導語：如何才能寫好一篇灌溉系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：小管出流 灌溉系統

（一）小管出流灌溉系統的特點與適用條件

小管出流灌溉系統是中國農業大學水利與土木工程學院研究開發成功的一種微灌系統。它主要是針對國產微灌系統在使用過程中，灌水器易被堵塞的難題和農業生產管理水平不高的現實，打破微灌灌水器流道的截面通常尺寸（一般直徑為0．5～1．2毫米）而采用超大流道，以φ4PE塑料小管代替微灌滴頭，并輔以田間滲水溝，形成一套以小管出流灌溉為主體的符合實際要求的微灌系統。主要適宜于保護地蔬菜、花卉栽培中應用，在保護地應用該項技術時可配合地膜覆蓋，以降低保護地環境濕度。小管出流灌溉系統具有下列特點：

（1）節能、堵塞問題小、水質凈化處理簡單小管灌水器的流道直徑比滴灌灌水器的流道或孔口的直徑大得多，而且采用大流量出流，解決了滴灌系統灌水器易于堵塞的難題。因此，一般只要在系統首部安裝60～80目的篩網式過濾器就足夠了（滴灌系統過濾器的過濾介質則需要120～200目）。如果利用水質良好的井水灌溉或水質較好水池灌溉，也可以不安裝過濾器。同時，由于過濾器的網眼大、水頭損失小，既減少能量消耗，又可延長沖洗周期。

（2）施肥方便果樹施肥時，可將化肥液注入管道內隨灌溉水進入作物根區土壤中，也可把肥料均勻地撒于滲溝內溶解，隨水進入土壤。特別是施有機肥時，可將各種有機肥理入滲水溝下的土壤中，在適宜的水、熱、氣條件下熟化，充分發揮肥效，解決了滴灌不能施有機肥的問題。

（3）省水小管出流灌溉是一種局部灌溉技術，只濕潤滲水溝兩側作物根系活動層的部分土壤，水的利用率高，而且是管網輸配水，沒有輸滲漏損失。據北京海淀區試驗，可比地面灌溉節約用水60％以上。

（4）適應性強對各種地形、土壤、各種果樹等均可適用。

（5）操作簡單，管理方便。

這些特點正好與當前我國果樹栽培管理水平相適應，因而該項技術自1978年在北京市海淀區果園試驗以來，很快得到推廣應用。

（二）小管出流田間灌水系統的組成

小管出流田間灌水系統包括支、毛管道及滲水溝。如圖4-19所示。滲水溝可以繞樹修筑，也可以順樹行開挖。前者多用于高大的成齡果樹，并稱之為繞樹環溝，溝的直徑約為樹冠直徑的2／3；后者則用于密植果樹，或葡萄園、蔬菜等，一般每隔2～3米用土埂隔開，故又稱為順行隔溝。滲水溝的作用是把灌水器流出的水均勻分散地入滲到果樹周圍的土壤中。

目前，干、支、毛管和小管采用PE塑料管，為了減緩老化，延長使用壽命，并方便果園田間管理，均埋于地表以下，小管灌水器在滲溝內露出10～15厘米。

（三）小管出流灌溉系統的設計

1．小管規格的選擇目前國內可供選擇的塑料小管有內徑d為3毫米、4毫米、6毫米等三種PE塑料管。應根據流量、技術可行性與經濟性等進行分析，選擇合適的規格。對于φ3、φ4和φ6小管，常用流量q（升／小時）在不同工作水頭H（米）情況下的小管長度，如表4-22所示。

由表4－22可以看出：

（1）內徑d為3毫米的小管其優點是在一定的毛管長度下，流量較小。因此可采用較小的流量和較大的工作水頭，灌水均勻度對地形變化影響小，且支管流量小，有利于減少系統投資和增大輪灌組的面積。但是，在大株行距（4米×5米以上）和輕質土壤的果園，毛管采用雙向布置時，要求小管出流量達120升／小時以上，小管計算長度往往達不到安裝要求。另一方面內徑為3毫米的小管尚沒有制造出專用接頭，一般是直接插于毛管上，插入長度不易掌握，毛管內產生的局部水頭損失不易估計，而且可能插入深，小管進口與毛管內壁接觸，小管時流受阻，甚至不出水。這種安裝方法對毛管打孔要求嚴格。如果打孔太小，會出現"卡脖"，打孔偏大則出現漏水。

（2）內徑d為4毫米的小管在工作水頭4～6米時，常用流量范圍內的長度L＝1．01～3．71米，這在技術上是可以接受的。這個工作水頭雖然對灌水均勻度反應較內徑為3毫米的小管敏感一些，但按照1／1500～1／1000地形圖的地形誤差，相對比例是比較小的，是可以允許的，采用較大流量時，可用較高工作水頭，以保證安裝要求的長度。目前國內已有內徑4毫米小管的接頭，完全可以克服內徑為3毫米的小管安裝上可能出現的問題。

（3）內徑d為6毫米的小管，則出水量和灌水均勻度對小管的長度反應敏感，一般不采用。

因此，目前選用內徑d為4毫米的PE塑料小管作為灌水器是合理的；在采用小流量而水頭較高的地方，可用內徑d為3毫米的小管，但要安裝合適。

由實驗測得φ4小管的經驗公式見式（4－33），該式可用于確定φ4小管的長度：

2．小管灌水器的結構小管灌水器有兩種結構形式：一種是φ4PE塑料小管與φ4塑料接頭連接毛管而成；另一種是用1個穩流器與φ4塑料小管連接插入毛管而成。第一種的價格比第二種便宜，但水力計算較麻煩，為了滿足設計均勻度，必須計算出沿毛管每根小管的長度。第二種小管長度可以不必計算，只要滿足安裝的需要即可。其缺點是目前使用的補償器流量偏小，只有40升＼小時。對于大果樹每株樹可以插兩個灌水器。

轉貼于 3．小管灌水器的流量小管灌水器的流量應滿足在滲水溝內具有較高流速，在開灌后的很短時間內水流封溝，以達到沿溝水量分布均勻。常用灌水器流量為80～120升／小時。輕質上應取高值。

4．滲水溝的結構滲水溝的橫斷面結構如圖4－20所示。試驗表明較深窄的滲水溝水流封為較快，但是其結構往往由開溝工具決定。目前多用鐵鍬開挖滲水溝，橫斷面呈梯形，溝底寬b＝10～15厘米，h=12～15厘米。

（四）毛管直徑與允許最大長度

目前，最常用到的毛管直徑分別是12毫米、15毫米和20毫米的PE塑料管。顯然，在達到要求灌水均勻度的前提下，不同直徑的毛管的最大允許長度不同，設計方法類似于滴灌。建議的毛管布設方式見表4-23所示。

篇2

關鍵詞：自壓管道 灌溉系統 灌區 節水改造

白河堡水庫灌區是北京市十大灌區之一，灌區內有輸水干渠4條，總長度92.12公里，控制灌溉面積32.4萬畝，是延慶縣最大的自流灌區。灌區原規劃支渠82條，1998年前建成43條，全部都是漿砌石或砼襯砌渠道。由于襯砌渠道有輸水損失大、占地多、對地形起伏變化適應能力差、受凍脹影響變化大、維修管理困難、使用壽命短等多方面的缺陷，因而從1998年至2002年白河堡水庫灌區進行節水改造時，我局根據干渠大部分渠段都在高處與田間落差大，適合自壓管道輸水灌溉這一特點，在支渠建設中，改變傳統的襯砌渠道方式，配套自壓管道灌溉系統，在節水、節能、節地、省工、便于管理等方面取得較好的效果。實踐證明，自壓管道灌溉系統是一項值得在灌區節水改造中推廣應用的技術。

1．自壓管道灌溉系統的機理和組成

1．1自壓管道灌溉系統的機理

自壓管道灌溉系統就是利用地形的自然高差形成的壓力水頭，通過管道輸水到田間的節水灌溉系統。它突出的特點就是充分利用自然壓差，形成壓力管道系統，不需要消耗電能就可配套低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等節水灌溉設施。

