我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，智慧農(nóng)業(yè)是我國(guó)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(lái)全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)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(jí)，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備和信息技術(shù)水平，要推動(dòng)中國(guó)從農(nóng)業(yè)大國(guó)向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)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(shí)現(xiàn)綜合實(shí)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(lái)，隨著全球水資源日益短缺，世界各國(guó)都在積極探索節(jié)約用水的有效途徑和措施。自動(dòng)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(dòng)化水平低是我國(guó)農(nóng)業(yè)高效發(fā)展的主要原因，節(jié)水灌溉作為一項(xiàng)現(xiàn)代工程技術(shù)，無(wú)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(shí)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(lái)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(dòng)態(tài)地測(cè)量什么時(shí)候需要灌溉和需要多長(zhǎng)時(shí)間。該系統(tǒng)可自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉灌溉;土壤過(guò)干時(shí)可增加噴灌量，土壤過(guò)濕時(shí)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(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)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(guó)農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)勞動(dòng)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(cè)土壤水分水平來(lái)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(guó)，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(guó)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(wèn)題對(duì)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(yùn)而生的。
該系統(tǒng)遵循以下幾點(diǎn):
1、系統(tǒng)模塊化、分層設(shè)計(jì)，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(wú)需更換軟件即可升級(jí)和更換被控硬件;
3.友好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(yùn)行;
5、自動(dòng)故障檢測(cè)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(shí)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(hào)處理就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(A/D轉(zhuǎn)換)。
2、控制功能:具有定時(shí)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(guò)載保護(hù)功能:當(dāng)電機(jī)過(guò)載時(shí)，電機(jī)立即停止運(yùn)行，灌溉過(guò)程暫停，且故障指示燈閃爍報(bào)警，過(guò)載消除后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。
4、雨天自動(dòng)停止:利用濕度傳感器開(kāi)關(guān)作為可編程控制器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制相關(guān)程序的功能。
5. 省電功能:定時(shí)控制器在斷電時(shí)定時(shí)，用作可編程控制器的電源控制。在定時(shí)灌溉控制時(shí)間內(nèi)，定時(shí)器連接到可編程控制器的電源?？删幊炭刂破鞲鶕?jù)預(yù)先編好的程序依次打開(kāi)各控制裝置的電源，并根據(jù)輸入信號(hào)的變化隨時(shí)調(diào)整程序的執(zhí)行。在非系統(tǒng)工作時(shí)間，定時(shí)器自動(dòng)切斷可編程控制器的電源，降低了系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
6. 急停功能:當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，按下急停按鈕，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，閥門關(guān)閉，噴頭停止沖洗。
7. 自動(dòng)故障檢測(cè)功能:當(dāng)灌溉系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(yùn)行，電磁閥關(guān)閉，故障報(bào)警燈閃爍并伴有警報(bào)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(dòng)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(zhǎng)的水分。如果水分太高，植物的根就會(huì)在土壤中腐爛。如果水分太低，就不能提供植物生長(zhǎng)所需的水分。灌溉是在適合植物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)使土壤含水量最大化的過(guò)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(dòng)灌溉。最后，灌溉由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)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(shí)現(xiàn)智能灌溉不可缺少的設(shè)備。但是為了使整個(gè)草坪得到等量的水，草坪要實(shí)現(xiàn)均勻智能灌溉，就必須設(shè)計(jì)一個(gè)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(kāi)關(guān)量、模擬量輸入、現(xiàn)場(chǎng)儀表、顯示面板等組成。
水源：包括各種可使用的水源，如自來(lái)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(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(yùn)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的改善是必要的，這對(duì)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(shí)，濕度傳感器采集土壤中的干、濕信號(hào)，檢測(cè)到的濕度信號(hào)通過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字濕度信號(hào)，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(duì)于50%~60%rh，實(shí)際測(cè)量的濕度信號(hào)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?hào)傳給變頻器，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(dòng)水泵從水源中抽到需要灌溉的水，電磁閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，通過(guò)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(dòng)旋轉(zhuǎn)。電磁閥在沖洗結(jié)束時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。為了避免原理水源的噴頭不那個(gè)提供足夠的壓力，在電磁閥側(cè)面安裝了一個(gè)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(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)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(shí)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(yùn)行程序指令，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中心部分。
(2)傳感器：由于設(shè)計(jì)時(shí)間比較倉(cāng)促，忽略了溫度對(duì)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(hào)，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(hào)，所以有必要將傳感器的電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
(4)變頻器：通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)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(dòng)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(shì)
(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(dòng)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(diǎn)。
(2) 滴灌，滴灌是用安裝末級(jí)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(rùn)土壤，滴灌灌水器的流量為2-12L/H，整個(gè)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(yùn)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(rùn)土壤、省水”、“可根據(jù)作物的生育特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)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(shí)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(shù)滴灌系統(tǒng)。適用范圍廣”等以上幾個(gè)特點(diǎn)。
