新型節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用

祖錫華

(江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211168)

1 應(yīng)用

1.1 現(xiàn)狀

新型節(jié)能灌溉系統(tǒng)主要是在新疆地區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)站在位于河水的中心位置進(jìn)行建設(shè)的，建設(shè)實(shí)驗(yàn)站主要是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)灌溉技術(shù)的推廣。實(shí)驗(yàn)區(qū)位于新疆的天山上，那里的山勢(shì)較低，但較為炎熱的，通常春夏秋冬的溫差較大，風(fēng)沙大，氣候干燥少雨。在新疆地區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)區(qū)是典型的水少干燥的農(nóng)業(yè)區(qū)域，那里的農(nóng)作物種植水平是很低的，自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的出現(xiàn)大大減少了水資源的浪費(fèi)。

1.2 在灌溉中遇到的問題

新疆是種植棉花地區(qū)的農(nóng)業(yè)基地，棉花的生長(zhǎng)周期和灌溉，在一般的情況下需要灌溉10次以上，對(duì)于棉花大灌溉勢(shì)必較長(zhǎng)的，之前都是通過水井進(jìn)行澆灌，可是水井中的含沙量達(dá)到0.4/1kg左右的含沙量，在對(duì)棉花地澆灌一段時(shí)間后，沙子就會(huì)隨著水泵流到棉花地中。出現(xiàn)這種情況的時(shí)候，需要對(duì)沙子進(jìn)行清理，還要對(duì)水泵進(jìn)行清理，不然就會(huì)把水泵堵塞損壞不能使用，會(huì)影響灌溉的進(jìn)度。在炎熱的天氣農(nóng)民進(jìn)行工作會(huì)中暑，嚴(yán)重的情況下會(huì)被熱死。如圖1。

圖1 水井式灌溉

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)的采集部分主要是對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)的采集主要是要達(dá)到人機(jī)的部分，通過數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)傳到光感器上，通過光改氣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、收集。該部分的收集是為土地進(jìn)行環(huán)境測(cè)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(shè)備，是將收集到的綁在外在設(shè)備上，通過光感設(shè)備對(duì)工作進(jìn)行預(yù)定工作。

2.3 人機(jī)

人機(jī)是關(guān)鍵的部分，它決定著信息的輸出工作，是將所有的信息進(jìn)行打包處理，是通過相應(yīng)的格式對(duì)于電流數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳下達(dá)，就是數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)芯片到達(dá)客戶的端點(diǎn)?？蛻舳耸强梢酝ㄟ^對(duì)數(shù)據(jù)的檢測(cè)對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，通過檢測(cè)看環(huán)境、溫度以及濕度是否達(dá)標(biāo)。對(duì)數(shù)據(jù)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(xiàn)在5G的到來就能更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合使用，這樣能保證通信設(shè)備的穩(wěn)定，還能利用攝像頭對(duì)植物進(jìn)行觀察，這樣即使沒有農(nóng)民在，植物也能健康地生長(zhǎng)。

3 水泵設(shè)計(jì)

3.1 流程圖

在圖2中可以看到整個(gè)水泵的流程，(1)數(shù)據(jù)：將土壤作為數(shù)據(jù)的參數(shù)。(2)業(yè)務(wù)：將整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組成，主要是為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的環(huán)境指數(shù)，是為了最終檢測(cè)感應(yīng)器上的數(shù)據(jù)，也是客戶端上的數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的指令進(jìn)行傳輸實(shí)施。(3)服務(wù)：通過不同的層次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的傳輸工作。(4)客戶端：通過遙控器或者手機(jī)進(jìn)行應(yīng)用程序的控制，更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化的實(shí)施。

圖2 水泵設(shè)計(jì)圖

3.2 對(duì)于硬件的設(shè)計(jì)

對(duì)于硬件的運(yùn)作主要是將工作場(chǎng)景對(duì)感應(yīng)器進(jìn)行連接，通過光感器將電源各個(gè)模塊進(jìn)行供電，最后將所有的節(jié)點(diǎn)傳到光感器上，通過光感器將所有數(shù)據(jù)通過5G傳回到客戶端。

3.3 設(shè)備測(cè)試

在所有的工作都進(jìn)行完成后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，將設(shè)備運(yùn)用到現(xiàn)在生活中，通過設(shè)備在工作的情況下將數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，看看測(cè)試后的數(shù)據(jù)和上水的速度，進(jìn)行測(cè)試時(shí)為了讓設(shè)備更好地使用，通過設(shè)備就能知道在運(yùn)用中出現(xiàn)的問題，就可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改良。