1．2自壓管道灌溉系統的組成

自壓管道灌溉系統包括：水源、首部樞紐（攔污柵、閘門、量水設備、輸水渠或管、沉沙池和壓力池）、輸水管網系統、田間灌溉系統。

首部樞紐的作用主要是保證有足夠的水量供應，同時，保證水質清潔，避免管網堵塞。

2．自壓管道灌溉系統的規劃和設計

2．1需要收集的基本資料

自壓管道灌溉系統規劃設計之前，必須收集以下基本資料，作為設計的依據。

1 地形地貌；地理位置

灌區內地理位置基本地形和地貌要在局部地形圖上標出，并繪出管網的走向及有關設施的位置。

2 氣象

灌區內的多年降水量、蒸發量、主風向及風速，最高、最低、平均氣溫，無霜期的長短 ，日照小時數。

3 土壤特性

土壤質地，耕層厚度，養分狀況。

4灌區內主要作物分布

灌區總面積，農作物種類，種植比例，各種作物的種植面積。

5經濟情況

規劃區內人口，勞動力，耕地面積，產量，人均收入，交通狀況。

6管道材料

管道材料性能，生產廠家，管材類型。

2．2系統設計內容

自壓管道輸水灌溉工程設計主要包括八個方面的內容。

1確定管道長度及走向，并繪制管道縱斷面圖。

2灌溉制度的制定。計算灌水定額，灌水周期。

3水量平衡分析。根據灌溉面積確定供需水量。

4管道布局。確定管網的走向、管道各段的長度。

5確定灌溉方式、灌溉工作制度。

6管道水力計算。確定管網入口的工作壓力、管道水頭損失、管徑的大小；管道內流速校核。

7工程概算。

8經濟效益分析。

2．3系統管網布置及灌溉制度的確定

1管網布置

管網布置的合理與否，對工程投資、運行狀況和管理維護有很大影響。一般管道布置應遵循以下原則。

Ⅰ、充分利用壓力水頭。

Ⅱ、力求管道總長度短、管線平直，減少折點和起伏。

Ⅲ、灌區內田間固定管道的長度宜為6－10米/畝。

Ⅳ、支管道走向宜平行于作物種植方向。支管間距單向控制時不應大于75米，雙向控制時不應大于150米。

2灌溉制度的確定

灌溉制度是根據作物生育期內一定的氣候、土壤和耕作技術條件為獲得高產穩產進行適時適量灌水的一種制度。其內容包括灌水定額、灌溉定額、灌水時間及次數。

Ⅰ、灌水定額的確定

在管網設計中，采用作物生育期內各次灌水量中最大的一次作為設計灌水定額。對于種植不同作物的灌區，通常采用設計時段內主要作物的最大灌水定額作為設計灌水定額。

一般灌水上限按田間持水量的85～95%計算，下限按田間持水量的55～65%計算。

灌水定額按式2—3—1計算。

2—3—1

式中： —設計灌水定額，mm、m3／畝；

—計劃濕潤層深度，cm；

—田間持水率；

1、 2—土壤適宜含水量上、下限；

土、 水—計劃濕潤層土壤干容重、水容重，t／m3。

Ⅱ、灌水周期的確定

根據灌水臨界期作物最大日需水量值，按式2—3—2計算理論灌水周期。因為，實際灌水中可能會出現停水、配水設備故障等原因，故設計灌水周期應小于理論灌溉周期。

T理=m／Ea＞T設

2—3—2

式中：T理—理論灌水周期，d（天）；

Ea—控制區內作物最大日需水量，mm／d；

T設—設計灌水周期，d（天）；

m—同前。

控制區內種植不同作物時，按式2—3—3求權法計算理論灌水周期。

2—3—3

式中：T理、m—同前；

A—系統設計灌溉總面積，畝；

Eai、Ai—設計時段內不同作物最大日需水量、作物種植面積，mm／d、畝。

Ⅲ、灌水設計流量的確定

根據灌水定額、灌溉面積、灌水周期、每天工作的時間和灌溉水利用系數計算灌溉設計流量。用式2—3—4計算。

2—3—4

式中 設—灌溉設計流量，m3／h；

m、A、T—同前；

—灌溉水利用系數，一般取0.80－0.90；

t—每天工作的時間，h，一般取15－20h

Ⅳ、水量供需平衡分析

水量供需平衡按式2—3—5計算。

Q供＞Q需

2—3—5

式中：Q供—水源供給水量，m3；

Q需—灌溉需水量，m3。

為了達到規劃區內節水增產的目的，應采用先進的節水灌溉技術，減少灌水定額。當出現供水量小于需水量時，應開辟新的水源。無新水源時應重新調整作物結構布局或減少灌溉面積。

3灌溉工作制度

傳統灌溉方式是續灌和輪灌相結合的方法，即：支管之間采用輪灌，支管內采用續灌。

Ⅰ、系統輪灌組數目的確定，用式2—3—6計算

N=int（nq／Q設）

2—3—6

式中：N—系統輪灌組數；

n—系統出水口總數；

q—出水口的出水量，m3／h；

int—取整符號；

Q設—同前。

Ⅱ、出水口實際出水量計算，按式2—3—7計算

q=NQ設／n

2—3—7

式中：所有符號同前。

Ⅲ、同時工作出水口數目的確定，按式2—3—8計算

X=int（n／N）

2—3—8

式中：X—同時工作的出水口數

其它符號同前。

Ⅳ、每個輪灌組工作時間，按式2—3—9計算

tN=T／N

2—3—9

式中：tN—每個輪灌組工作時間，h；

T、N—同前。

2．4水力計算

1管網各級管道的流量計算

在管網管道流量計算時，采用自下而上的方式推求各管段的流量。

Ⅰ、支管流量的確定

根據輪灌組及出水口的水量，同時工作的出水口數，計算支管道的流量。

2—4—1

式中： 支—支管進口流量，m3／h；

—支管控制的出水口數；

—同前。

Ⅱ、干管流量的確定

干管內的水量是同時工作支管水量的總和。即：

2—4—2

式中： 干—干管進口流量，m3／h；

干—干管控制支管數；

支—同前。

2管網水力計算

Ⅰ、給水栓工作水頭

在采用移動軟管灌溉系統中，一般軟管直徑為φ50～φ100，長度不超過100米。此時給水栓工作水頭用式3—4—3計算。

Hg=hyf+Hgy+（0.2～0.3）

2—4—3

式中：Hg—給水栓工作水頭，m；

hyf—移動軟管沿程水頭損失，m；

Hgy—移動軟管出口與給水栓出口高差，m。

當給水栓直接配水入渠道時：Hg=0.2～0.3，m。

轉貼于 Ⅱ、管網各管段管徑的確定

自壓管網水力計算是根據：設計水量、管網入口壓力確定管網中各級管徑，各節點壓力。最后選用與計算出的管徑接近的商用管徑。管徑選定后要進行不淤流速（一般取0.5m／s）和最大允許流速（通常限制在2.5～3.0m／s）校核。

為了充分利用自然水頭，其管徑用式2—4—4計算。

2—4—4

式中： —管道內徑，mm（m）；

—沿程水頭損失摩阻系數；

—管道內設計流量，m3/h（m3/s）；

—流量系數；

—管徑系數。

—平均水力坡度。為管段上游節點與下游節點水頭差除以管段長度。

經濟流速的確定原則：

通過流量大時，應選擇較小值；反之，應選擇較大值。干管選擇較小值，支管選擇較大值。

Ⅲ、管網水頭損失計算

沿程水頭損失計算：

根據選定的管材、管徑、設計流量、管道長度，按式2—4—5計算其沿程水頭損失。

2—4—5

式中： —管道沿程水頭損失，m；

—管道長度，m；

—管道內設計流量，m3/h（m3/s）；

—管道內徑，mm（m）；

—沿程水頭損失摩阻系數；

—流量系數；

—管徑系數。

地面軟管沿程水頭損失通常采用塑料硬管計算公式計算，然后，乘以一個系數1.1～1.5。

局部水頭損失一般以流速水頭乘以局部水頭損失系數來表示。

2—4—6

式中： —管道局部水頭損失，m；

—管道局部水頭損失系數；

—斷面平均流速，m/s；

—重力加速度，m/s2。

一般為簡化計算，按沿程水頭損失的10%～15%計算。

3輸水管道性能的選擇

Ⅰ、輸水管道設計要求的工作壓力確定。管材允許工作壓力應為管道最大正常工作壓力的1.4倍。當管道可能產生較大水擊壓力時，管材的允許工作壓力應不小于水擊時的最大壓力。

Ⅱ、管壁要均勻一致。

Ⅲ、管材內壁要光滑。

Ⅳ、管與管、管與管件連接要方便。

2．5水擊壓力計算與保護裝置

1水擊壓力計算

Ⅰ、水擊波傳播速度

=

2—5—1

式中： —水擊波傳播速度（e/d＜1/20＝，m/s；

— 。K：水的體積彈性模量，KN/m2；E：管材縱向彈性模量，Km/m2；

—管徑，m；

—管壁厚度，m。

Ⅱ、水擊類型判別

水擊相時按式3—4—8計算。當閥門關閉歷時不大于一個水擊相時，此時所產生的水擊為直接水擊。反之，則為間接水擊。

2—5—2

式中： —水擊相時，s；

—計算管段長度，m；

—同前。

Ⅲ、水擊水頭的確定

直接水擊水頭：

2—5—3

間接水擊水頭：

2—5—4

式中： —直接水擊水頭，m；

—間接水擊水頭，m。關閥門為正，開閘門為負；

—閘門前水的速度，m/s；

—關閉閥門的時間，s；

、 、 、 —同前。

2防止水擊壓力的措施

Ⅰ、操作運行中應緩慢啟閉閥門，以延長閥門啟閉時間，從而避免產生直接水擊，并可降低間接水擊壓力。

Ⅱ、由于水擊壓力與管內流速成正比，因此，在設計中應控制管內流速不超過最大流速限制范圍。

Ⅲ、由于水擊壓力與管道長度成正比，因此，在設計中可隔一定距離設置具有自由水面的調壓井或安裝安全閥和進排氣閥，以縮短管道長度，削減水擊壓力。

3安全保護裝置

管道輸水灌溉系統的安全保護裝置主要有進（排）氣閥、安全閥、調壓裝置、逆止閥等。

Ⅰ、進排氣閥的選擇

進排氣閥按式2—5—6選擇。一般在順坡布置安裝在管道系統首部，逆坡布置時在管道系統尾端，安裝在管道系統的凸起處，管道朝水流方向下折及超過10度的變坡處。

2—5—6

式中： —進排氣閥通氣孔直徑，mm；

—被保護管道內徑，mm；

—被保護管道內水流速度，m/s。

Ⅱ、安全閥

安全閥是一中壓力釋放裝置，安裝在管路較低處，起超壓保護作用。

3．自壓式管道輸水灌溉管理及技術要求

自壓管道灌溉工程同其它水利工程一樣，必須正確處理好建、管、用三者關系。建是基礎，管是關鍵，用好增產是目的。在保證管道系統建設質量的前提下，只有管好用好才能充分發揮效益。

3．1管理制度

自壓管道灌溉系統也需要有完善的管理制度，如果沒有一套與其相適應的管理措施，也是不能正常運行的。要從以下四個方面完善管理制度：

1建立健全管理組織；

2依法管水；

3實行管理責任制；

4建立管理考核標準

3．2自壓管道灌溉系統運行技術要求

1灌溉前必須首先打開應澆地塊的給水栓，每條主管道打開的給水栓數不少于3個。

2打開給水栓后，再開進水閘，閘門開啟度應根據渠道水位，滿足管道用水量，待壓力池水位和堰頂一平，穩定為好。

3灌溉結束后，先關閉進水閘，然后再關閉給水栓。

4冬灌結束后，必須將管道內的水排掉，防止凍壞管道。

5用前必須做好管道的檢修工作。

4．自壓管道灌溉系統效果分析

自壓管道灌溉系統與明渠灌溉相比具有以下優點：

1節水、節能

自壓管道灌溉系統輸水損失小，渠系水利用率達95%以上，比土渠提高30%，比防滲渠道提高5%，綜合節水達40%左右。

由于用管道輸水，減少了滲漏和蒸發損失，綜合節能在20%～30%。

2省地、省工

自壓管道灌溉系統中管道埋入地下，比明渠灌溉減少占用耕地2%，對土地資源的充分利用有著重要意義。

管道灌溉不僅能減少大量的田間建筑物，而且還可以實現規范化、系統化；輸水時間短，縮短了輪灌期，節省了工日。

3適應性強、管理方便

自壓管道灌溉系統是有壓供水，可適用于各種地形，如：越溝，跨路，拐彎和爬坡等。

管道灌溉設備比較簡單，技術容易掌握，管理方便，用水量便于控制和計量 ，并為農業機械化、自動化的發展創造了有利條件。

4使用壽命長

管道埋入地下，塑料管不易老化、不宜腐蝕 、不宜破壞，一般使用壽命在50年左右。

5．典型工程效益分析

香營鄉3000畝蔬菜基地自壓管道節水灌溉工程，以白河堡水庫北干渠為水源地，設首部沉淀過濾池和調節池各一座，配套φ315管2410米，φ200管4000米，φ160管650米，φ110管35700米，出水口640套。自壓管道節水灌溉系統完成后，項目區的面貌發生了根本性變化，灌溉條件得到明顯改善。經濟效益、社會效益、生態環境效益有了顯著變化，在全縣的節水灌溉建設和管理上起到了真正的示范樣板作用，對延慶縣農業產業機制改革和農業種植結構調整具有深遠意義。

