自動滴灌系統(tǒng).doc

滴灌系統(tǒng)的自動化控制的研究(2)3.5.2 數(shù)據(jù)輸入在讀數(shù)記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實(shí)際收集的數(shù)據(jù)，如土壤水分張力計(jì)的讀數(shù)、作物籽粒大小。有關(guān)作物的數(shù)據(jù)可以測定得到，作物生長參數(shù)與土壤水分含量相關(guān)聯(lián)可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數(shù)據(jù)資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數(shù)據(jù)參數(shù)的個數(shù)沒有限制，它可以與任一個作物生長測定值和任一水平的土壤水分含量相關(guān)聯(lián)制作相互作用關(guān)系圖。從氣象數(shù)據(jù)資料中可以得到蒸發(fā)損失的總水分量的數(shù)據(jù)并且把它與測定的日水分使用量相比較來調(diào)整該地區(qū)的作物灌溉計(jì)劃。3.5.3 軟件的數(shù)據(jù)處理利用滴管軟件可以計(jì)算使土壤剖面達(dá)到灌溉飽和點(diǎn)所需的準(zhǔn)確時間數(shù)。同時計(jì)算自從播種或其他生長時期（如發(fā)芽、開花等）以來的天數(shù)，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數(shù)據(jù)參數(shù)同步分析，以確定作物水分利用效率。使用作物累積日水分方程。能夠很好地評估作物總產(chǎn)量，尤其是對于玉米、小麥和棉花?？梢酝ㄟ^作物水分方程和氣象資料估算理論產(chǎn)量。通過速率方程，計(jì)算作物生長速率。計(jì)算作物當(dāng)前日水分利用量占整個生長季日水分利用量地比例。同時也可計(jì)算不同水分含量地土壤水分變化速率，這些速率地變化表明土壤緊實(shí)問題和土壤干旱地程度。滴灌軟件可以分析某一作物在生長季內(nèi)日水分利用狀況地資料。結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)地土壤水分測定儀器使用，該軟件能夠指導(dǎo)我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農(nóng)業(yè)效益。例如能夠確定每次灌溉的準(zhǔn)確時間和灌水量。同時減小過量灌溉和水分不足對產(chǎn)量的影響。建立各種不同作物之間水分利用及水分利用效率的差異；建立如不同品種、土壤緊實(shí)情況、不同的耕作史等不同條件下水分利用及水分利用效率的差異；建立現(xiàn)代耕作技術(shù)和傳統(tǒng)耕作技術(shù)條件下的水分利用效率的關(guān)系。確定灌溉和降水的利用效率，用以觀察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和鹽化問題，能夠減少土壤養(yǎng)分的淋溶損失問題。建立土壤水分含量、作物長勢及天氣狀況的數(shù)據(jù)庫以使作物產(chǎn)量和質(zhì)量獲得持續(xù)穩(wěn)定的提高，使高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。3.6灌溉自動化控制系統(tǒng) 要實(shí)現(xiàn)灌水的自動化，必須有自動灌溉控制器，該裝置由土壤濕度傳感器、控制器和電磁閥組成，能夠按土壤墑情和作物需水特性實(shí)施自動灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達(dá)到高產(chǎn)、高效、和節(jié)水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農(nóng)地。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，庭院花圃、苗圃水分的自動灌溉倍受歡迎。它能省水省事，使花木生長更好。一畝庭院花圃、苗圃地投資1.01.5萬元，可以建立自動灌溉控制系統(tǒng)。自動灌溉控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉，節(jié)能、省水，使菜地和農(nóng)地產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。智能化，精準(zhǔn)化灌溉技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、塑料工業(yè)技術(shù)的提高而逐步實(shí)現(xiàn)的 自動化計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發(fā)、研制成功，并投入使用。由于技術(shù)復(fù)雜、應(yīng)用難度大，價格高昂，這種控制設(shè)備最早應(yīng)用于高爾夫球場灌溉系統(tǒng)的控制上。90年代，計(jì)算機(jī)工業(yè)的硬件、軟件飛速發(fā)展，使得灌溉系統(tǒng)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作難度越來越小，功能越來越豐富，價格也逐漸降了下來。