我國是農(nóng)業(yè)大國，智慧農(nóng)業(yè)是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)程中不可缺少的重要力量。這也是未來全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，大力推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備和信息技術(shù)水平，要推動中國從農(nóng)業(yè)大國向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國邁進(jìn)，智慧農(nóng)業(yè)是一種新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，它與現(xiàn)代管理系統(tǒng)相結(jié)合，集合多種信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中實現(xiàn)綜合實踐的綜合應(yīng)用，目前，已廣泛應(yīng)用于溫室種植業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯等方面。
近年來，隨著全球水資源日益短缺，世界各國都在積極探索節(jié)約用水的有效途徑和措施。自動控制的自由裁量節(jié)水灌溉技術(shù)代表著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，灌溉系統(tǒng)自動化水平低是我國農(nóng)業(yè)高效發(fā)展的主要原因，節(jié)水灌溉作為一項現(xiàn)代工程技術(shù)，無論是工程節(jié)水、節(jié)水農(nóng)業(yè)、節(jié)水管理，都必須建立在節(jié)水灌溉設(shè)備的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。節(jié)水灌溉技術(shù)是為解決水資源短缺、提高灌溉效率而發(fā)展起來的現(xiàn)代灌溉技術(shù)之一。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)不需要人工控制。該系統(tǒng)可以動態(tài)地測量什么時候需要灌溉和需要多長時間。該系統(tǒng)可自動開啟或關(guān)閉灌溉;土壤過干時可增加噴灌量，土壤過濕時可減少噴灌量。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)涉及傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)等高科技技術(shù)。這些新技術(shù)的應(yīng)用為我國農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變奠定了重要基礎(chǔ)。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)——智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)可以根據(jù)植物和土壤類型、光照量以及降雨后監(jiān)測土壤水分水平來優(yōu)化用水。研究表明，智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的成本與傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)相同，但可以節(jié)約16%至30%的水。在中國，農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%。由于農(nóng)業(yè)灌溉效率低，水資源利用率只有45%，而在水資源利用率高的國家，水資源利用率已達(dá)到70% ~ 80%。因此，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水問題對緩解水資源短缺具有十分重要的意義。我們的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)就是在這種背景下應(yīng)運而生的。
該系統(tǒng)遵循以下幾點:
1、系統(tǒng)模塊化、分層設(shè)計，提高效率，增加可維護(hù)性，易于擴(kuò)展;
2. 靈活的硬件配置，用戶無需更換軟件即可升級和更換被控硬件;
3.友好的人機(jī)界面，實現(xiàn)無人值守的灌溉流程，減輕人員的工作強(qiáng)度，提高灌溉效率;
4. 較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，確保系統(tǒng)能在強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境下可靠運行;
5、自動故障檢測功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性，要求各種設(shè)備布局美觀。
為了實現(xiàn)噴灌節(jié)水和智能化控制，灌溉系統(tǒng)必須具備以下功能:
1. 數(shù)據(jù)采集功能:可接收土壤濕度傳感器采集到的模擬量。模擬信號處理就是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(A/D轉(zhuǎn)換)。
2、控制功能:具有定時控制、循環(huán)控制功能，用戶可根據(jù)需要靈活選擇控制方式。
3、電機(jī)過載保護(hù)功能:當(dāng)電機(jī)過載時，電機(jī)立即停止運行，灌溉過程暫停，且故障指示燈閃爍報警，過載消除后自動恢復(fù)運行。
4、雨天自動停止:利用濕度傳感器開關(guān)作為可編程控制器的輸入信號，實現(xiàn)控制相關(guān)程序的功能。
5. 省電功能:定時控制器在斷電時定時，用作可編程控制器的電源控制。在定時灌溉控制時間內(nèi)，定時器連接到可編程控制器的電源。可編程控制器根據(jù)預(yù)先編好的程序依次打開各控制裝置的電源，并根據(jù)輸入信號的變化隨時調(diào)整程序的執(zhí)行。在非系統(tǒng)工作時間，定時器自動切斷可編程控制器的電源，降低了系統(tǒng)能耗，延長了設(shè)備的使用壽命。
6. 急停功能:當(dāng)發(fā)生緊急事故時，按下急停按鈕，電機(jī)立即停止運轉(zhuǎn)，閥門關(guān)閉，噴頭停止沖洗。