5．1經濟效益分析

通過節水灌溉工程的建設，改善了當地的農業生產條件，結合農業種植結構調整和名、特、優、新品種的發展，必將會提高農產品的產量和質量，增加當地農民收入。

1增產效益

農田實行節水灌溉后，由于減少了渠道和田埂占地，可增加作物有效種植面積，并能適時灌水，提高灌水質量，提高作物產量和品質。每畝按2000K量，單價按1.2元/Kg計，每畝年增加收入1250元，每年可增加收入375萬元。

2節水效益

與土渠灌溉相比，自壓管道灌溉每畝每年可節水100m3；項目區年節水總量為30萬m3。每方水按0.12元計，可節約水費開支3.6萬元。節水轉移效益按每方水0.08元計，每年可增加效益2.4萬元。

3省工效益

管灌每畝每年可節省人工3工日，項目區每年節省人工9000工日，節省人工支出18萬元。

4節地效益

據測算，管灌可增加有效種植面積5%左右，項目區可增加有效種植面積150畝。

實踐證明，自壓管道灌溉系統節水效果明顯，減少了水資源的浪費，緩解了當地的水資源供需矛盾，提高了當地的灌溉水平和農業抗御干旱災害的能力，促進了農業產業制度改革和農業種植結構調整。運用自壓管道灌溉系統后，每年節約用水30萬m3，節約的水為社會經濟的其他發展提供了良好的基礎。同時，項目區內外部環境和整體面貌也將發生根本性變化，不僅豐富了城鄉居民的“菜籃子”，還綠化美化了環境，改變了當地農民的生產意識。使農民認識到節水改造的好處，深深體會到水利是農業的命脈，只有水利設施的發展，才能改變農業的面貌，才能富裕農民。

5．2生態環境效益分析

項目區應用自壓管道灌溉系統以后，使得當地種植結構得到了調整，水土流失得到有效控制，土地成方連片，糧果豐收，綠樹成行，水資源供需矛盾得到緩解，環境優美。同時，水土資源的利用更趨于合理，并可以把當地的種植、養殖、加工和旅游有機地結合起來，以開發促旅游，旅游促發展的生態農業雛形基本形成，項目示范區當地的生產生活環境面貌煥然一新。采用節水措施，減少農業用水量，相應減少了對地下水的開采量，對涵養補充地下水起到一定作用，節約的地表水，可增加對官廳水庫的補水，對恢復官廳水庫飲用水源功能有著重大意義。

6．結束語

篇3

關鍵詞：園林 灌溉系統 設計 施工

1、研究背景

園林灌溉不僅要滿足各植物需水的標準,又要為園林增添水景景觀,因此做好園林灌溉設備方面的工作具有尤為重要的作用[1]。

2、灌溉技術發展史

隨著世界人口的不斷增長和能源、水資源危機的逐步加劇,園林灌溉系統正趨向更加環保化、能耗節省化、控制智能化、行業開放化、噴灑低壓、利用綜合化、用途多向化等技術快速開發[2]。

2.1灌溉方式的多樣化

植物供水作為園林灌溉系統的主要對象,基于植物的各異性,必須有針對性的對不同植物的需水規律和需水量提供“精準”灌溉。隨著園林灌溉系統的進一步創新研發,對于噴灌、滴灌等灌溉方法的界限將逐一被突破。其中,在噴灌區域中有多種不同的微灌方式,主要包括滴灌、微噴灌、滴箭、涌泉灌、樹木根部灌溉等。然后,針對園林綠地植物的多元化需求,同一個灌溉系統將采納不同的灌溉方法。不同植物的根系層深度各有差別,吸水范圍也不盡相同,可以結合地上灌、地面灌、淺層灌、深層灌,統一調配降水、灌溉水和地下水,形成綜合一體化的植物灌溉水分管理系統。

2.2灌溉產品的多樣化

在園林灌溉產品方面,具有世界知名品牌的園林制造商已制定了完善的系統。我國的園林灌溉設備產品與世界的同類相比,距離還相差很大。其主要表現在產品類型單調,配件不全,質量控制體系和質量檢測手段相對來說不成熟。當前國產的控制器和電磁閥可靠性不高,在小型電子控制器研發方面,還留有空白。

3、灌溉系統設計與施工

3.1灌溉系統設計

近年來，在借鑒國外經驗的基礎上，更多的新技術、新材料開始運用于市政園林灌溉系統之中，灌溉方式也從簡單噴灌向著噴灌、滴灌、微灌、涌泉灌等多種灌溉相結合的系統性灌溉過渡，并開始將準確把握植物需水規律的“精確”灌溉作為設計目標。設計中應首先考慮灌溉地域的土壤、地形、氣候、植物群落等基本情況，并注意設備的隱蔽性以保證景觀效果的美化。可通過自動控制系統提高灌溉的精確程度，達到提高效率和經濟實用的雙重效果。

灌溉系統由水源、首部樞紐、管網以及噴頭等部分組成。首先應保證水源的水量及水質，在市政園林灌溉中通常選擇城市供水系統；首部樞紐一般包括動力設備、水泵、水表、壓力表，以及控制設備等，用于取水、加壓、水質處理和系統控制。在設計中應根據水源條件、灌溉產品類型及灌溉對象適當增減設備。管網包括不同管徑的干管、支管、毛管等，作為壓力水的運輸通道，通常以防銹蝕的UPVC管、PE管等作為首選。噴頭是使灌溉水均勻噴灑在綠化區域的設施，可根據不同情況選擇不同射程的噴灌、滴灌或微灌產品。

在灌溉方式上，應以整體噴灌與局部滴灌或微灌的方式相結合，并根據設計需要選擇全自動或半自動控制系統，其中全自動系統可通過預先編制好的控制程序和根據反映植物需水的某些參量（土壤氣候條件、植物群落條件等）自動開閉水泵并按一定的輪灌順序進行灌溉，可極大地降低人工成本和資源浪費。

3.2灌溉系統施工

牽連到有關建筑物的施工更改,應嚴格符合現行規范的要求。

(1)在施工開始之前,需要確定好相應的水源位置,測量并記錄靜態水壓。

(2)清晰把握整體布局設計規劃,并了解當地的凍土層厚度,明確水管線的埋深度。

(3)根據不同型號噴頭的工作壓力、出水量,做好選擇合適的噴頭型號工作。

(4)放線,定點。根據不同噴頭直徑所噴灑的距離,確定兩個噴頭之間的間距,同時還需要考慮當時給水的壓力、當地的氣候條件等。點噴頭之前,其控制點,邊角點必須先點上,并統計管材管件數量。一般的布置方式選用正三角形布置,而對于正方形布置,應注意的一個限制因素就是最大間距對角線的限制。

(5)開挖噴灌溝。開挖之前,要分開放置表層土與下面的陰土或者建筑垃圾,管溝找準坡度,其下面不能有尖銳的東西阻截, 要保證平與直。

(6)連接管材。先用大號砂紙打磨接口,再用干凈的抹布擦拭干凈,在接口處用水膠均勻涂抹,接著迅速插入并用力轉一圈,停一分鐘以防接口接觸不全面。

(7)測試壓力,回鋪管溝。先在管材上面回鋪一層好土,然后把原先挖出的土回填,清理好當地的建筑垃圾。

4、節水灌溉系統的建設

隨著世界性能源問題的出現，市政園林除了其發揮其美化城市生活、調節生態環境等作用外，其節能性也逐漸受到人們的關注。節約型生態園林概念的提出，對灌溉系統提出了更高的要求，促進灌溉系統不斷向低成本、低能耗、多樣化、自動化的節水、節能、節勞的方向發展。

首先，應以不同植物的灌溉特點優選灌溉方式及灌溉器具。低矮易蒸發的草地宜采取射程較遠的噴灌以降低水的霧化程度和空氣中的漂移損失；自然型灌木宜采用滴灌方式，將滴頭設置在植物的根部附近減少水的損失；大型喬木可用根部灌水器和涌泉噴頭將水分直接送入其根系，解決表層壓實土透水性、透氣性差的問題。而時令花卉與修剪型灌木則應分析具體情況，以滴灌、微灌或人工澆灌相結合的方式操作。其次，管材和配件的選擇直接關系到節水的效果。管材的人為損壞、老化、凍裂等情況，都可能破壞其密閉性，產生漏水現象，故應選擇質量較好，柔韌度較高的UPVC或PE材料。而將某一區域的入口水壓保持在同一最佳范圍內，可產生更為均勻的灌溉效果，因此可在入口管道處設置水壓調節器，使灌溉器在最適壓力下工作。此外，灌溉系統后期的維護和對自動化程序的不斷修正也將起到良好的作用。總之，市政工作者應合理設計和運用灌溉技術，根據不同的園林環境設置不同的灌溉模式，為城市節約型生態園林的建設貢獻力量。

5、結語

園林灌溉系統的設計與施工是否科學合理,直接關系到園林的綠地植物是否健康成長及其水資源是否科學合理利用。針對這種情況,我國必須在借鑒國外先進的灌溉技術的前提下,加大技術研發資金投入,科學創新,與時俱進,實現資源的綜合可持續利用,創造更多的園林企業的經濟價值。

參考文獻：

篇4

摘 要：傳統農業灌溉系統中，運用有線網絡實現智能化灌溉，不僅成本較為高昂，整體布設過程也很復雜，需要花費大量的人力物力。正是基于這種情況，相關技術人員研發了ZigBee智能農業灌溉系統，主要利用的是網絡節點、超聲波水位傳感器以及土壤水分傳感器等，整體系統能有效實現信息反饋和數據收集，十分便利。本文從ZigBee智能農業灌溉系統的總體結構分析入手，對硬件實施方案以及軟件實施方案進行了集中的闡釋，旨在為技術研究人員提供有價值的技術建議，以供參考。

關鍵詞：ZigBee；智能農業灌溉系統；硬件；軟件

中圖分類號：S275 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230059

1 基于ZigBee的智能農業灌溉系統總體結構

ZigBee智能農業灌溉系統的參數包括用戶終端系統、主控制器、ZigBee內部協調節點以及監控系統等，利用節點參數實現網絡組網，并借助控制命令優化系統的運行流程。另外，在ZigBee智能農業灌溉系統運行過程中，當終端節點檢測到農田水位超標后，就會產生自動斷電制動，系統能利用其自身系統控制參數對電磁閥進行控制，從而有效地停止灌溉操作。而針對檢測水位在閾值范圍以下時，需要利用系統自動化控制功能開啟電磁閥，確保振動控制灌溉項目。技術人員要利用模塊對開啟灌溉和停止灌溉進行集中管理，針對狀態信息以及終端節點建立有效的控制框架[1]。