4 運(yùn)用

4.1 田間運(yùn)用

新型灌溉自動(dòng)灌溉控制器在田間使用，在使用當(dāng)中打破了灌溉，在灌溉中通過對(duì)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的控制，在田間加入閥門這樣既可以遠(yuǎn)程進(jìn)行控制，又能解決因?yàn)楹沉勘容^大而影響正常灌溉，用了電閥門這樣也可以將沙子進(jìn)行排除，不會(huì)因?yàn)楹沉窟^多把閥門堵住。在傳統(tǒng)的灌溉中還是需要手動(dòng)進(jìn)行清理，不然容易堵塞，影響灌溉的速度。在試驗(yàn)田中實(shí)驗(yàn)的這兩年里灌溉速度是控制在36下/m2進(jìn)行灌溉，總體灌溉23余輪73個(gè)田。在使用中沒有出現(xiàn)因?yàn)樗泻齿^多出現(xiàn)故障，新型灌溉自動(dòng)化既節(jié)能又解決了水資源浪費(fèi)。

4.2 故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)

新型灌溉設(shè)備是自帶故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能的，可以將出現(xiàn)的故障問題及時(shí)傳遞給工作人員，在使用中出現(xiàn)故障后通過客戶端將出現(xiàn)的問題傳輸?shù)皆O(shè)備上。例如，在2018年實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題后，通過光感器將出現(xiàn)問題推送到使用的客戶端上。出現(xiàn)問題后電機(jī)上閥門是自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)，工作人員可以通過傳遞的消息對(duì)水泵進(jìn)行維修，這樣方便了人民、節(jié)省了時(shí)間。2018年底試驗(yàn)田終于完成了所有的灌溉，灌溉完成后閥門是自動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉的，在關(guān)閉的時(shí)候工作人員的手機(jī)上也收到信息。

現(xiàn)在不管是在什么時(shí)候，只要是通過光感器進(jìn)行傳遞信息，就可以很好地知道設(shè)備出現(xiàn)的問題。隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以利用網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)將遇到的問題通過數(shù)字進(jìn)行文字傳輸。新型節(jié)能灌溉自動(dòng)化設(shè)備能夠通過傳輸知道問題故障，還可以通過遠(yuǎn)程控制知道水流的流速，新型灌溉設(shè)備對(duì)于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了更大的技術(shù)保障。

5 運(yùn)用現(xiàn)在農(nóng)業(yè)中

5.1 水資源浪費(fèi)

隨著實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)束，逐漸運(yùn)用到生活中[1]，例如：2019年新型灌溉自動(dòng)化進(jìn)入到人們的農(nóng)田中。在當(dāng)今社會(huì)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(shù)灌溉可以更好地控制水流的速度，可以進(jìn)行均勻地灌溉，較少一些水分蒸發(fā)，可以減少50%的水資源浪費(fèi)[2]。

5.2 較少化肥使用

在灌溉的時(shí)候化肥與灌溉是同時(shí)進(jìn)行的，這樣是為了能夠讓農(nóng)作物進(jìn)行吸收?；手饾u滲透到農(nóng)作物的根部，提升了吸收的效率，更加減少了化肥對(duì)土壤的影響，在這種灌溉下，既節(jié)省了對(duì)農(nóng)藥的使用，還有利于作物的生長(zhǎng)。

5.3 節(jié)省勞動(dòng)力

在傳統(tǒng)的灌溉中，工作人員用水泵進(jìn)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(huì)讓土地上長(zhǎng)很多的雜草，在進(jìn)行灌溉中防止因流水速度太快、流不出去，還要對(duì)土體進(jìn)行挖掘。新型灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用既保護(hù)土地結(jié)構(gòu)，還保護(hù)作物生長(zhǎng)周期，大面積進(jìn)行灌溉降低了人員使用量，減少勞動(dòng)力的使用。

5.4 加大宣傳力度

相關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)新型灌溉設(shè)備的宣傳，轉(zhuǎn)變?nèi)嗣竦乃枷胗^念，讓種植人員有好的灌溉意識(shí)。因?yàn)楹芏嗳藢?duì)新設(shè)備比較陌生，認(rèn)知度不夠，知識(shí)量淡薄，要積極對(duì)新的設(shè)備進(jìn)行宣傳，讓人們知道它的好處，讓它投入到實(shí)際應(yīng)用中。

5.5 收益

新型灌溉系統(tǒng)化技術(shù)逐步廣泛運(yùn)用到人們的日常灌溉中，在使用中既節(jié)省水資源浪費(fèi)、又減少對(duì)土地的破壞和化肥農(nóng)藥使用量，更可觀的是讓人們的收益增加，合理地對(duì)作物進(jìn)行培養(yǎng)。

6 結(jié)語

隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，現(xiàn)在可以通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)新的灌溉系統(tǒng)的灌溉，新技術(shù)不斷在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用。隨著在農(nóng)業(yè)中的廣泛運(yùn)用，改變了農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀，給新的農(nóng)業(yè)拓展了新的空間，現(xiàn)在新型灌溉系統(tǒng)的灌溉不僅僅推動(dòng)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，更加有效地解決了農(nóng)民的技術(shù)問題。農(nóng)民不再使用傳統(tǒng)的澆灌模式進(jìn)行澆灌，這樣既節(jié)省了水資源的浪費(fèi)，也大大提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平。