自動(dòng)控制技術(shù)在園林節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

摘 要：本文分析了自動(dòng)控制技術(shù)園林節(jié)水灌溉中的當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀，全面系統(tǒng)地闡述了節(jié)水灌溉中自動(dòng)控制技術(shù)的主要類型，并對(duì)我國(guó)節(jié)水灌溉中自動(dòng)控制技術(shù)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制技術(shù)；園林節(jié)水灌溉；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.205

0 引言

節(jié)水灌溉，是將植物的需水要求作為根本出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，借助管道系統(tǒng)和灌水器將水以適宜的流量準(zhǔn)確、均勻地直接傳輸?shù)街参锔恐車寥辣砻婧屯翆又械囊环N灌水方法。傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉是以人力為主的，利用溫度計(jì)、濕度計(jì)等單一的檢測(cè)工具來(lái)進(jìn)行一些淺層的觀測(cè)，但并沒(méi)有全面地掌握植物的真正需水量、施肥狀況以及動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)狀態(tài)等，并未實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉。而今年啦科技水平的日益提高改變了這一狀況，現(xiàn)代化自動(dòng)控制技術(shù)的出現(xiàn)使得園林中的節(jié)水灌溉迎來(lái)了前所未有的發(fā)展。將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到節(jié)水灌溉之中不僅有利于實(shí)現(xiàn)園林的統(tǒng)一管理和控制，還有利于為植物實(shí)現(xiàn)按需按量按時(shí)的供水，從而節(jié)約大量的水資源，極大地提高灌溉效率和質(zhì)量，更新目前的水觀念，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活同時(shí)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

1 節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

世界上的一些先進(jìn)國(guó)家，由于其電子和信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，早已將先進(jìn)的電子技術(shù)和控制技術(shù)應(yīng)用到節(jié)水灌溉之中且取得了顯著的成效。這些國(guó)家地控制手段從最初的簡(jiǎn)單笨拙，經(jīng)歷了很多年的發(fā)展之后，到現(xiàn)階段控制的智能化程度和精度越來(lái)越高，操作也越來(lái)越簡(jiǎn)便和快捷。雖然國(guó)外的灌溉控制器已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟的階段，但最大的劣勢(shì)是絕大多數(shù)機(jī)器的價(jià)格比較昂貴。

但是，與這些國(guó)家相比，我國(guó)的自動(dòng)控制技術(shù)尚處于發(fā)展的研究試用階段。雖然我國(guó)也有很多家機(jī)構(gòu)在研究灌溉控制器，但是規(guī)模較小且大多是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的，而且自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)科技水平的要求較高，需要大量的資金投入，絕大多數(shù)集中在科研機(jī)構(gòu)、高校和試點(diǎn)工程，應(yīng)用范圍較小。

2 節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)的類型

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同

自動(dòng)控制按結(jié)構(gòu)形式的不同可以分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。分別地，自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有反饋信號(hào)的一方被稱為“閉環(huán)系統(tǒng)”，反之則稱為“開環(huán)系統(tǒng)”。

2.2 系統(tǒng)復(fù)雜程度的高低

（1）簡(jiǎn)易型：該系統(tǒng)進(jìn)行灌溉時(shí)僅需一臺(tái)控制器控制一個(gè)水泵和較少的幾個(gè)電磁閥，可以將其應(yīng)用于灌溉面積較小的園林之中。（2）多路控制型：該系統(tǒng)是在進(jìn)行灌溉時(shí)需要多臺(tái)控制器控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的水泵和較多的電磁閥，可以將其應(yīng)用于灌溉面積較大的園林之中。（3）中央計(jì)算機(jī)控制型：它是多路控制型的技術(shù)化發(fā)展與進(jìn)階，利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)作為中央控制主機(jī)，在運(yùn)行的過(guò)程中與其它專業(yè)軟件就進(jìn)行相互之間的嚴(yán)密配合，多路控制系統(tǒng)作為它的子系統(tǒng)，可以根據(jù)園林的實(shí)際灌溉需求向下進(jìn)行無(wú)限制的擴(kuò)展。這種控制系統(tǒng)能夠?qū)@林中獲取到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)地傳輸給中央計(jì)算機(jī)，它按照之前事先制定好的程序自動(dòng)地進(jìn)行集中統(tǒng)一的分析和決策，最終完成灌溉任務(wù)，使人力得到了很大程度上的釋放。