2 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的硬件實施方案

ZigBee智能農業灌溉系統主控制結構主要包括微處理芯片、USB和SPI等，結合圖像傳感器和MCI，能優化實現系統的高效管理目標，并且可以利用JAVA進行編程操作，將信息緩存后直接輸入到存儲指令和數據控制模塊中。

2.1 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的終端節點設計

ZigBee技術在實際應用過程中，能有效實現低能耗和低成本，同時保證整體運行結構安全可靠，正是基于其自組網能力，能在定義標準結構中實現數據鏈層級和物理層級的優化連接，保證工作參數運行環境維系在2.4G赫茲、868赫茲以及915赫茲3個頻段結構中，并保證拓撲結構運行的完整度。

2.2 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的控制模塊電路設計

要想實現整體ZigBee智能農業灌溉系統的優化目標，就要保證系統在TC35i模塊能有效維護主控制器和用戶之間的數據交流，保證傳遞結構的安全可靠。系統運行過程中，技術人員要保證基帶處理器和天線接口之間有效連接，并且充分滿足供電電路的時序性，符合接口需求，利用40幀電纜線對主控制器和系統結構進行集中管控。在電源接線引腳數據處理時，技術人員要保證短信息收發和軟件流的系統化控制，確保工作狀態引腳也能得到有效傳遞[2]。

2.3 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的網絡控制模塊設計

ZigBee智能農業灌溉系統之所以能實現自動化管控，主要是基于網絡連接和智能模塊技術，借助節點實現系統管控，確保能隨時隨地提高灌溉系統的訪問實效性。除此之外，在系統內還要借助主控制器嵌入以太網，從而有效支持控制層協議，利用物理結構芯片提升處理水平。

3 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的軟件實施方案

3.1 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的主程序設計

在軟件系統中，借助自動組網層級能實現ZigBee智能農業灌溉系統的優化運行，技術人員要對農田水位的上限和下限進行集中管理，保證水位、土壤以及電磁閥實現自動灌溉。另外，在系統中能借助路由節點和協調節點進行控制器管理，保證信息用戶終端對數據建立集中采集機制，能在提升系統容錯能力的同時，保證控制組網的可靠性。

3.2 基于ZigBee的智能農業灌溉系統的控制模塊應用程序設計

在ZigBee智能農業灌溉系統運行過程中，要滿足實時性需求，對短信息標志位進行集中關注，從而保證檢測程序發揮實效性。

3.3 基于ZigBee的智能r業灌溉系統的嵌入式網絡搜索設計

嵌入式網絡搜索設計結構被應用于ZigBee智能農業灌溉系統，能在提升系統聯網有效性的同時，優化異地管控終端結構，確保控制命令在發送后實現灌溉操作。特別要注意的是，在系統嵌入結構中，技術人員要遵循HTTP通信協議，保證結構的有效性和完整度[3]。

4 結束語

總而言之，ZigBee智能農業灌溉系統的推廣，實現了自動化農業管理項目的有效運行，不僅能運行遠程監控和系統管理，也能進一步升級參數解析能力，一定程度上推動了農業項目的可持續發展。

參考文獻

[1]滕志軍，何建強，李國強，等.基于ZigBee的智能農業管理系統設計[J].湖北農業科學，2013，52（3）：681-684.

篇5

【關鍵詞】風景園林；灌溉系統；設計；施工

1 市政園林灌溉系統的設計

近年來，在借鑒國外經驗的基礎上，更多的新技術、新材料開始運用于市政園林灌溉系統之中，灌溉方式也從簡單單一的噴灌向著噴灌、滴灌、微灌、涌泉灌等多種灌溉相結合的系統性灌溉過渡，并開始將準確把握植物需水規律的“精確”灌溉作為設計目標。設計中應首先考慮灌溉地域的土壤、地形、氣候、植物群落等基本情況，并注意設備的隱蔽性以保證景觀效果的美化，可通過自動控制系統提高灌溉的精確程度，達到提高效率和經濟實用的雙重效果。

灌溉系統由水源、首部樞紐、管網以及噴頭等部分組成。首先應保證水源的水量及水質，在市政園林灌溉中通常選擇城市供水系統；首部樞紐一般包括動力設備、水泵、水表、壓力表，以及控制設備等，用于取水、加壓、水質處理和系統控制，在設計中應根據水源條件、灌溉產品類型及灌溉對象適當增減設備；管網包括不同管徑的干管、支管、毛管等，作為壓力水的運輸通道，通常以防銹蝕的UPVC管、PE管等作為首選；噴頭是使灌溉水均勻噴灑在綠化區域的設施，可根據不同情況選擇不同射程的噴灌、滴灌或微灌產品。

在灌溉方式上，應以整體噴灌與局部滴灌或微灌的方式相結合，并根據設計需要選擇全自動或半自動控制系統。其中全自動系統可通過預先編制好的控制程序和根據反映植物需水的某些參量（土壤氣候條件、植物群落條件等）自動開閉水泵并按一定的輪灌順序進行灌溉，可極大地降低人工成本和資源浪費。

2 灌溉系統施工中應注意的幾點問題

施工前，應先確定水源的靜態水壓。通過描繪精確的施工圖把握住系統的整體布局，并根據地區凍土層厚度確定挖埋管線的深度。根據具體的氣候條件及水壓情況確定噴頭之間的距離，間距通常在噴頭直徑的60%左右，射程應互相壓蓋25%～30%，實際操作可以單獨將小塊綠地分開布置，布置方式可選正三角形或正方形，并從中間進行施工。一般的埋地式噴頭應低于地面以下5mm，此外還應注意噴頭射程與馬路和建筑物間的距離。開挖噴灌溝時要找好坡度，并盡量保證其平直，溝下不應有尖銳的東西。連接管材時，應將接口處打磨平滑并擦拭干凈，涂上膠水的接口要立即連接，并在插入后用力旋轉一周，停留1min以保證接口的完全接觸。

施工中要重視灌溉系統與其他市政設施的整體協調，如管網的鋪埋與其他地下隱蔽工程的配合、處理好各工程間的關系、促進統一的規劃和實施。施工完成后，還應進行水壓試驗，確保系統的正常運作。

3 節水灌溉系統的建設

隨著世界性能源問題的出現，市政園林除了其發揮其美化城市生活、調節生態環境等作用外，其節能性也逐漸受到人們的關注。節約型生態園林概念的提出，對灌溉系統提出了更高的要求，促進灌溉系統不斷向低成本、低能耗、多樣化、自動化的節水、節能、節勞的方向發展。

首先，應以不同植物的灌溉特點優選灌溉方式及灌溉器具。低矮易蒸發的草地宜采取射程較遠的噴灌以降低水的霧化程度和空氣中的漂移損失；自然型灌木宜采用滴灌方式，將滴頭設置在植物的根部附近減少水的損失；大型喬木可用根部灌水器和涌泉噴頭將水分直接送入其根系，解決表層壓實土透水性、透氣性差的問題；而時令花卉與修剪型灌木則應分析具體情況，以滴灌、微灌或人工澆灌相結合的方式操作。

其次，管材和配件的選擇直接關系到節水的效果。管材的人為損壞、老化、凍裂等情況，都可能破壞其密閉性，產生漏水現象，故應選擇質量較好，柔韌度較高的UPVC或PE材料。將某一區域的入口水壓保持在同一最佳范圍內，可產生更為均勻的灌溉效果，因此可在入口管道處設置水壓調節器，使灌溉器在最適壓力下工作。此外，灌溉系統后期的維護和對自動化程序的不斷修正也將起到良好的作用。總之，市政工作者應合理設計和運用灌溉技術，根據不同的園林環境設置不同的灌溉模式，為城市節約型生態園林的建設貢獻力量。

參考文獻

[1]李婷.怎樣評價你的園林灌溉系統[J].農機科技推廣，2005（02）

[2]王超英.市政園林灌溉系統施工與設計[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009（12）

[3]關濤.園林灌溉系統施工技術探討[J].經營管理者，2012（17）

篇6

【關鍵詞】C8051F340；can；物聯網；cp2200

物聯網就是“物物相連的互聯網”，通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。我國是農業大國，人口眾多，對糧食蔬菜等農作物需求巨大，隨著農村大量勞動力流向城市，農村勞動力長遠看會出現短缺，而我國農業灌溉中大多還是采用傳統的灌溉方式，不僅耗人力而且水資源也是浪費，傳統的灌溉還有不及時，效率低，灌溉量不精確等問題。本文提出了智能大棚灌溉系統的設計，研究了通過傳感器檢測來判定是否灌溉，灌溉是否完成，充分考慮關照，溫濕度等對需求量的影響，并考慮到不同季節不同作物需水量的不同，通過水位監測判定是否灌溉完成，通過vc界面選擇不同季節，不同作物，通過傳感器檢測到的環境參數與上位機數據庫中的標準參數比較，判定是否要進行灌溉，灌溉量是多少，由上位機傳達命令到下位機控制執行機構工作，進行澆水灌溉，達到最佳的灌溉效果。

1.總體設計

1.1 總體框圖

如圖1所示，由C8051F340構成網絡節點，傳感器采集的信息輸入到這些從機，從機通過can總線傳遞給主機C8051F340，主控機匯總消息，傳輸到網絡然后傳到上位機電腦，采集的數據信息與上位機中數據庫內的標準參數比較，分析，優化，最后上位機發出控制命令控制下位機工作。

1.2 下位機框圖

下位機（如圖2）由C8051F340單片機和采集裝置、執行機構組成。其中C8051F340單片機是核心，起控制作用；采集裝置由一些傳感器構成。灌溉時要考慮光照，空氣溫濕度故檢測裝置有光照傳感器和溫濕度傳感器，灌溉是否完成需要水位監測；執行機構有通風裝置，灌溉裝置和加溫裝置，在灌溉時需要通風，而冬天東風溫室大棚內溫度會低，故要進行加熱升溫，當需要灌溉時，單片機從機接收指令，控制執行機構動作，實現灌溉。

2.硬件設計

C8051F340是美國Silabs公司生產的與標準8051兼容的高速單片機，它具有速度高，功耗低，有豐富的設備，片內還集成了數據采集和控制所常用的模擬部件、其他數字外設和功能部件，是完全集成的混合信號系統及芯片。

2.1 傳感器與單片機的連接

如圖3，溫濕度傳感器選用SHT11，這是瑞士Sensirion公司生產的具有二線串行接口的單片全校準數字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度等，分辨率高。光傳感器選用TSC2561，它是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程的光強度數字轉換芯片，可直接通過I2C總線協議，由MCU訪問。

