自由度。通過田間信息采集傳感器，可以幫助農民采集到土壤以及植物的信息，借助網絡實現低投入、多功能的農業灌溉[2]。另外，系統的應用有助于農業更加健康和快速的發展，這也有利于集成化、定量化、規范化的農業生態節水。本項研究現在已經處于國內領先水平，且研究成果適用于北方的干旱以及南方的季節性干旱灌溉管理，具備非常高的應用價值。

2 智能灌溉測控云終端

2.1 技術功能

智能灌溉測控云終端的主要組成部分包括數據采集單元、控制執行單元、通信單元、數據加密單元以及處理單元等。整個測控云終端的智能技術包含許多功能，可以對用水以及用電進行計量采集，也可以對管道的通水壓力、灌溉時地下水位信息進行采集。平臺在接收到反饋信息后可以及時進行處理，處理結果和采集數據可以直接存儲到云端，這樣能夠對現場的灌溉進行實時監測，并對自動水泵和閥門進行遠程控制[3]。另外，系統還設定了防盜報警功能，設置了IC卡控制，如果水泵出現了非法啟用的情況，也可以及時報警，加快了問題的處理速度。

2.1.1 顯示功能

整個智能化系統的顯示屏采用的是液晶屏。顯示屏上可以輪流顯示現場的應用信息，如總的用水量、總的用電量、剩余金額、是否出現報警信息、水位情況以及水壓力情況等，技術人員根據這些顯示信息，可以采用手動調整的方式來干擾系統運行，使其恢復到合理的工作狀態。

2.1.2 計量功能

通過系統的計量功能，可以精確計量農戶所需的總用水量、在灌溉時所用的總電量以及水泵的使用時間，這些內容都可以通過計量裝置完整地記錄下來。同時記錄單還可以顯示出每家每戶的剩余金額和累計用水量，并通過網絡對于每家的位置以及管道壓力值進行動態監測，從而確保農戶用水的安全性。

2.1.3 存儲歷史記錄的功能

每一個智能遙控云終端可以存儲約200個用戶信息，保存的數據量可以超過1萬個。所記錄的用戶數據信息包括刷卡時間、刷卡次數、卡中余額、使用的水量以及用電量等，還可以對監測內容進行進一步細化，如用戶每個泵的總用水量以及用電量，都可以進行準確記錄和存儲，為智能系統的完善提供參考。

2.1.4 斷電保護功能

如果設備在運行過程中出現突然斷電的情況，再次通電后，水泵不會直接啟動，需要用戶再次刷卡后水泵才會啟動，這樣也避免了用戶離開期間，水泵自行恢復運轉后帶來的水資源浪費。系統在設計中也會配置備用電源，如果出現停電情況，系統將會自動切換成太陽能資源或者后備電源，做到不間斷供電。

2.1.5 斷相保護功能

在運行過程中，三相輸入電源出現斷相情況，設備會立即發出報警信號，且水泵會立刻停止運輸。若三相輸入電源出現斷線的情況，或者是水泵在運行時電流、電壓不夠穩定，控制水泵將會在8 s后停止運行，避免水泵因為電壓和電流不穩定而出現損壞。

2.1.6 自檢預警功能

系統發出報警信號后沒有得到及時處理，系統將會每天進行一次預警信息上報，直到預警問題得到解決。同時系統中的設備也具有自動報警功能，如水泵房箱體被非法打開時，系統就會發出報警信號，而系統也會及時響應，并向中心發送報警信息，同時啟動蜂鳴報警，報警持續時間至少30 s，若報警后沒有得到及時處理，系統將會每天上報一次，直到問題得到解決。

2.1.7 位移報警功能

在水泵使用過程中，一旦出現移動或者傾斜度過大的問題，很容易出現運行故障。如果水泵箱體被非法移動，或者將其傾斜了45°以上，設備會立刻向中心發送報警信息，同時會啟動蜂鳴報警，報警持續時間至少30 s。如果報警之后沒有及時處理，將會每天上報，直到問題得到解決。

2.1.8 電網線路斷一相報警

有時電網電路會因為運行不穩定或故障問題，導致斷一相的問題。與上述情況類似，設備會迅速向中心發送報警信息，然后蜂鳴30 s。

2.1.9 線路斷三箱報警

線路有時會因為設備故障或者運行不穩定出現斷三相問題，出現斷三相問題之后，系統也會自動報警，并持續蜂鳴30 s，蜂鳴報警完畢后，如果未處理，每天都會上報一次信息。

2.1.10 終端停電與來電

380 V的電源在停電后再次來電時，系統會立刻向中心發送提示信息，為檢修工作的進行提供參考。在系統的構成中，如果閥門、壓力變送器、電能表、計量表以及傳感器等結構出現運行故障，系統都會自動向中心發送報警信息，如果沒有及時處理，會每天定時上報。遇到用戶余額不足的情況時，使用屏幕將會不停地閃爍提示信息，同時蜂鳴報警器也會持續響動，在用戶余額為零時，水泵也將停止供水。在此期間，如果已經被通知需要關停水泵而又出現非法啟用的情況，水泵將會立刻向中心發送信息，報警后信息沒有及時處理，也會每日上報。

2.2 功能特點

在灌溉時可以采取刷卡取水制，智能灌溉系統可以使用IC卡進行控制，一個IC卡可以控制多口井，也可以一口井由多個IC卡進行控制，操作起來比較容易。系統使用的是內嵌寬電壓穩壓電路，這種電路在使用過程中即便是電網電壓不穩定，也能夠保證系統灌溉時可以穩定運行。

使用無線網絡傳輸功能，并利用智能化灌溉技術是符合國家機井類數據監測要求的。即便是沒有軟件以及硬件的資金投入，也可以隨時啟動或者屏蔽階梯的計費功能。

3 結語

我國一直以來都是一個農業大國，水資源相對短缺。現代農業發展的目標就是合理利用有限的水資源來發展高效農業，而智能化精準灌溉是可以實現這一目標的。將田間傳感器、控制器以及互聯網結合在一起進行應用，可以讓灌溉過程變得更加便利，使農民不再局限于有限的空間中，這對于實現農業高產高效，促進農業經濟快速發展有著積極的意義。

參考文獻：

[1] 高國昌.農業灌溉智能化系統在農業生產中的應用[J].河北農機，2016（6）：11，13.

[2] 董征宇.基于物聯網的葡萄園信息獲取與智能灌溉系統設計[J].農機化研究，2018，40（4）：206-209.

[3] 陳立軍.傳感器節點網絡技術在智能灌溉系統中的應用[J].中國高新區，2018（9）：215-216.

（責任編輯：趙中正）