這種系統(tǒng)在園林綠化上用得也越來越多了起來，雨鳥公司針對不同用途，研制、開發(fā)出了中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：Maxicom智能化灌溉中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有如下功能： 動采集各種氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算并記錄蒸發(fā)蒸騰量ET； 根據(jù)前一天的ET值自動編制當(dāng)天灌溉程序并實(shí)施灌溉； 可由連接的土壤濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關(guān)閉、暫停灌溉系統(tǒng)； 連接流量傳感器可自動監(jiān)測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網(wǎng)輸水能力； 運(yùn)行程序而不起動灌溉系統(tǒng)（干運(yùn)行），測試程序合理性，不合理時預(yù)先修改； 自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運(yùn)行時間；自動記錄、顯示、儲存?zhèn)鞲衅鞣答仈?shù)據(jù)，以積累資料，修改程序，修改系統(tǒng)等。 滴灌系統(tǒng)的自動化控制的研究(2)2006-2-1 16:29:00 來源：中國自動化網(wǎng)2.3 評價 從整體上來看,XX白果園的滴灌系統(tǒng)是建設(shè)的比較完善的一套滴水灌溉系統(tǒng),設(shè)計(jì)施工都符合現(xiàn)代滴灌的要求,是一套先進(jìn)的現(xiàn)代化滴水灌溉系統(tǒng)，而且產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效果。不過當(dāng)時考慮到經(jīng)濟(jì)條件的限制，其毛管采用了單行直線布置，灌水均勻度不高，鑒于對多種毛管布置形式的比較分析，筆者認(rèn)為百果園應(yīng)改進(jìn)為雙行毛管平行布置；而且其控制系統(tǒng)自動化程度不高，全園僅能使用微機(jī)控制電磁閥的開啟，不能精確實(shí)現(xiàn)作物的輪灌、對灌水時間和灌水量都不能實(shí)現(xiàn)有效的控制，故需進(jìn)一步對其控制系統(tǒng)加以設(shè)計(jì)改進(jìn)。正在建設(shè)的二期工程應(yīng)該吸收一期工程中的好的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)一期工程中的不足，特別是應(yīng)該實(shí)現(xiàn)灌水的全自動控制。3 灌溉自動化控制系統(tǒng)灌溉中的滴灌系統(tǒng)，能很方便實(shí)現(xiàn)自動化控制，灌水的自動化控制能有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，也是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的要求。對微灌的自動化控制，根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)行的方式不同，一般可分為手動控制、半自動控制和全自動控制三類： 手動控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門的開啟、關(guān)閉，灌溉時間的長短，何時灌溉等等。這類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，控制部分技術(shù)含量不高，便于使用和維護(hù)，很適合在我國廣大農(nóng)村推廣。不足之處是使用的方便性較差，不適宜控制大面積的灌溉。 全自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)不要人直接參與，通過預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)反映作物需水的某些參數(shù)可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉。人的作用只是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。這種系統(tǒng)中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機(jī)外，還包括中央控制器、自動閥、傳感器（土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器和雨量傳感器等）及電線等。半自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)中在灌溉區(qū)域沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等均是根據(jù)預(yù)先編制的程序，而不是根據(jù)作物和土壤水分及氣象資料的反饋信息來控制的。這類系統(tǒng)的自動化程度不等，有的一部分實(shí)行自動控制，有的是幾部分進(jìn)行自動控制。