SHT11的供電電壓范圍為2.4-5.5V，建議供電電壓為3.3V。在電源引腳（VDD，GND）之間須加一個100nF的電容，用以去耦濾波。

2.2 Can總線

CAN屬于現場總線，能有效的支持分布式實時控制，主機向從機1命令時，其他從機可接受命令，但不需要作出反應，只有從機1接受命令并作出反應，在CAN總線通信中，控制器采用PHILIPS公司的SJA1000和收發器選用82C250芯片。為了增強抗干擾能力，選用了高速光電耦合器6N137。單片機對SJA1000進行初始化，通過控制SJA1000實現數據的接收和發送等通信任務。采用雙絞線進行連接。SJA1000的AD0-AD7連接到單片機的8個I/O接口，對應的引腳相連，單片機可對SJA1000執行讀寫操作，可通過中斷方式訪問SJA1000，如圖4。

2.3 以太網控制器與單片機連接

如圖5，CP2200是集成了IEEE 802.3以太網媒體訪問控制器（MAC）、10Base-T物理層（PHY）和8KB非易失性FLASH存儲器的單芯片以太網控制器；可以為具有11個以上端口I/O引腳的任何微控制器或主處理器增加以太網通信功能；8位并行總線接口支持Intel和Motorola總線方式，可以使用復用或非復用方式尋址；是目前體積最小的單芯片以太網控制器。

將地址總線端口A0～A7接F340的管腳P2.0～P2.7，數據總線端口D0～D7接P4.0～P4.7，F340通過這兩條總線對CP2200進行尋址和數據收發。INT和CS和分別接F340的管腳P3.6和P3.7；單片機通過管腳P3.6控制CP2200，CP2200通過P3.7向單片機發出中斷申請。

2.4 執行機構

電動機作為執行機構，負責通風，灌溉，加熱，執行機構均由繼電器間接控制。所用電機為步進電機，方便控制器控制速度，電磁閥采用220V交流的，型號：2W-160-15，型式：常閉式（即：通電打開，斷電關閉；）。

2.5 注意事項

（1）電磁閥遠離控制器，需通過繼電器間接控制，另外要加入電阻電容緩沖，防止影響控制其正常工作。

（2）電源采用開關電源，接通220交流電，輸出12V6A直流電，電流電壓都要注意，電流過小會造成開關冒火花但電動機不工作。

（3）C8051F340與繼電器之間加反相器，控制電動機，防止啟動時燒壞電源。

3.系統軟件設計

3.1 上位機設計

界面采用vc編程，參數放置采用數據庫，不同季節灌溉量不同，不同季節具體灌溉量在數據庫中設置好，比如夏季要增加灌溉量，冬季要減少灌溉量，在界面中可用鼠標點擊按鈕選擇季節。同樣不同的作物也是。光照不同，空氣溫濕度不同，灌溉量也不同，具體的標準參數設置在數據庫中，檢測到的信息與標準參數進行比較。

主機通過無線傳輸接受從機發來的信息，然后通過無線傳輸裝置發送到上位機PC，上位機專家系統中有不同作物（西紅柿、茄子、辣椒、西瓜等）的標準參數（不同的作物在不同的季節所需要的光照，溫度，水分不同，白天晚上溫差大時所需要的光照也不同），標準參數與采集的信息比較后發出命令，主機接收上位機的指令，傳給從機節點。

上位機控制下位機關鍵是協議，協議要一致，比如在上位機中設置ComPort.Settings="4800，n，8，1"那么下位機程序中要對應，可以這樣寫程序：

EA=1；ES=1； TMOD=0x20； SCON= 0x50；

TH1=0xF3；//定時器初值高8位設置//12MHZ晶振，波特率為4800

TL1=0xF3；PCON=0x80；TR1=1；

3.2 CAN通信軟件設計

（1）SJA1000的初始化子程序：初始化包括工作方式的設置、接受濾波方式的設置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設置、波特率參數設置等。

（2）發送子程序：發送時將等待發送的數據按特定格式組合幀報文，送入SJA1000發送緩存區，啟動SJA1000發送即可。

（3）接收子程序：處理接收報文的過程中，同時要對諸如總線關閉、錯誤報警、接收溢出等情況進行處理。

4.結束語

本文提出了基于物聯網的專家系統，利用C8051F340單片機與can總線以及以太網控制器進行設計，利用傳感器檢測環境參數，通過與標準參數比較做出判斷，溫濕度不同，光照不同時，電腦自動設置不同的灌溉量，有利于精確灌溉，節約用水，有利于植物的生長，節約了人力資源。

參考文獻

[1]戴春霞，趙德安.基于ARM9內核的智能灌溉控制系統的設計[J].安徽農業科學，2010，38（15）：8208-8210.

[2]張麗紅，孫磊，倫翠芬，王慶祝.基于CAN總線的連棟溫室節水灌溉控制系統[J].農機化研究，2011，6（6）：168-170.

[3]馮顯英，葛榮雨.基于數字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度測控系統[J].自動化儀表儀表，2006，27（1）：59-61.

[4]陳姣姣.基于C8051 F340嵌入式以太網控制器的設計[J].科技資訊，2011，25：21.

[5]祝曉東.基于CAN總線的溫室控制系統智能節點的設計[J].農機化研究，2007，5（5）：118-120.

[6]程月華，毛罕平，李萍萍.設施農業灌溉量控制模型和營養液供給自動控制系統[J].計算機工程，2003，7（11）：137-139.

[7]任文濤，楊懿，張本華，崔紅光，黃毅，張玉龍.溫室節點式滲灌自動控制系統設計與實現[J].農業工程學報，2009，8（8）.

篇7

關鍵詞 無線傳感器網絡；精量灌溉；作物水分狀況；路由協議；傳感器節點

中圖分類號 S275.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2012）24-0216-02

水是人類及一切生物賴以生存、必不可少的重要物質，是工農業生產、經濟發展和環境改善不可替代的極為寶貴的自然資源。雖然我國水資源總量很大，但由于人口眾多，每年的用水量也非常多，目前我國人均水資源占有量約為世界人均占有量的1/4，排名百位之后，被列為世界人均水資源貧乏的國家之一。另外，我國南北自然環境差異大，北方的幾個省區更屬少水地區。近年來，城市人口劇增，生態環境惡化，工農業用水技術落后，浪費嚴重，水源污染，使原本貧乏的水資源更加緊缺，缺水已成為制約我國農業發展最主要的因素。因此，在農作物、果樹等的生產和種植中，實施節水灌溉勢在必行，而推行精量灌溉又是重中之重。

隨著水資源的日益緊缺，世界各國水資源供求矛盾越來越突出。解決這個矛盾的根本出路是大力發展和推廣精量灌溉，根據作物需水信息適時、適量地進行科學灌溉，達到節水增產的目的[1]。農業作為我國的經濟支柱產業，其對用水量的需求不言而喻，長期以來限于思想觀念、資金支持、技術設備等方面的原因，對作物的灌溉一直沿用傳統落后的大水漫灌。隨著水資源日益短缺與農業需水量逐年增加兩者之間矛盾的不斷加劇，精量灌溉這種現代節水灌溉模式正逐漸取代傳統的大水漫灌模式。

1 無線傳感器網絡在精量灌溉中的應用

1.1 精量灌溉的意義

農業節水是以高效用水為核心，其中對作物實施精量灌溉一直是節水灌溉的研究重點，即解決何時灌和灌多少的問題[2]。精量灌溉指通過微噴、滴灌等方式，根據農作物水分生理特性和需水規律，以及作物生長與土壤水分、土壤養分、空氣濕度、大氣溫度等環境因素的關系，把握合適的時機，掌控適當的速度，實施精準的水量控制，從而擺脫土壤、氣候、水源和灌溉設施等條件的約束，使農田水勢保持在適宜作物生長的最佳狀態，并實現節水灌溉的目的。

精量灌溉技術，不僅可以最大程度地利用有限的水資源緩解淡水短缺、地下水開采過度的嚴峻局面，同時能夠通過與精確施肥的有效結合，改善農作物、果樹等的土壤環境和生長條件，從而提高作物、果實的產量和品質，帶來很好的經濟效益和社會效益。精量灌溉不僅是保證作物生育需水、獲得優質高產的重要手段，也是提高肥效和藥效、減少環境污染的重要措施[3]。精量灌溉能夠極大限度地提高水資源的利用率，減少肥料的浪費，避免雜草滋生，改善土壤條件，降低對水資源需求的壓力，使農業生產、生活真正做到低投入、高收益。精量灌溉以科學配水、科學用水、科學節水為核心，可以大大提高水的利用率，實現農業增產增收，是解決我國農業用水緊張的有效途徑。

1.2 無線傳感器網絡簡介

無線傳感器網絡（wireless　sensor　network，WSN），是由監測區域內隨機分布的大量種類繁多的微型傳感器組成，它們通過無線通信方式迅速自行組網，對網絡覆蓋區域中被感知對象的動態信息進行采集、計算和處理。無線傳感器網絡已經被視為繼互聯網之后的第二大廣泛存在的網絡，其作為信息獲取的重要和常用的新技術之一，發展迅速，逐漸深入到人們的生產、生活的各個領域，包括農業中的精量灌溉領域。

1.3 無線傳感器網絡應用于精量灌溉的優勢

無線傳感器網絡已經被廣泛地應用于各個領域，其在農業領域，特別是農業精量灌溉領域的應用前景十分廣闊。實現精量灌溉需準確獲取作物需水信息，并根據需水信息制訂灌溉控制方案[4]。無線傳感器網絡具有網絡結構靈活、覆蓋面積大、數據傳輸距離遠、兼容性好、感知精度高、應用成本低的特點，非常適合于農業節水灌溉系統的實現。將無線傳感器網絡技術應用于農業精量灌溉，符合農作物生長和果樹種植的特點和發展方向，同時能夠緩解我國農業生產中用水緊缺的問題，有效解決了農業生產中水資源消耗和浪費的問題。隨著無線傳感器網絡的持續深入研究，利用無線傳感器網絡，實施農業精量灌溉呈現出越來越廣闊的發展前景。