2.3 系統(tǒng)控制物理量的不同

（1）時(shí)間型：灌水時(shí)間為控制的物理量，管理人員可以提前設(shè)置好灌溉器的開啟和關(guān)閉時(shí)間。（2）壓力型：灌溉系統(tǒng)管道內(nèi)的壓力為控制的物理量。（3）空氣濕度型：空氣濕度為控制的物理量，多被應(yīng)用于大棚、溫室之中。（4）土壤濕度型：土壤濕度為控制的物理量，主要被用來(lái)控制土壤中的含水量。（5）雨量型：降雨量為控制的物理量，主要被用來(lái)控制灌水量。（6）綜合型：顧名思義即同時(shí)控制將以上提及到兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理量。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源的不同

自動(dòng)控制系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)來(lái)源的不同可以分為簡(jiǎn)易型系統(tǒng)、多路控制型系統(tǒng)以及中央控制系統(tǒng)。不同的是，簡(jiǎn)易型和多路控制型系統(tǒng)主要是提前設(shè)置好灌溉的數(shù)值，然后按照事先規(guī)定的時(shí)間數(shù)來(lái)自動(dòng)完成灌溉任務(wù)。而中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源則包括以下三種：

（1）按時(shí)間來(lái)控制灌溉。（2）將氣象站作為數(shù)據(jù)采集中心，然后將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)，中央計(jì)算機(jī)會(huì)將自動(dòng)地得到的植物數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一地分析和研究，最終制定出一套科學(xué)的灌溉方案來(lái)合理地指導(dǎo)灌溉。（3）將園林中的各個(gè)溫度、壓力以及流量等傳感器等作為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，利用傳感器解碼器來(lái)收集數(shù)據(jù)，然后將收集到的數(shù)據(jù)及時(shí)地傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，中央計(jì)算機(jī)會(huì)將自動(dòng)地將得到的植物數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一地分析和研究，最終制定出一套科學(xué)的灌溉方案來(lái)合理地指導(dǎo)灌溉。

3 節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)雖然已經(jīng)有很多的科研機(jī)構(gòu)致力于研制由制動(dòng)控制系統(tǒng)控制的節(jié)水灌溉器，但是所取得的成果仍不顯著，仍沒(méi)有研制出規(guī)模大、應(yīng)用廣泛的成套的灌溉控制產(chǎn)品。而且目前已經(jīng)研制出且被投入使用的絕大多數(shù)灌溉器的價(jià)格比較昂貴，園林主即便是知道它能節(jié)省人力、節(jié)約水資源并促進(jìn)植物生長(zhǎng)，但是引進(jìn)該技術(shù)一次性需要投入大量的資金，很多的園林是難以承受的，反言之其實(shí)在很大程度上束縛了將自動(dòng)化灌溉技術(shù)應(yīng)用到更大的范圍中去?，F(xiàn)階段隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)種植業(yè)現(xiàn)代化和尖端化速度的不斷加快，園林中的節(jié)水灌溉對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的要求自然會(huì)逐漸提高，節(jié)水灌溉器在國(guó)內(nèi)將迎來(lái)巨大的發(fā)展市場(chǎng)。節(jié)水灌溉控制器同時(shí)還應(yīng)該逐漸朝著低價(jià)格、操作便捷以及性能全優(yōu)的方向發(fā)展。但著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，現(xiàn)代化智能技術(shù)、傳感技術(shù)等的出現(xiàn)和傳播，將會(huì)推動(dòng)性能更優(yōu)、功能更全以及智能化程度越高的節(jié)水灌溉控制器的出現(xiàn)和普及。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷提高，其普及范圍會(huì)越來(lái)越大，尤其是園林的節(jié)水灌溉之中，期望能夠極大地極高節(jié)水灌溉的自動(dòng)化水平，更加準(zhǔn)確及時(shí)地掌握植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，更加精確地控制植物的灌溉和施肥，促進(jìn)園林的現(xiàn)代化建設(shè)。

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作者簡(jiǎn)介：余暕浩（1982-），男，江蘇宜興人，碩士，助教，主要研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)，材料成型。