為了對先進(jìn)的滴灌自動化控制系統(tǒng)有具體認(rèn)識和了解，下面我們將對滴灌的自動化控制作詳細(xì)介紹：3.1 滴灌首部控制樞紐滴灌自動化系統(tǒng)的基本控制方法有：時間控制、水量控制和反饋控制三種。時間控制系統(tǒng)是按預(yù)定好的時間放水或關(guān)水；水量控制系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)的配水量放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)濕度感受器的反應(yīng)，然后將信號傳送到首部控制樞紐部分來關(guān)水或放水。滴灌系統(tǒng)更便于完全實(shí)現(xiàn)自動化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠(yuǎn)地區(qū)，沙漠地帶的防護(hù)林區(qū)，鐵路路基沿線，經(jīng)濟(jì)力量雄厚的城郊蔬菜種植區(qū)顯得特別重要。目前，國外發(fā)達(dá)國家在滴灌區(qū)普遍使用了計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，并通過專用的滴灌系統(tǒng)軟件來控制和檢測作物生長、土壤狀況和氣象趨勢，取得了良好的效果。大大提高了現(xiàn)代化的土壤水分、作物生長測定技術(shù)的可能性和實(shí)用性，具有農(nóng)藝上的綜合性，為人們充分利用現(xiàn)代化儀器設(shè)備在滴灌系統(tǒng)中應(yīng)用提供了巨大的潛力。滴灌系統(tǒng)軟件根據(jù)作物對水分的需求和土壤墑情制定出合理的灌溉計(jì)劃和作物管理計(jì)劃。3.2 作物生產(chǎn)管理計(jì)劃制定控制軟件系統(tǒng)應(yīng)能提供一套科學(xué)的管理系統(tǒng)，它通過提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及減少用水量來提高水分利用效率，能給農(nóng)民及有關(guān)用戶提供一套針對灌溉方案制定作物生產(chǎn)管理的先進(jìn)、完善的管理系統(tǒng)，用戶能夠使用它獲得他們的每一塊農(nóng)田的土壤水分狀況圖，方便的數(shù)據(jù)資料存取能夠得到每一塊農(nóng)田的準(zhǔn)確土壤水分含量，還能夠確定準(zhǔn)確的日水分利用量，能夠給每塊農(nóng)田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據(jù)每一塊農(nóng)田各自的灌水量需求對不同農(nóng)田進(jìn)行灌溉優(yōu)先排序，以便制定優(yōu)化灌溉計(jì)劃使農(nóng)場或用戶獲得整體最高產(chǎn)量?？刂栖浖到y(tǒng)應(yīng)能允許灌溉管理者根據(jù)作物水分需求和作物對灌溉的反應(yīng)制定合理的灌溉計(jì)劃，作為一個完整的灌溉計(jì)劃和作物生產(chǎn)管理軟件包，它能夠?qū)喔葲Q策的制定和作物管理進(jìn)行數(shù)據(jù)資料存儲、運(yùn)算處理、顯示輸出。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)資料主要由中子探測儀、石膏電阻塊和張力計(jì)測定獲得。天氣數(shù)據(jù)資料由自動氣象站獲得，作物生長資料如籽粒大?。ㄖ睆剑⒅旮吆腿~片硝酸鹽含量等可直接田間測定，根據(jù)相應(yīng)的作物響應(yīng)，作物生長資料結(jié)合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計(jì)劃，通過實(shí)際調(diào)查能夠提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的管理技術(shù)能夠詳細(xì)地驗(yàn)證作物生長、土壤水分和氣候之間的關(guān)系，因此能很好地解決一些灌溉管理和作物生長問題，其中包括過量灌溉導(dǎo)致的灌溉水排滲問題、肥料向根部以下淋溶損失問題以及為了達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo)的籽粒重和穗粒數(shù)或結(jié)果率的控制管理問題。3.3 滴灌系統(tǒng)灌溉計(jì)劃制定滴灌系統(tǒng)灌溉計(jì)劃一般是指確定何時進(jìn)行灌溉及應(yīng)該的灌溉量，灌溉計(jì)劃的應(yīng)用可消除代價巨大的不可預(yù)測的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，如在作物生長臨界期由于土壤類型和作物自身生長能力，不同的農(nóng)田具有不同的土壤水分虧缺量和日水分利用量，因此不同的農(nóng)田需要不同的灌溉計(jì)劃。農(nóng)民通過土壤水分測定技術(shù)利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對發(fā)生于土壤內(nèi)的各種過程的理解，以便進(jìn)行更精細(xì)的灌溉計(jì)劃和灌溉管理決策的制定，以確保土壤水分總是保持作物生長所需的最佳含水量。當(dāng)土壤水分和被作物利用的水分的準(zhǔn)確數(shù)量被測定后，通過軟件可以計(jì)算下一次滴灌的日期和準(zhǔn)確的灌水量，它將考慮當(dāng)前每天水分利用狀況、天氣變化和歷史資料來幫助管理者制定以后的灌水計(jì)劃。