在傳統農業中，人們需要消耗大量的人力物力，來獲取大田中農作物的信息，這種方式既耗費時間精力，獲取的信息又很有限。無線傳感器網絡可以針對大田灌溉中數據采集量大的特點，比較方便地實現大量數據的遠距離傳輸。實施精量灌溉必須具備3個條件：一是掌握詳細的作物需水資料；二是運用先進的信息化技術；三是提供兩者相銜接的大量技術指標，并將這些指標轉化為遙感標識和模型。可見，作物水分狀況監測是精量灌溉的基礎與保障[5]。通過無線傳感器網絡，可以實時監測農田中的土壤和作物水分狀況，確定缺少水分的區域，從而實現精量灌溉。近年來，國內外許多學者對作物水分狀況實時監測與診斷技術進行了大量研究，取得了一些成果，其中比較典型的成果有：利用土壤水分診斷作物水分狀況、基于冠層溫度信息診斷作物水分狀況、利用莖直徑變差診斷作物水分狀況、利用植株蒸騰速率診斷作物水分狀況、利用聲發射信號診斷作物水分狀況等[6]。無線傳感器網絡可用來采集和監測土壤水分、冠層溫度信息、莖直徑變差、植株蒸騰速率、聲發射信號等，這些都為更好地診斷作物水分狀況，同時結合農業灌溉設備和技術定時、定量地進行精量灌溉提供了必要條件。

無線傳感器網絡（WSN）不但可以實現實時監測、感知和采集網絡分布區域內監測對象信息，并對這些信息進行處理，而且可實時將信息通過無線的方式發送給用戶。將其應用于精確農業可有效解決農田信息的獲取問題[7]。在實際的農田灌溉過程中，可比較容易地采集土壤濕度等信息，再對農田作物缺水環境進行診斷，并將結果和解決方案反饋給農民。

2 基于無線傳感器網絡的精量灌溉系統設計

由于可以對特定的區域進行大面積監控，單個節點成本低，使得傳感器網絡非常適合于農業領域的信息采集工作[8]。利用無線傳感網絡實施農業精量灌溉，要求控制精度和智能化程度高，可靠性好。灌溉過程應采取自動控制模式，這樣可基本消除在灌溉過程中人為因素造成的不利影響，提高灌溉的準確性。

2.1 系統結構

為了將農田土壤和作物水分數據實時、準確、穩定的傳輸，無線傳感器網絡必須建立一個穩定、合理的體系結構，保證數據準確傳輸。一個完整的基于無線傳感器網絡的精量灌溉系統的基本結構如圖1所示。在這套結構中，利用無線傳感器節點網絡的各種傳感器實時監測農作物生長的土壤墑情和外部環境，傳感器負責采集田間土壤墑情信息，作物生長的環境參數（土壤水分、空氣濕度和溫度）通過傳感器采得信號，經處理后通過無線傳感器網絡將數據傳輸給基站，基站負責將采集的數據收集和匯總起來，再發送給灌溉專家系統，灌溉專家系統的中央處理服務器根據接收到的土壤墑情信息數據，結合當時的天氣情況和后臺灌溉知識庫，決定相應的灌溉措施和灌溉決策，并形成灌溉控制指令，再通過基站發送給灌溉控制執行機構，從而實現大面積、農業信息采集自動化、灌溉精準化的精量灌溉。無線傳感器網絡在其中實現了土壤墑情的采集和傳輸，以及灌溉控制指令的傳輸。

2.2 路由協議

隨著國內外WSN的研究發展，許多路由協議被提了出來，從網絡拓撲結構的角度可以大體把它們分為2類：平面路由協議和分簇路由協議[9]。比較具有代表性的有泛洪協議（FLOODING）、定向擴散協議（DD）、低能量自適應聚簇分層協議（LEACH）。

2.2.1 FLOODING協議。泛洪協議是最早也是最經典的以數據為中心的網絡路由協議。該協議具有嚴重缺陷：內爆（節點幾乎同時從鄰節點收到多份相同數據）、交疊（節點先后收到監控同一區域的多個節點發送的幾乎相同的數據）、資源利用盲目（節點不考慮自身資源限制，在任何情況下都轉發數據）[10]。因此，泛洪協議不適合應用于無線傳感器網絡。

2.2.2 DD協議。定向擴散（directed　diffusion）是一種基于查詢的路由協議。定向擴散路由協議只適合用于少量節點，否則延時會很大。

2.2.3 LEACH協議。低能量自適應聚簇分層LEACH協議的實現具體分2個過程，即網絡分群階段和數據傳輸階段。LEACH協議具有放置方式敏感、低擴展性的應用特點。

2.2.4 協議的選擇。為了滿足精量灌溉的需求，在選擇無線傳感器網絡路由協議時，應綜合考慮網絡結構、傳感器節點部署、數據可靠傳輸、復雜度及低功耗等各種因素。由于無線傳感器網絡具有與應用高度相關的特點，因而其路由協議同樣具有多樣性的特點，很難說哪個協議更為優越。由于傳感器網絡中路由協議具有應用相關性，所以還沒有出現一個普遍適用的無線傳感網絡路由協議[11]。需要在農作物實際生產或種植過程中，根據地形地貌和作物面積、位置分布來進行合理選擇和優化。

2.3 成本控制

將無線傳感器網絡大規模應用于農業精量灌溉領域，由于在大面積的灌溉區域下，有大量的土壤墑情和農作物水分信息需要采集，所以相應的需要大量的傳感器節點。傳感器節點是無線傳感器網絡的基本功能單元，應具備低功耗、低成本、無線組網等基本屬性[12]。目前，很多技術先進的傳感器如土壤溫濕度傳感器、空氣溫濕度傳感器等還主要依賴于進口，其價格并不低廉。因此，傳感器網絡的傳感器節點要根據實際情況和要達到的實際目標進行布置，適量地控制傳感器的數目，充分利用無線傳感器網絡組網設計靈活的特點，控制成本。成本的高低是衡量無線傳感器網絡節點能否在農業灌溉系統中成功實施的重要指標，只有成本低才能大量部署在大面積的灌溉區域中，體現出無線傳感器網絡在農業精量灌溉中的各種優點。

3 結語

現代化農業需要高效、精確的農業灌溉系統，而將無線傳感器網絡技術運用到農業精量灌溉中，能提供可靠的土壤濕度和作物水分狀況依據，從而降低灌溉成本，提高水資源利用率，促進農業灌溉向精量灌溉方向發展，大大提高了農業灌溉領域的網絡化、數字化和智能化水平。

4 參考文獻

[1]　高峰，俞立，張文安，等.基于作物水分脅迫聲發射技術的無線傳感器網絡精量灌溉系統的初步研究[J].農業工程學報，2008，24（1）：60-63.

[2]　張兵，張建生，黃文生，等.基于作物生理電特性和土壤濕度的灌溉模糊決策系統研究[J].江蘇農業科學，2009（6）：440-441.

[3]　蔡甲冰，劉鈺，雷廷武，等.精量灌溉決策定量指標研究現狀與進展[J].水科學進展，2004，15（4）：531-537.

[4]　韓安太，何勇，陳志強，等.基于無線傳感器網絡的茶園分布式灌溉控制系統[J].農業機械學報，2011，42（9）：173-180.

[5]　高峰，俞立，張文安，等.基于莖直徑變化的無線傳感器網絡作物精量灌溉系統[J].農業工程學報，2008，24（11）：7-12.

[6]　高峰，俞立，張文安，等.基于無線傳感器網絡的作物水分狀況監測系統研究與設計[J].農業工程學報，2009，25（2）：107-112.

[7]　馮友兵，張榮標，沈敏.面向精確灌溉的無線傳感器網絡構建[J].農業機械學報，2009，40（1）：56-59.

[8]　徐剛，陳立平，張瑞瑞.精準灌溉系統無線傳感器網絡休眠技術研究[J].農業機械學報，2009，40（z1）：232-236.

[9]　沈波，張世永，鐘亦平.無線傳感器網絡分簇路由協議[J].軟件學報，2006，17（7）：1588-1600.

[10]　唐勇，周明天，張欣.無線傳感器網絡路由協議研究進展[J].軟件學報，2006，17（3）：410-421.

篇8

1．1硬件設計

1．1．1電源模塊

電源模塊由開關電源和LM317芯片組成。開關電源可以分別輸出+5V和+24V的直流電壓。+5V直流電壓可以驅動繼電器并且為LM317提供工作電壓。LM317芯片是三端可調穩壓器集成電路芯片，電壓輸出范圍1．2～37V，能承載最大負載電流為1．5A。LM317內置多種保護電路，其中有過載保護、過熱保護和安全區保護等電路。經LM317芯片輸出的+3．3V直流電壓為單片機最小系統提供正常工作電壓;+24V直流電壓用來驅動電壓、電流傳感器和報警器工作。

1．1．2主控芯片

主控芯片選用飛利浦公司的32位單片機LPC2132。LPC2132是一個32/16位ARM微控制器，一個可以實現嵌入式跟蹤和實時仿真的微控制器，且在其內部帶有3種(32kB、64kB、512kB)嵌入式Flash存儲器;基于單片機內部與眾不同的加速結構和128位寬度的存儲器接口，能夠讓32位代碼在時鐘速率最大的情況下正常運行。對單片機代碼規模的嚴格控制，有著不同的作用和效果，為了代碼規模降低幅度提高到30%，而其對應的性能損失仍然很小，可以通過單片機的Thumb模式來實現。該芯片還具有工作可靠、功耗低，數據處理能力強，以及內部資源豐富等優點。芯片內部資源豐富主要體現在其內部集成的FLASH存儲器足以滿足終端控制程序對于單片機存儲容量的需要，并且還包括了AD轉換模塊、UART串口、實時時鐘、I2C數據接口等，可以為終端控制設備省下大量的元件，不僅使控制終端的結構更加緊湊，而且降低了成本［2］。

1．1．3傳感檢測模塊

傳感檢測模塊包括電壓電流傳感器、振動傳感器及溫度傳感器等。通過電壓、電流傳感器可以測定出農業灌溉系統的三相工作電壓和電流。由于電壓傳感器和電流傳感器輸出的是4～20mA的電流量，LPC2132的AD接口可處理的電壓范圍為0～3．3V，因此需要在傳感器信號線輸出端上串接一個電阻，測量出的三相工作電壓和電流可以作為判斷農業灌溉系統是否正常工作的主要依據。振動傳感器安裝在門窗上，當門窗發生一定強度的振動時會觸發振動傳感器，傳感器信號線輸出的電壓值會發生變化。該電壓值通過轉換電路轉化為單片機可以處理的電平;在沒有振動發生時，單片機連接到中斷的引腳為高電平;當振動發生時，該引腳變成低電平，單片機檢測到該電平的變化立即驅動報警電路并報警。溫度傳感器用于檢測農業灌溉系統工作時的溫度，本系統選用的是sht11溫度傳感器，通過檢測到的電機工作時的溫度，結合三相工作電壓和電流來確定電機的工作狀態。具體傳感器電路如圖2所示。

1．1．4人機對話模塊

人機對話模式屬于計算機工作方式的一種，即操作員通過控制臺或終端顯示屏幕操作控制計算機，以對話方式進行通信和工作，實現遠程控制的效果。人機對話接口包括按鍵和LCD顯示兩部分，按鍵用來設置多級(省、市、縣三級)SIM控制號碼，在設置過程中按照LCD顯示的提示內容分步進行，通過傳感器檢測到的數據也可以通過LCD顯示出來。

