新型節水灌溉自動化控制系統應用

祖錫華

(江蘇經貿職業技術學院，江蘇 南京 211168)

1 應用

1.1 現狀

新型節能灌溉系統主要是在新疆地區進行實驗，實驗站在位于河水的中心位置進行建設的，建設實驗站主要是進行實驗灌溉技術的推廣。實驗區位于新疆的天山上，那里的山勢較低，但較為炎熱的，通常春夏秋冬的溫差較大，風沙大，氣候干燥少雨。在新疆地區進行實驗是因為實驗區是典型的水少干燥的農業區域，那里的農作物種植水平是很低的，自動化灌溉系統的出現大大減少了水資源的浪費。

1.2 在灌溉中遇到的問題

新疆是種植棉花地區的農業基地，棉花的生長周期和灌溉，在一般的情況下需要灌溉10次以上，對于棉花大灌溉勢必較長的，之前都是通過水井進行澆灌，可是水井中的含沙量達到0.4/1kg左右的含沙量，在對棉花地澆灌一段時間后，沙子就會隨著水泵流到棉花地中。出現這種情況的時候，需要對沙子進行清理，還要對水泵進行清理，不然就會把水泵堵塞損壞不能使用，會影響灌溉的進度。在炎熱的天氣農民進行工作會中暑，嚴重的情況下會被熱死。如圖1。

圖1 水井式灌溉

2 系統設計

2.1 數據采集

數據的采集部分主要是對土壤環境進行采集，數據的采集主要是要達到人機的部分，通過數據采集將數據傳到光感器上，通過光改氣對數據進行傳輸、收集。該部分的收集是為土地進行環境測試。比如，pH酸堿度、光度照射、溫度、濕度的要求，通過收集傳到芯片中。

2.2 控制部分

控制部分是電器的外在設備，是將收集到的綁在外在設備上，通過光感設備對工作進行預定工作。

2.3 人機

人機是關鍵的部分，它決定著信息的輸出工作，是將所有的信息進行打包處理，是通過相應的格式對于電流數據進行上傳下達，就是數據通過數據芯片到達客戶的端點。客戶端是可以通過對數據的檢測對土壤環境進行檢測，通過檢測看環境、溫度以及濕度是否達標。對數據起到支撐作用，就是你在家都能控制灌溉水資源的流水速度，現在5G的到來就能更好地實現網絡與灌溉自動化系統的結合使用，這樣能保證通信設備的穩定，還能利用攝像頭對植物進行觀察，這樣即使沒有農民在，植物也能健康地生長。

3 水泵設計

3.1 流程圖

在圖2中可以看到整個水泵的流程，(1)數據：將土壤作為數據的參數。(2)業務：將整個系統結構進行組成，主要是為了實現農作物的環境指數，是為了最終檢測感應器上的數據，也是客戶端上的數據按照相應的指令進行傳輸實施。(3)服務：通過不同的層次對數據進行相應的傳輸工作。(4)客戶端：通過遙控器或者手機進行應用程序的控制，更好地實現人機一體化的實施。

圖2 水泵設計圖

3.2 對于硬件的設計

對于硬件的運作主要是將工作場景對感應器進行連接，通過光感器將電源各個模塊進行供電，最后將所有的節點傳到光感器上，通過光感器將所有數據通過5G傳回到客戶端。

3.3 設備測試

在所有的工作都進行完成后，對設備進行測試，將設備運用到現在生活中，通過設備在工作的情況下將數據進行收集，看看測試后的數據和上水的速度，進行測試時為了讓設備更好地使用，通過設備就能知道在運用中出現的問題，就可以及時對設備進行改良。

4 運用

4.1 田間運用

新型灌溉自動灌溉控制器在田間使用，在使用當中打破了灌溉，在灌溉中通過對自動灌溉系統的控制，在田間加入閥門這樣既可以遠程進行控制，又能解決因為含沙量比較大而影響正常灌溉，用了電閥門這樣也可以將沙子進行排除，不會因為含沙量過多把閥門堵住。在傳統的灌溉中還是需要手動進行清理，不然容易堵塞，影響灌溉的速度。在試驗田中實驗的這兩年里灌溉速度是控制在36下/m2進行灌溉，總體灌溉23余輪73個田。在使用中沒有出現因為水中含沙較多出現故障，新型灌溉自動化既節能又解決了水資源浪費。

4.2 故障自動監測

新型灌溉設備是自帶故障自動監測功能的，可以將出現的故障問題及時傳遞給工作人員，在使用中出現故障后通過客戶端將出現的問題傳輸到設備上。例如，在2018年實驗中出現問題后，通過光感器將出現問題推送到使用的客戶端上。出現問題后電機上閥門是自動關閉狀態，工作人員可以通過傳遞的消息對水泵進行維修，這樣方便了人民、節省了時間。2018年底試驗田終于完成了所有的灌溉，灌溉完成后閥門是自動進行關閉的，在關閉的時候工作人員的手機上也收到信息。

現在不管是在什么時候，只要是通過光感器進行傳遞信息，就可以很好地知道設備出現的問題。隨著5G技術的出現，現在可以利用網絡云平臺將遇到的問題通過數字進行文字傳輸。新型節能灌溉自動化設備能夠通過傳輸知道問題故障，還可以通過遠程控制知道水流的流速，新型灌溉設備對于農業可持續發展提供了更大的技術保障。

5 運用現在農業中

5.1 水資源浪費

隨著實驗點的結束，逐漸運用到生活中[1]，例如：2019年新型灌溉自動化進入到人們的農田中。在當今社會中水資源是非常珍貴的，利用新型灌溉可以充分利用水資源，在更大使用中提升水的使用率，新型技術灌溉可以更好地控制水流的速度，可以進行均勻地灌溉，較少一些水分蒸發，可以減少50%的水資源浪費[2]。

5.2 較少化肥使用

在灌溉的時候化肥與灌溉是同時進行的，這樣是為了能夠讓農作物進行吸收。化肥逐漸滲透到農作物的根部，提升了吸收的效率，更加減少了化肥對土壤的影響，在這種灌溉下，既節省了對農藥的使用，還有利于作物的生長。

5.3 節省勞動力

在傳統的灌溉中，工作人員用水泵進行澆灌既不能控制水流的速度，也不能保證土壤的形狀，水流太大會讓土地上長很多的雜草，在進行灌溉中防止因流水速度太快、流不出去，還要對土體進行挖掘。新型灌溉自動化系統的應用既保護土地結構，還保護作物生長周期，大面積進行灌溉降低了人員使用量，減少勞動力的使用。

5.4 加大宣傳力度

相關人員要加強對新型灌溉設備的宣傳，轉變人民的思想觀念，讓種植人員有好的灌溉意識。因為很多人對新設備比較陌生，認知度不夠，知識量淡薄，要積極對新的設備進行宣傳，讓人們知道它的好處，讓它投入到實際應用中。

5.5 收益

新型灌溉系統化技術逐步廣泛運用到人們的日常灌溉中，在使用中既節省水資源浪費、又減少對土地的破壞和化肥農藥使用量，更可觀的是讓人們的收益增加，合理地對作物進行培養。

6 結語

隨著信息時代的不斷發展，現在可以通過互聯網實現新的灌溉系統的灌溉，新技術不斷在農業領域中運用。隨著在農業中的廣泛運用，改變了農業的現狀，給新的農業拓展了新的空間，現在新型灌溉系統的灌溉不僅僅推動了農業的發展，更加有效地解決了農民的技術問題。農民不再使用傳統的澆灌模式進行澆灌，這樣既節省了水資源的浪費，也大大提高了農業的生產水平。