它把農(nóng)田從最干到最濕分為不同等級。了解需要灌溉補(bǔ)充的水量有助于協(xié)調(diào)不同用戶之間和同一用戶內(nèi)部的水分供給，充分了解雨后何時開始灌溉能使農(nóng)民最大限度地利用自然降水，而把灌水過多和灌水不及造成地危險減到最小。3.4 土壤水分時間圖和深度圖的應(yīng)用3.4.1 時間圖 時間顯示某一指定土壤容積含水量、根區(qū)土壤含水量或作物響應(yīng)隨時間的變化。時間圖的基本顯示：直線表示根區(qū)土壤含水量的飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)；供給的和有效的灌溉和降雨情況；箭頭指示預(yù)測的灌溉日期；關(guān)于水分飽和點(diǎn)、需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)、當(dāng)前和過去的土壤水分測定值及計(jì)劃安排的灌水日期和灌水量的總結(jié)表；作物生長及其對灌溉管理技術(shù)措施的響應(yīng)；該軟件所做的時間圖可進(jìn)行大小調(diào)整，通過調(diào)整縱坐標(biāo)軸上的最大值和最小值及橫坐標(biāo)上的日期范圍能夠把圖形中用戶想要的區(qū)域或作物生長期內(nèi)的某特定階段的圖形放大。圖形能夠進(jìn)行疊加來同時比較不同地點(diǎn)的田塊或不同年份的數(shù)據(jù)。當(dāng)季和前季的作物的生長，土壤水分和天氣資料的疊加圖形比較灌溉管理達(dá)到高度的協(xié)調(diào)一致。用戶可以選擇任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)來建立相互作用關(guān)系圖。3.4.2 深度圖 深度圖顯示土壤容積含水量沿土壤剖面隨深度的變化而變化的情況，通過該軟件和現(xiàn)代化儀器結(jié)合能夠迅速直接測定和分析土壤水的剖面分布情況。根區(qū)吸收水分模式可以在深度圖中看到，對深度圖分析能使農(nóng)民確定每一種農(nóng)作物包括塊根作物在土壤剖面中被研究的土壤體積范圍和土壤剖面的每一深度層的作物利用的水分?jǐn)?shù)量、土壤緊實(shí)度、土壤質(zhì)地變化、高石灰?guī)r含量、地下水位和鹽分等問題能夠通過對根部活動的仔細(xì)分析而發(fā)現(xiàn)。深度圖也可以用來確定滲入和排出土壤剖面的水分的運(yùn)動狀況及深度和數(shù)量，從中能夠給定灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)值。灌溉或降水后從土壤的根區(qū)排出的水分?jǐn)?shù)量能夠通過深度圖準(zhǔn)確測定，根據(jù)可以調(diào)節(jié)灌溉所用時間以避免水分從土壤剖面排出而損失，控制土壤剖面排出水的數(shù)量將防止地下水水位地升高和土壤養(yǎng)分的淋溶損失，同時也將降低灌水及滴灌水及抽水的成本。深度圖是一個非常有用的工具，能夠解決在不同類型土壤中灌溉水的水平和垂直運(yùn)動的關(guān)鍵問題，通過分別繪制灌溉前和灌溉后距滴管不同距離的各個點(diǎn)的土壤水分含量圖可比較灌溉水的運(yùn)動狀況，用戶能夠利用研究所得的結(jié)果來減少水分和肥料排滲，同時確保作物根系能夠一直得到適量的水分。3.5 軟件的程序特點(diǎn)3.5.1程序結(jié)構(gòu) 滴管軟件的數(shù)據(jù)存儲于一個樹狀結(jié)構(gòu)，這使得制定灌溉方案是查詢數(shù)據(jù)資料非常方便。管理人員可能負(fù)責(zé)管理幾個農(nóng)場或幾塊農(nóng)田，每個農(nóng)場或農(nóng)田可能有許多檢測點(diǎn)，每一個檢測點(diǎn)都有一套不同時間收集的實(shí)際測定的讀數(shù)記錄。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理，能顯示有關(guān)每一單個田塊的詳細(xì)資料，還能夠向農(nóng)民分別顯示每一年的作物種植的詳細(xì)資料。能夠顯示農(nóng)場的每個監(jiān)測田塊或某一年份的每一監(jiān)測點(diǎn)的情況，指明灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)，當(dāng)前作物日水分使用情況，土壤水分平衡和預(yù)測出的三次灌溉的日期，土壤水分含量和作物日用水量的測定值，對未來作物在整個生長季節(jié)的長期的用水量作出估算。顯示某一具體的時期的每一深度層的土壤水分含量的讀數(shù)記錄和根區(qū)的總水分含量，同時顯示土壤水分需要量，中子儀測定并估算的日水分使用量。利用滴灌軟件可進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，從中總結(jié)重要的信息形成報告，以幫助制定每日的管理決策方案。同時也可以編輯出前幾個生長季的作物生長、水分管理。土壤等數(shù)據(jù)資料，并進(jìn)行綜合分析，為以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的評價標(biāo)準(zhǔn)。該軟件程序的所以結(jié)構(gòu)層次能為所選擇的農(nóng)場、監(jiān)測點(diǎn)和某一日期建立報告。報告分為五種：深度圖、時間圖、記錄讀數(shù)報告。監(jiān)測點(diǎn)報告和灌溉計(jì)劃報告。