灌溉系统范文精选

摘要：灌溉系统的防冻保护，实际上是在冷冻出现以前，把管道、阀门、喷头里的水排出，以防冻害对灌溉系统造成破坏。目前国内灌溉工程多采用管路埋入当地冻土层以下，这样的结果是：系统比较安全，管理比较简单，但工程量大、投资加大，如北京冻土层深在50cm-80cm，一般工程沟开挖深度在1m左右，新疆地区管路系统埋深一般在1.8m左右。对于灌溉系统来说，防冻的基本步骤是关闭主阀、切断水源，然后排泄管路里的水，从而达到防冻的目的。

关键词：灌溉防冻冰冻泄水压缩空气法

灌溉系统的防冻保护，实际上是在冷冻出现以前，把管道、阀门、喷头里的水排出，以防冻害对灌溉系统造成破坏。在不同的气候条件下，灌溉系统的防冻措施不一样，但一般不外乎以下四种措施：

1、采用手动泄水措施，释放灌溉系统里的水；

2、采用自动泄水措施，释放灌溉系统里的水；

3、采用压缩空气法，吹出灌溉系统里的水；

4、采用管道外包裹防冻材料（一般用于地面管道）。

目前国内灌溉工程多采用管路埋入当地冻土层以下，这样的结果是：系统比较安全，管理比较简单，但工程量大、投资加大，如北京冻土层深在50cm-80cm，一般工程沟开挖深度在1m左右，新疆地区管路系统埋深一般在1.8m左右。

温室是个相对封闭的生产设施，自然降雨不能被直接利用，温室内作物需要的水分完全依靠人工灌溉措施来保证。传统的沟畦灌(漫灌)对水资源的浪费大，利用率低，随着农业科学技术的发展和我国干旱地区对水资源的紧缺，微灌节水技术已成为发展趋向。

微灌

是微水灌溉的简称。它是利用微灌系统设备按照作物需水要求，通过管道系统与安装在末级管道上的特制灌水器(滴头、微喷头、渗灌管和微灌管等)将水和作物生长所需的养分以较小的流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的土壤表面和土层中或作物叶面，实现局部灌溉，使作物叶面或根部保持在最佳水、肥、气状态的灌水方法。其特点是灌水流量小，一次灌水延续时间长、周期短，能够精确控制灌水量，把水和养分直接输送到作物的根部和叶面，满足作物生长发育的需要。目前用于温室、大棚的微灌系统主要有滴灌和微喷灌两大类。

滴灌

它是将压力水以滴状湿润土壤的一种对作物根部的灌水技术。通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把主管和灌水器埋入地面以下30-40cm，前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌，每个灌水器的流量一般为1－12L／h。采用滴灌后，除了作物根部湿润，其它地方始终保持干燥，减少了地面蒸发，降低了因室内空气湿度所引发的病虫害。

微喷灌

它是将压力水以喷洒状湿润土壤的一种灌水技术，微喷头有旋转式及折射式两种，流量一般为20-250L／h。对需水量较大的作物，如蔬菜类采用微灌方式定时定量定点持续灌水，将十分有利于蔬菜整个种植期内的灌水需求。而且能保证果菜外形匀称、好看，提高产量，增加用户经济收入。

悬挂微喷、微雾系统

摘要：以STM32单片机和树莓派为平台，结合LoRa、GPRS等外设设计出了一套适用于田间种植灌溉的自动灌溉系统，用以解决传统大水漫灌浪费水资源、凭经验灌溉的不准确性等问题。该系统具有成本低廉、节省人力资源等优点，适合推广使用。

关键词：自动灌溉；STM32；LoRa无线通信

目前，我国传统的农业灌溉多采用大水漫灌的方式，灌溉完全凭借农民经验，由此造成的水源浪费问题尤为严重，对水资源的有效利用率远低于其他农业大国［1］。同时，我国是一个缺水国家淡水资源总量为28000亿m3，占全球淡水资源的6%，居世界第4位［2］。按全国近14亿人口计算，人均不到2200m3，为世界平均水平的1/4［3］。因而，结合我国农作物种植生产的现况，全自动灌溉系统软件已经变成智慧农业不可缺少的一部分。