1．1．5數據存儲模塊

R53通過按鍵設置的控制號碼需要能夠長期存儲。本系統選用CAT1025芯片，該芯片即使在系統掉電的情況下也能保存數據，利用CAT1025可以存儲多級控制號碼。由于CAT1025具有非易失性，系統重新上電時，之前所存儲的SIM控制號碼依然存在，并且可以從CAT1025中讀出，以便使用。其電路圖如圖3所示。

1．1．6執行機構

執行機構主要包括農業灌溉系統的自動啟停開關和報警器驅動電路。農業灌溉系統的自動啟停開關分別由兩個繼電器控制，用以遠程控制農業灌溉系統的開啟和停止，當終端控制器接收到上位機的啟停命令時，發出指令控制啟停繼電器，完成相應動作［3］。報警器在單片機檢測到有偷盜行為發生時報警。其驅動電路如圖4所示。

1．1．7GSM模塊

GSM是全球移動通信系統的簡稱，為本系統提供了遠程無線數據傳輸的媒介。GSM模塊具有通話和短信兩大功能，本系統主要用到了其短信功能，以短信的方式進行數據傳輸。發射和接收的雙方都必須各自使用一張SIM卡，以SIM卡的號碼作為各自數據收發的地址，短信的內容必須嚴格按照短信協議的要求，不能隨意亂發。系統的GSM模塊選擇的是TC35I，屬于工業級的GSM模塊，能夠支持中文短信息交流，通過RS232串口連接LPC2132和上位機，必須通過AT指令才能實現模塊與單片機或上位機之間的雙向通信［4］。GSM是當前應用最廣泛的移動通信標準，系統使用其進行遠程數據傳輸具有通訊成本低、保密性好、可靠性高、抗干擾力強和使用方便等特點，保證了遠程控制中數據傳輸的快速性和可靠性［5］。

1．2上位機的設計

上位機一般都放在相關單位的辦公室內，系統利用PC機作為上位機，運用LABVIEW軟件編寫好上位機監控界面程序［6］。管理人員登陸界面后點擊相關的控制命令就可以完成對農業灌溉系統的遠程管理和監護。通過上位機界面可以遠程啟動和停止農業灌溉系統，隨機查詢農業灌溉系統的工作狀態、累計抽水時間及電機工作參數等信息。當盜竊發生時，控制終端在報警的同時也會將信息發送回上位機，管理人員通過上位機可以了解相關情況［7］。

2系統程序設計

系統程序由上位機監控程序和控制終端程序兩大部分組成:上位機軟件利用LABVIEW語言編寫，而控制終端軟件的編寫對于整個系統運行的效果至關重要［8］;控制終端程序主要包括系統初始化程序、GSM模塊通信程序［9］、LCD顯示程序、按鍵程序，溫度檢測程序、AD轉換程序和電壓電流測試程序等。控制終端程序在ADS1．2環境下完成編譯調試后燒寫至LPC2132的Flash存儲器［10］。初始化程序完成對單片機的一系列初始化工作;GSM模塊通信程序用以實現單片機與GSM模塊之間的數據通信，以及短信的發送和接收;LCD顯示程序和按鍵程序實現人機對話［11］。系統程序圖如圖5所示。

3系統測試

由于西南地區部分農田在夏季的干旱現象，故需要對干旱的農田進行實時、精確、安全的灌溉。系統于2013年7月22日在四川省南充市嘉陵區八廟河農田進行試驗測試，在當天10:25打開上位機監控界面，上位機監控界面圖如圖6所示;點擊“查詢”灌溉系統的工作狀態，控制終端自動反饋此時電機的工作狀態以及數據信息，“查詢”實時時間為10:28，狀態查詢完畢后運行系統;系統“開始”運行，“開始”實時時間為10:31，正在抽水的數據實時信息如表1所示。累計抽水時間00:50，也即50min(根據季節不同，農田容量不同，具體灌溉時間不同)，農田已灌滿水。在整個測試過程中，系統的整體運行狀態穩定、控制和管理的操作步驟簡單、系統自動化程度較高。該系統相比以往的農業灌溉系統，首先可以根據季節天氣不同，實現對農田進行規定時間的準確灌溉，免去了以往的人力頻繁奔波;其次能夠實時的監測灌溉系統的當前運行狀態;最后在安全性能方面，不會存在盜竊不曉的現象，能夠節約大量的人力、物力及財力。系統通過了實際運用環境的檢驗，已運用于四川多個區縣的農業灌溉系統。

4結語

篇9

關鍵詞：MSP430 自動控制 上位機 輪詢方式

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0134-03

當前我國農業灌溉水平低，但是節水潛力巨大，節水灌溉技術的應用和推廣，是緩解我國水資源緊缺的戰略選擇，是建立節水型社會的需要[1]。現有的智能灌溉系統控制器通常采用MCS51等其它微控制器作為控制芯片，并配以較多的模擬電路和邏輯門電路，其設計復雜，功耗、穩定性和可靠性難以得到保證[2]。如今，隨著計算機技術的飛速發展，一些復雜的數據處理完全可以交給計算機通過上位機軟件完成。

本文將分別從硬件編程和軟件上位機兩個方面，結合電路，介紹一種以MSP430為主控制器的、穩定的農田自動灌溉系統。

1 系統整體構架及工作原理概述

這種農田自動灌溉系統的整體執行思路如圖1所示，本系統采用的是離散型控制系統，其具有三級結構。系統從下到上依次為：傳感器檢測與灌溉執行部分，MCU自動檢測控制部分，田間監控中心。

底層的傳感器有多種，分別對土壤的溫度、濕度等進行檢測。本系統能根據采集到的土壤濕度情況進行自動控制灌溉，其余采集到的環境參數供人員參考，做出合適的施肥灌溉決定。這些傳感器或設備受到MCU控制，將信息呈遞到單片機，通過其內部集成的12位ADC對數據進行處理，從而判斷是否需要灌溉，并將數據通過無線通訊模塊發送到田間監控中心。

田間監控中心可以修改田間各節點判斷灌溉的標準值，能夠按時接收并儲存各節點的環境參數，記錄灌溉情況，通過折線圖或列表形式顯示。當田間發生火災或其他異常情況時，軟件通過網絡自動發出短信提示人員前去查看。此外，上位機能自動從網上下載天氣信息，協助實現自動灌溉功能。

2 系統硬件部分

2.1 主控芯片

MSP430系列單片機是由TI公司1996年推出的一種16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器。

本系統的主控模塊采用MSP430F2553微處理器。MSP430系列單片機是具有精簡指令集的超低功耗的16位單片機。它的最高工作頻率可達25MHz，同時具有256KB Flash、16 KB RAM，內含硬件乘法器、12位ADC，以及SPI模塊[3]等，四種超低功耗模式，非常適合低功耗產品開發。它具有五種低功耗模式，在不同的模式下消耗電流為0.1～340 uA[4]，是目前功耗最低的單片機。另外它從低功耗模式轉到活躍模式，需要的時間僅為6 us，可以被快速喚醒。因此該微處理器被廣泛用在智能傳感器、實用檢測儀器、點擊控制、便捷式儀表等領域[5，6]。

2.2 傳感器選用

本系統的檢測部分分別對土壤的溫度、濕度等環境參數進行檢測，其中土壤溫度傳感器采用DS18B20，土壤濕度傳感器采用FDR土壤濕度傳感器。

土壤溫度傳感器采用的是不銹鋼封裝的DS18B20，如圖2所示。其具有現場安裝簡單、控制方便、系統性能好、易于擴展等特點[7]，插入土壤對地溫進行檢測，精度較高、工作穩定，單片機與其進行單總線通訊獲取溫度值。

FDR（Frequency Domain Reflectometry） 土壤濕度傳感器，見圖3，利用電磁脈沖原理，根據電磁波在土壤中傳播頻率測試土壤的表觀介電常數ε，得到土壤容積含水量（θv）[8，9]。其輸出信號為模擬電壓0～ 1.1V，本系統利用MSP430F5438內部的12位ADC直接對其采集到的數據進行處理得到土壤濕度。

2.3 電源模塊

系統供電采用電源轉換器直接將220 V交流電轉為12 V直流電，用于給水泵和土壤濕度傳感器供電。MSP430單片機的供電電壓為3.3 V，為保證散熱效果，采用二級降壓的方式分散熱量，集成LM2596與LM1117，依次將12 V直流電壓轉為5 V和 3.3 V電壓，取3.3 V為MSP430F5438、土壤溫度傳感器及無線通訊模塊供電。電路圖如圖4所示。

2.4 灌溉控制模塊

灌溉控制模塊由單片機、繼電器和水泵組成。單片機根據采集到的土壤濕度，結合此時地溫等條件，判斷是否需要進行灌溉。滿足灌溉條件時，由P3.0口送出控制信號控制至光耦，光耦接通使繼電器開啟，從而開啟水泵。系統中水泵的額定電壓為12V，繼電器作為水泵的開關，選用12V繼電器，因此在電路中并聯續流二極管保護電路。如圖5所示。

2.5 無線通訊模塊

本系統采用的無線通訊模塊為美國TI公司出品的CC1101。CC1101是一款低于1 GHz高性能射頻收發器，其內部集成了一個高度可配置的調制解調器，支持多種調制格式，最高數據傳輸率為500 kb/s。在發射狀態下，其發射功率可通過編程調節，最大發射功率可達+10 dBm，接收靈敏度最佳為-110 dBm，抗干擾能力強，且功耗極低，可用于極低功耗的RF應用。它與MSP430F5438結合，使系統更為節能。

3 單片機控制部分

3.1 田間節點及灌溉控制部分

田間節點以MSP430F5438為控制核心，結合各傳感器、繼電器、水泵、無線模塊，共同構成。以開發平臺IAR Embedded Workbench為開發環境，對MSP430F5438進行C程序開發，這款軟件具備高度優化的IAR AVR C/C++編譯器，可以有效提高用戶的工作效率。

對田間節點的環境參數檢測、數據發送及控制灌溉，由MSP430F5438單片機控制執行。土壤濕度的上下閾值保存在E2PR

OM中，可通過上位機軟件發送更改預設值命令，更改土壤濕度預設值即灌溉條件。單片機控制灌溉的基本流程如圖6所示。

田間監控中心有中央通訊模塊，通訊模塊由MSP430F5438和CC1101組成。中央通訊模塊通過串口與上位機進行通訊，對田間節點采用輪詢方式進行無線傳輸，避免信息擁塞。