用戶可以根據(jù)自己的需要已及自己微機(jī)系統(tǒng)對程序進(jìn)行修改編譯，選擇公制和英制計(jì)量單位進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，將田間測定得到的數(shù)據(jù)讀數(shù)記錄自動粘貼到?jīng)]一個具體的農(nóng)場欄、監(jiān)測點(diǎn)欄和日期欄。每一個監(jiān)測點(diǎn)的測定日期，時間及估計(jì)的水分日利用量能夠在粘貼之前輸入。3.5.2 數(shù)據(jù)輸入在讀數(shù)記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實(shí)際收集的數(shù)據(jù)，如土壤水分張力計(jì)的讀數(shù)、作物籽粒大小。有關(guān)作物的數(shù)據(jù)可以測定得到，作物生長參數(shù)與土壤水分含量相關(guān)聯(lián)可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數(shù)據(jù)資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數(shù)據(jù)參數(shù)的個數(shù)沒有限制，它可以與任一個作物生長測定值和任一水平的土壤水分含量相關(guān)聯(lián)制作相互作用關(guān)系圖。從氣象數(shù)據(jù)資料中可以得到蒸發(fā)損失的總水分量的數(shù)據(jù)并且把它與測定的日水分使用量相比較來調(diào)整該地區(qū)的作物灌溉計(jì)劃。3.5.3 軟件的數(shù)據(jù)處理利用滴管軟件可以計(jì)算使土壤剖面達(dá)到灌溉飽和點(diǎn)所需的準(zhǔn)確時間數(shù)。同時計(jì)算自從播種或其他生長時期（如發(fā)芽、開花等）以來的天數(shù)，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數(shù)據(jù)參數(shù)同步分析，以確定作物水分利用效率。使用作物累積日水分方程。能夠很好地評估作物總產(chǎn)量，尤其是對于玉米、小麥和棉花?？梢酝ㄟ^作物水分方程和氣象資料估算理論產(chǎn)量。通過速率方程，計(jì)算作物生長速率。計(jì)算作物當(dāng)前日水分利用量占整個生長季日水分利用量地比例。同時也可計(jì)算不同水分含量地土壤水分變化速率，這些速率地變化表明土壤緊實(shí)問題和土壤干旱地程度。滴灌軟件可以分析某一作物在生長季內(nèi)日水分利用狀況地資料。結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)地土壤水分測定儀器使用，該軟件能夠指導(dǎo)我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農(nóng)業(yè)效益。例如能夠確定每次灌溉的準(zhǔn)確時間和灌水量。同時減小過量灌溉和水分不足對產(chǎn)量的影響。建立各種不同作物之間水分利用及水分利用效率的差異；建立如不同品種、土壤緊實(shí)情況、不同的耕作史等不同條件下水分利用及水分利用效率的差異；建立現(xiàn)代耕作技術(shù)和傳統(tǒng)耕作技術(shù)條件下的水分利用效率的關(guān)系。確定灌溉和降水的利用效率，用以觀察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和鹽化問題，能夠減少土壤養(yǎng)分的淋溶損失問題。建立土壤水分含量、作物長勢及天氣狀況的數(shù)據(jù)庫以使作物產(chǎn)量和質(zhì)量獲得持續(xù)穩(wěn)定的提高，使高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。3.6灌溉自動化控制系統(tǒng) 要實(shí)現(xiàn)灌水的自動化，必須有自動灌溉控制器，該裝置由土壤濕度傳感器、控制器和電磁閥組成，能夠按土壤墑情和作物需水特性實(shí)施自動灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達(dá)到高產(chǎn)、高效、和節(jié)水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農(nóng)地。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，庭院花圃、苗圃水分的自動灌溉倍受歡迎。它能省水省事，使花木生長更好。一畝庭院花圃、苗圃地投資1.01.5萬元，可以建立自動灌溉控制系統(tǒng)。自動灌溉控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉，節(jié)能、省水，使菜地和農(nóng)地產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。智能化，精準(zhǔn)化灌溉技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、塑料工業(yè)技術(shù)的提高而逐步實(shí)現(xiàn)的 自動化計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發(fā)、研制成功，并投入使用。