7. 自動故障檢測功能:當(dāng)灌溉系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如水管破裂(水壓為零)、傳感器故障、電機(jī)故障、變頻器故障、電磁閥故障等，泵立即停止運行，電磁閥關(guān)閉，故障報警燈閃爍并伴有警報聲。操作員可按下“消音器”按鈕停止鈴響，但故障指示燈仍在閃爍，直到故障消除，故障指示燈將自動停止閃爍。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)方案
每一株植物都有適宜生長的水分。如果水分太高，植物的根就會在土壤中腐爛。如果水分太低，就不能提供植物生長所需的水分。灌溉是在適合植物生長的范圍內(nèi)使土壤含水量最大化的過程。它可以分為三種情況:大于、等于和小于。該系統(tǒng)根據(jù)可編程控制器中的可編程程序，按一定的水量自動灌溉。最后，灌溉由系統(tǒng)自動實現(xiàn)，不需要人的直接參與，人的作用只是調(diào)節(jié)控制程序和檢修控制設(shè)備。
控制器、傳感器、變頻器是實現(xiàn)智能灌溉不可缺少的設(shè)備。但是為了使整個草坪得到等量的水，草坪要實現(xiàn)均勻智能灌溉，就必須設(shè)計一個完整的系統(tǒng)。
一套完整的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)由水源、電源、可編程控制器、開關(guān)量、模擬量輸入、現(xiàn)場儀表、顯示面板等組成。
水源：包括各種可使用的水源，如自來水、河流、井水、池塘等。根據(jù)到灌區(qū)的距離，選擇的水源必須有足夠的供水是很重要的。
電源模塊：穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)是整個系統(tǒng)安全可靠運行的重要前提。
顯示面板：顯示面板上的指示燈使操作人員能清楚地看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，便于控制和維護(hù)。
其他輔助設(shè)備：冷卻風(fēng)機(jī)、UPS不間斷供電等輔助設(shè)備對整個系統(tǒng)的改善是必要的，這對提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命有很大的幫助。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)。
1.智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的工作原理
灌溉系統(tǒng)工作時，濕度傳感器采集土壤中的干、濕信號，檢測到的濕度信號通過A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)電流模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字濕度信號，輸入到可編程控制器。在可編程控制器中，預(yù)設(shè)50%rh~60%rh為標(biāo)準(zhǔn)濕度值。相對于50%~60%rh，實際測量的濕度信號可分為三種情況：在此范圍內(nèi)、超出此范圍和小于此范圍?？删幊炭刂破鲗⒖刂菩盘杺鹘o變頻器，變頻器根據(jù)濕度值，相應(yīng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)驅(qū)動水泵從水源中抽到需要灌溉的水，電磁閥會自動打開，通過主管道和分支管道進(jìn)行灑水，灑水噴頭以各自的宣傳角度自動旋轉(zhuǎn)。電磁閥在沖洗結(jié)束時自動關(guān)閉。為了避免原理水源的噴頭不那個提供足夠的壓力，在電磁閥側(cè)面安裝了一個壓力表，以確保噴頭的水壓滿足設(shè)定的噴灌范圍，從而避免了水壓不足導(dǎo)致噴頭范圍縮小的現(xiàn)象。整個系統(tǒng)協(xié)同工作，實現(xiàn)草坪灌溉智能化的控制。
2. 智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
要實現(xiàn)智能灌溉，系統(tǒng)需要可編程控制器、傳感器、A/D模塊、變頻器、電機(jī)、水泵、電磁閥、管網(wǎng)等設(shè)備。
(1)可編程控制器：負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運行程序指令，是整個控制系統(tǒng)的中心部分。
(2)傳感器：由于設(shè)計時間比較倉促，忽略了溫度對灌溉的影響，所以不使用溫度傳感器，只使用土壤水分傳感器。傳感器接收土壤中的水分信號，以確定是否需要灌溉。
(3)A/D模塊：由于可編程控制器不能接收模擬信號，所以有必要將傳感器的電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
(4)變頻器：通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)噴灌流量，達(dá)到節(jié)約用水的目的。
(5)電機(jī)和水泵：電機(jī)帶動水泵從水源抽水，為噴灌系統(tǒng)提供一定的壓力。
(6)電磁閥：控制灑水噴頭是否灑水。
(7)管網(wǎng)：灌溉系統(tǒng)中輸送水的管道。
高效節(jié)水灌溉技術(shù)優(yōu)勢
(1)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用，不僅大大提高了水的利用率，還引發(fā)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革，改變了傳統(tǒng)的農(nóng)田水利建設(shè)模式，提高了土地利用率。
(2)改變了傳統(tǒng)的工作方式，大大降低了作業(yè)成本，提高了勞動生產(chǎn)率。
多種高效節(jié)水灌溉技術(shù)
(1) 噴灌，噴灌比漫灌節(jié)水30%。主要用于田間密植作物，適合區(qū)域控制。具有增產(chǎn)、提高耕地利用率的優(yōu)點。
(2) 滴灌，滴灌是用安裝末級管道上的滴頭或與毛管制成一體的滴灌將壓力水以水滴狀濕潤土壤，滴灌灌水器的流量為2-12L/H，整個系統(tǒng)從首部輸配水管網(wǎng)到滴頭，保證系統(tǒng)在最經(jīng)濟(jì)條件下運行安全可靠。滴灌與其它灌溉方式比較具有：“蒸發(fā)損失小”、“局部濕潤土壤、省水”、“可根據(jù)作物的生育特點，進(jìn)行自動控制”、“不板結(jié)土壤、改變作物根部環(huán)境”、“可結(jié)合灌溉施肥、打藥”、“因適時適量灌水，可達(dá)到提高產(chǎn)量和品質(zhì)的效果滴灌系統(tǒng)常分為溫室滴灌系統(tǒng)、大田滴灌系統(tǒng)、果樹滴灌系統(tǒng)。適用范圍廣”等以上幾個特點。