此外，用戶還可直接使用上位機軟件發送灌溉命令到單片機，開啟水泵灌溉。

3.2 無線通訊部分

本系統中無線收發模塊采用CC1101，正常情況下，每隔固定的時間發送一次數據，因此通訊模式為輪詢通訊模式。輪詢方式的工作原理為，總線信道上有一個主站和N個子站，主站向子站發送詢問命令，子站收到后才可利用信道，以避免信息擁塞。通過MSP430編程對CCll01的4線SPI接口和GDO2測試接口進行配置，結合MSP430的時鐘，將各田間節點的CC1101設置成輪詢通訊模式。

4 系統上位機軟件部分

4.1 開發環境

本上位機軟件收集單片機檢測的溫度、濕度、PH值等數據，經過適當處理，存儲到數據庫中并以折線圖和列表的形式顯示。由于Windows API復雜、難度大，本上位機采用C#語言，在Visual Studio 環境下開發完成。.NET集成了大量類庫，使用非常方便，可以滿足用戶的各種要求。

4.2 軟件上下位機通訊設計

本上位機使用SerialPort類進行串口通信，SerialPort類為應用程序提供了通過串口收發數據的簡便方法，具有功能強大，通信快速，實時性好等特點。此外還使用了Timer控件，當Timer控件啟動后，每個一個固定時間段觸發相同時間。用Timer控件實現了數據接收。

4.3 自動繪圖功能的實現

關于折線圖的顯示，本上位機使用Zed

Gragh控件進行折線圖的繪制，ZedGragh是一個開源的.NET圖表類庫。此類庫比.NET自帶類庫使用更加靈活方便。使用DataGridView控件實現以列表的形式顯示數據。Form1窗體是本上位機的主窗體，擁有各種功能按鈕，并進行折線圖顯示，List窗體是Form1窗體的子窗體，負責進行列表顯示。

系統采集全天的溫度信息并以折線圖顯示界面如圖8所示。

4.4 異常時短信報警功能的實現

報警是指，當上位機接收到的某些數據超過上限值時會發送短信提醒用戶，如田間發生火災等。手機短信發送是本上位機的擴展功能。通過C#編程，實現上位機給手機發送短信，當客戶不在PC端時提示客戶的功能。該功能的原理是通過一些運營商提供的接口實現的。本上位機采用可發送短信的Web Service，Web Service是新浪網提供的、可供用戶直接調用的發送短消息的Web Service。Web Service中提供了一個發送短消息的方法"sendXml"。此方法的語法格式如下：

string sendXml（carrier，userid，password，mobilenumber，content，msgtype）

carrier：運營商名稱

userid：新浪網上注冊的手機號

password：成功注冊手機后的反饋密碼

mobilenumber：目標手機號碼

content：所要發送短消息的內容

msgtype：發送短消息以文本信息形式發送，輸入"Text"

4.5 上位機軟件其他功能原理及實現

數據保存，通過上位機控制根據用戶需求將接受到的數據保存起來，以便以后可以再次讀取歷史數據。為了數據的安全性，本上位機將數據保存到數據庫中，使用的是Oracle數據庫。基本功能實現流程如圖9所示。天氣信息通過中國氣象局提供的API獲取，根據獲得的晴雨天氣，給下位機發送信息協助判斷、控制灌溉。歷史數據可按照溫度、濕度、pH值按鈕顯示不同數據，可以選擇具體時間或具體節點查看環境情況。

5 結語

本文介紹的節水灌溉自動控制系統，利用MSP430單片機內部的ADC模塊使得電路設計簡單化，田間各節點的單片機收集環境參數并自動判斷灌溉，上位機通過網絡獲取天氣信息、檢測環境參數正常，輔助判斷是否應灌溉，并且能對田間每各節點的灌溉參數進行修改，實現自動控制灌溉。

實驗證明，該系統具備較好的穩定性，節能且運行可靠，可以滿足基本農業生產需要，使用方便，節水節能。但對于數據的處理性不強，仍需做完善。在硬件和軟件方面仍具備可延展性，可采集周邊環境參數如光照、雨量、CO2等，結合信息融合、PID等算法，提高系統對周圍環境的分析能力，滿足不同用戶的需求。

參考文獻

[1] 馬成，周進祥.淺析我國農業節水灌溉現狀及發展[J].科技傳播，2009，9下：31-32.

[2] 劉善梅，彭輝.基于MSP430的智能灌溉系統設計[J].農機化研究，2010，7：117-120.

[3] 齊懷琴，張松，王晗.基于MSP430F5438的超低功耗森林火災預警系統設計[J].測控技術，2013，32（1）：28-31.

[4] Texas Instruments Incorporated. Msp430x1xx Family User's Guide[EB/OL].2009-10-01.http：//.

[5] 秦龍.MSP430單片機應用系統開發典型實例[M].北京：中國電力出版社，2005：1-345.

[6] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機[M].北京：北京航天航空大學出版社，2001：1-316.

[7] 張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用[J].儀表技術，2010，4：68-70.

篇10

關鍵詞：動力機功率；水利工程；水利系統；灌溉系統；水泵

中圖分類號：G812.42文獻標識碼：A

在灌溉系統工作中首先遇到的問題是要選擇合適的水泵。在水泵的選擇中，其性能、設計流程、設計揚程以及水泵的選型都是十分重要的，然而最為重要的是其動力系統的配套，對此，本文對動力機功率和配套轉速的確定進行了分析研究。

1動力機功率的確定

所選定的水泵需要多在功率的動力機械去配套，通常在選擇水泵型號時，可同時在水泵規格性能相關的表中查到，按表中規定直接選配動力機就可以了。但是，有時水泵機組的工作條件有變化，動力機的類型及傳動方式也有變化，以及其它因素的變化等，造成規格性能表中規定的配套功率可能與實際需要的配套功率相距甚遠。如果大功率拖小水泵不但設備投資大，而且使用中長期多耗油、電，將造成很大的浪費；如果動力機功率改小了就很可能長期超負荷甚至于拖不動，影響機械使用壽命，嚴重時可能會發生燒壞電動機等重大事故。所以，動力機功率大小必須與所選定的水泵配套。通常動力機配套功率的計算公式按照如下的標準進行：P配=KP軸/η傳。公式中：P配表示動力機的配套功率，單位為KW；P軸表示水泵的軸功率，單位為KW；K表示功率儲備系數；η傳表示傳動效率，用%表示。功率儲備系數K的功用，是考慮水泵在運行中可能發生意外的超負荷現象，避免動力機熄火或燒壞。在一般情況下，配套用大功率的動力機采用的儲備系數小一些，配用小功率動力機采用的儲備系數大一些。儲備系數的值，可在有關手冊中選取。傳動效率η傳的大小與傳動方式有關。采用聯軸器直接傳動時η傳為0.95～0.985，采用平帶傳動時η傳為0.85～0.95。

2配套轉速的確定

采用V帶傳動時每臺選定的水泵，都有它自己的額定轉速。水泵只有在這個轉速下工作，才能最好地發揮其性能，因此所選動力機的轉速以及傳動方式必須滿足水泵對轉速的要求。所謂配套轉速，是指動力機按它的額定轉速運轉時，被拖動的水泵也必須在它的額定轉速下運轉。因此，需要根據動力機類型、性能以及傳動方式來處理好水泵和動力機轉速的配套關系。

一般原則是若采用電動機作為配套動力，應盡量選擇額定轉速與水泵額定轉速相一致的電動機，并采用傳動效率比率高的聯軸器進行直接傳動。若選用柴油機作為配套動力，或選用電動機的額定轉速與水泵的額定轉速不一致時，就需要采用帶傳動裝置進行間接傳動。采用帶傳動時，動力機的額定轉速與水泵的額定轉速可以不一致。但它們之間必須滿足動力機和水泵的轉速之比（速比）與動力機和水泵帶輪直徑之比成反比的關系。

3水泵在灌溉結束后的技術保養

毫無疑問，任何一個機械在使用完畢后，其保養是必不可少的。水泵在灌溉使用前和使用后都要注意這方面的事項。

3.1遵守水泵技術保養規程

水泵的技術保養規程是根據水泵在使用過程中的零部件技術變化發展情況以及水泵的適應情況而擬定的規程，因此其規程對于所有的水泵使用具有指導意義。操作人員在操作過程中，如果能夠認真遵守水泵技術保養使用的規程，認真做好水泵的技術保養工作，可以更好地減少或減輕水泵零部件技術狀況惡化的速率，延長水泵的使用壽命使其能夠更好地服務于農業生產和農田水利工程建設，因此，要按時、按項、按照質量和要求進行水泵的技術保養工作。在一般的情況下，不能只圖省錢而任意地削減水泵的保養項目，或者任意地拖延水泵的保養周期，以防止水泵的保養不及時而造成嚴重的故障或者重大事故的發生。

3.2針對水泵的不同使用情況區別對待

水泵在進行水利工程灌溉時，由于功率不同的性能不同，使用所需要的條件也會有所不同，因此，其技術狀態所受到的影響程度當然也會不同。這就要求對于不同和水泵在執行保養規程的時候要區別對待，即根據具體情況進行相應的變動。比如說在干旱地區和夏季天氣炎熱時要防止內部膠墊被烤化或磨損而使電機空轉發生燒壞電機的情況，對電機密封處要及時進行線圈的密封等。在季節可以需要進行灌溉則要注意千萬不能讓水發生凍結現象，以免影響電機的正常工作和運轉。

3.3注重保養質量

為了保證水泵使用的技術質量，應當努力提高水泵維護保養的技術人員的操作水平和正確的使用方法，并且一定還要充分注意到必要的物質條件進行補充。有些時候在維修時除常規的使用工具外，還必須注意使用水泵專用的技術工具進行維修，必要的時候，對于一些技術操作要求比較高的復雜操作或者是復雜的技術維修與調整，應當聘請專業人士或者送回廠家進行維修。

3.4提高水泵的使用操作水平

實踐經驗證明，水泵技術保養的好壞，關鍵在于技術操作的問題上。而能否在技術過程中對于水泵進行正確的使用與操作是保證水泵進行技術保養質量好與壞的前提和基礎。因此，一是要對水泵定時進行外部和內部的清洗。外部清洗主要是擦拭的方法，防止其有灰塵和水而影響到水泵的正常使用，而且，如果水和灰塵長期得不到清洗會使水泵生銹或者使用時散熱不好而發生故障。內部清洗主要是對水泵進行拆卸上油以保證水泵的作用，避免影響到正常工作。除此之外還要注意定期對水泵進行緊固，防止機器連接部位出現松動現象，從而使機器結構動力和受力不均勻。因此在維修過程中也要充分注意連接部件的正確緊固。

參考文獻

［1］肖興宇．農業機械使用與維護［M］．北京：中國農業大學出版社，2009．