由于技術(shù)復(fù)雜、應(yīng)用難度大，價格高昂，這種控制設(shè)備最早應(yīng)用于高爾夫球場灌溉系統(tǒng)的控制上。90年代，計(jì)算機(jī)工業(yè)的硬件、軟件飛速發(fā)展，使得灌溉系統(tǒng)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作難度越來越小，功能越來越豐富，價格也逐漸降了下來。這種系統(tǒng)在園林綠化上用得也越來越多了起來，雨鳥公司針對不同用途，研制、開發(fā)出了中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：Maxicom智能化灌溉中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有如下功能： 動采集各種氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算并記錄蒸發(fā)蒸騰量ET； 根據(jù)前一天的ET值自動編制當(dāng)天灌溉程序并實(shí)施灌溉； 可由連接的土壤濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關(guān)閉、暫停灌溉系統(tǒng)； 連接流量傳感器可自動監(jiān)測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網(wǎng)輸水能力； 運(yùn)行程序而不起動灌溉系統(tǒng)（干運(yùn)行），測試程序合理性，不合理時預(yù)先修改； 自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運(yùn)行時間；自動記錄、顯示、儲存?zhèn)鞲衅鞣答仈?shù)據(jù)，以積累資料，修改程序，修改系統(tǒng)等。 頻繁灌溉功能：可將設(shè)計(jì)好的灌水延續(xù)時間分成若干時段，以便提供足夠的土壤入滲時間，減少坡地或粘性土地地面徑流損失。 一套中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可控制無數(shù)臺田間控制系統(tǒng)（稱為衛(wèi)星站），一套中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可控制小到一個公園， 大到上百個公園，甚至全城的所有灌溉系統(tǒng)。 儲存數(shù)百套灌溉程序；一臺田間控制器（衛(wèi)星站）可使4個輪灌區(qū)獨(dú)立灌溉或同時灌溉。 手動干涉灌溉系統(tǒng)：可在閥門上手動啟、閉系統(tǒng)，可在田間衛(wèi)星站上手動控制系統(tǒng)，也可在計(jì)算機(jī)上手動啟、閉任何一站，任何一個電磁閥?？煽刂乒喔认到y(tǒng)以外的其它設(shè)備，如：道路或公共場所燈光，大門、噴泉、水泵等自動化中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由中央計(jì)算機(jī)，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛(wèi)星站），電磁閥構(gòu)成。中央計(jì)算機(jī)可裝置在任何一個地方。比如：一套中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制50個公園的灌溉系統(tǒng)。中央計(jì)算機(jī)可安裝在市園林局認(rèn)為合適的位置。CCU安裝在各個公園內(nèi)。中央計(jì)算機(jī)與CCU之間的通訊，可采用有線連接（近距離），無線連接，電話線連接或移動通訊方法連接。一臺CCU最多可連接28個田間控制器。CCU與田間控制器之間同樣可選上述數(shù)種通訊方式。 由中央計(jì)算機(jī)到終端電磁閥的工作過程為：中央計(jì)算機(jī)編程，并將程序下達(dá)到CCU。CCU將各輪灌區(qū)灌溉控制程序再發(fā)到相關(guān)田間控制器。田間控制器依中央計(jì)算機(jī)制作的程序啟閉各輪灌區(qū)電磁閥。如下圖所示： 中央計(jì)算機(jī)上的初始程序由控制人員編制，之后，計(jì)算機(jī)每日自動收集由氣象站采集的氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算ET值，并不斷對原有程序自動修改。如遇傳感器傳來異常信息（如降雨，過分干燥，系統(tǒng)漏水.），自動中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續(xù)恢復(fù)程序運(yùn)行。 如果將智能泵站連接到中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復(fù)雜的系統(tǒng)將由一個高度智能化的系統(tǒng)管理起來，可做到最大限度地節(jié)水、節(jié)能，最大限度地保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行，避免灌溉系統(tǒng)常發(fā)生的下列幾種問題： 過量灌溉或灌水不足，浪費(fèi)水資源或不能滿足植物需水； 管網(wǎng)破裂，漏失水； 系統(tǒng)運(yùn)行壓力不合理； 水泵運(yùn)行效率低下； 地形起伏不平時或土壤入滲率低產(chǎn)生地面徑流，浪費(fèi)寶貴的水資源； 降雨時，灌溉系統(tǒng)照常灌溉； 管理、維護(hù)成本高。3.7 百果園灌溉的自動化控制設(shè)計(jì)百果園一期工程灌水基本實(shí)現(xiàn)了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)與提高，使其實(shí)現(xiàn)灌水的全自動化，具體見下：3.7.1 控制原理自動化控制采用電子技術(shù)對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行采集，輸入計(jì)算機(jī)，按最優(yōu)方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項(xiàng)目區(qū)作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。同時進(jìn)行控制軟件及優(yōu)化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統(tǒng)。另外，通過變頻器控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據(jù)。具體包括以下幾個方面： 田間土壤含水量、鹽分、地溫、空氣溫度、濕度、降水、風(fēng)速、管道壓力等參數(shù)的自動化采集 自動化控制設(shè)計(jì)安裝 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) 變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據(jù) 系統(tǒng)運(yùn)行管理模式評價，包括系統(tǒng)評價、灌水指標(biāo)、灌溉制度等3.7.2 控制系統(tǒng)的組成欲實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數(shù)及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風(fēng)速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)等，都要送入控制器?？紤]到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機(jī)界面要求，可以采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的核心，來協(xié)調(diào)各部分的工作。系統(tǒng)的組成如下圖所示,整個系統(tǒng)的工作主要工控機(jī)和變頻器兩部分來控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)主要用來采集田間土壤及氣象指標(biāo)，按照設(shè)定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。3.7.3 監(jiān)控軟件監(jiān)控軟件是工控機(jī)能夠完成控制功能的重要基礎(chǔ)，監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。根據(jù)項(xiàng)目要求及滴灌的特點(diǎn)，筆者建議百果園采用雨鳥公司的“Maxicom”中央控制系統(tǒng)，該軟件只需用戶輸入各地塊種植作物種類及種植日期，系統(tǒng)便會自動計(jì)算當(dāng)前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號，控制水泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及閥門的開啟，自動完成整個灌水過程，完全不需要人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動控制。該控制軟件在此所完成的主要功能及特點(diǎn)如下： 自動采集田間數(shù)據(jù)：系統(tǒng)根據(jù)軟件中所預(yù)先設(shè)定的時間，自動地采集土壤濕度、溫度風(fēng)速、雨量等參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理后，實(shí)時顯示在屏幕上。 作物生育期的判斷：當(dāng)管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統(tǒng)便根據(jù)計(jì)算機(jī)時鐘自動計(jì)算出各種作物已種植的天數(shù)，判斷出作物所處的生育期，自動查找資料庫中所存的原始資料，確定出當(dāng)前作物最適宜的土壤含水量及灌水定額。 滴灌的全自動控制：系統(tǒng)采集田間及氣象數(shù)據(jù)后，將當(dāng)前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實(shí)際含水量小于作物要求下限值，便自動開啟該地塊的第一個電磁閥。進(jìn)行灌溉。達(dá)到所需灌水定額后，自動關(guān)閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務(wù)。灌溉過程中，若出現(xiàn)溫度過低、風(fēng)速過大以及降雨過程等天氣時，系統(tǒng)會自動暫停當(dāng)前的灌溉任務(wù)，并保存當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)氣象條件滿足時，繼續(xù)進(jìn)行未完成的任務(wù)。 形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統(tǒng)還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運(yùn)行人員輸入各地塊的作物信息，系統(tǒng)便會根據(jù)作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預(yù)。所謂半自動方式，是指系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實(shí)際情況控制開停機(jī)。用戶可人為啟動某個閥門，或某個地塊，甚至是所有地塊均輪灌一次。當(dāng)然這些操作全部都是通過鍵盤或鼠標(biāo)來完成的，而且在工控機(jī)屏幕上均有明顯的提示。所謂手動方式是指人工去開啟各個電磁閥，筆者建議百果園選用美國雨鳥公司生產(chǎn)的電磁閥：手動、電動兩用閥門，既可手動，又可電動，使用非常方便。當(dāng)手動打開某個電磁閥時，噴頭出水，主干管道壓力開始下降，系統(tǒng)會自動通過變頻器升高水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務(wù)。 豐富的辦公自動化功能：系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可自動生成各種定時、日、月、年報表，并通過打印機(jī)打印出來。其內(nèi)容包括各種氣象及土壤參數(shù)，可從各報表中得到土壤濕度變化曲線、日最高風(fēng)速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶研究當(dāng)?shù)氐臍庀蠹巴寥雷兓闆r提供翔實(shí)的依據(jù)。 良好的可維持性：可維護(hù)性是衡量軟件質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，在編寫本系統(tǒng)時我們也充分考慮了這一點(diǎn)，例如用戶在種植一類新作物時，可能系統(tǒng)的資料庫中并沒有該作物，便無法確定其適宜土壤含水量和灌水定額。此時，用戶可按自定義按鈕，通過鼠標(biāo)各鍵盤輸出這些參數(shù)，系統(tǒng)便會根據(jù)用戶所定義的數(shù)值運(yùn)行。另外，用戶還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數(shù)，滿足實(shí)際情況的需要。 友好的人機(jī)界面：系統(tǒng)中大部分界面均為示意圖形，實(shí)時顯示各傳感器送來的數(shù)值及系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，工作人員無需學(xué)習(xí)便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應(yīng)的提示，指導(dǎo)用戶完成相應(yīng)的功能。3.7.4 效果百果園通過增加自動化控制系統(tǒng)后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據(jù)果樹某些需水參數(shù)自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。既提高了水的有效利用率，又節(jié)省了人力，同時也提高了果樹的產(chǎn)量，可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效果。3.8 第二期工程的設(shè)想正在建設(shè)第二期工程計(jì)劃今年完工，第二期工程的滴灌系統(tǒng)我建議基本上參照第一期工程建設(shè)，也采用滴噴灌相結(jié)合的方式，其水源計(jì)劃應(yīng)采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫少水的矛盾，該可以區(qū)采用先進(jìn)的電腦全自動控制方式，實(shí)行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動式（毛管）的有機(jī)結(jié)合。二期工程應(yīng)該吸收一期工程中的好的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應(yīng)該增加灌水的全自動控制部分，實(shí)現(xiàn)灌水的全自動化，精確控制作物的有效灌水。4 存在的問題及建議通過對滴灌系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與認(rèn)識，筆者系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了滴灌這種先進(jìn)的果園節(jié)水灌溉方法，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上深化了理論，并對滴灌和滴灌系統(tǒng)有一些不成熟的認(rèn)識與建議。4.1 滴灌的優(yōu)缺點(diǎn)4.1.1 百果園滴灌的優(yōu)點(diǎn)4.1.1.1