1自动灌溉系统硬件设计

1.1自动灌溉控制系统功能要求

整个系统由一个控制模块与多个采集灌溉模块组成，灌溉网覆盖需要浇灌的土地，通过App可对整块土地用水量的监控、控制以及分析。整个控制系统由采集灌溉模块、控制模块和云端以及手机App组成。采集灌溉模块负责监控当前模块土壤湿度并根据土壤湿度情况开关电磁阀，以达到维持土壤湿度的目的，并且将采集到的土壤湿度以及浇水量发送到收集模块。收集模块负责收集采集灌溉模块上传的土壤湿度以及对采集模块设置，以达到调整采集灌溉模块浇水量的目的，并将浇水量以及土壤湿度变化数据显示到屏幕，上传至云端备份。方便用户使用App实时查看当前土地失水和浇灌情况。

1.2灌溉采集模块硬件设计思路

灌溉采集模块采用STM32F103RET6单片机作为主控板，与三个电磁阀三个土壤湿度YL-69传感器以及Lora通信模块连接。可以实现与收集模块的通信和采集土壤湿度以及打开电磁阀进行灌溉三大功能，原理如图1所示。电路元器件选用：由于自动灌溉系统需要长期在户外环境使用，所以外设器件需具有满足抗老化、耐磨损、抗干扰性强、低功耗、低成本特性。根据灌溉采集模块的功能以及所使用的外设，对主控板的GPIO资源进行分配如表1所示。

摘要：非洲某国一块波浪状丘陵平原，位于河流南岸，地质岩性单一，是经过长期沉积而形成的第四纪地质层，有坡度。该地区属于热带气候，全年分干爽季和雨季。在干爽季无降水，雨季降雨量充足。解决干爽季补水灌溉对当地农业发展尤为重要。取2.6ha田地作为标准地块，对大田作物进行喷灌设计。

关键词：半固定喷灌；喷头组合间；设计喷灌强度；设计灌水定额；灌水周期；喷洒时间

Abstract: A plant between wavy hills in African located in south bank of a river, is quaternary geology layer formed after long-term deposition with single geological lithology. The region has a tropical climate divided into dry and rainy seasons throughout the year, that is no precipitation in the dry season and sufficient precipitation in monsoon. So it is important for the agriculture development to solve the replenishment and irrigation in dry season. Taking a 2.6ha field as a standard land, sprinkler irrigation design is conducted for field crops.

Keywords: semi-fixed sprinkler irrigation; spray-head combination; design for sprinkler strength; design for irrigation quota; irrigation cycle; spray time

中图分类号：S274.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、工程概况

本工程是灌区灌溉系统的修复和升级项目，主要位于河流南岸，为波浪状丘陵平原，且被荒草和灌木覆盖，地质岩性比较单一，基本上是经过长期沉积而形成的第四纪地质层， 整体地势西高东低、北高南低，东西向高差50多m。灌区东西向沿渠道、河流、冲沟之间呈带状分布，从渠道到河流或冲沟，地形坡度在2/1000～3/100之间不等。

2、 工程气候和水文条件

1农业水管理面临的问题和挑战

以往发展农业水管理的主要目的是通过增强农业生产力，应对饥饿和贫困，如今则是在水资源稀缺状况下，在满足全球不断增长的食物需求同时，达到增加农民收入、发展农村经济、减少贫困、应对气候变化、保护生态环境等目的【4】，面临的问题和挑战主要涉及经济、社会、环境等要素。

1．1经济要素

1．1．1饮食结构变化与食物需求增长

随着人们收入的不断增长，居民饮食习惯正朝着更加注重营养水平和饮食多样化的趋势转变，食物消费模式正在从谷类食品向畜产品和水果、蔬菜、糖、食用油等高价值作物改变。与2000年相比，预计2050年全球谷类食物需求量28～32亿t，增长55％～80％；肉类需求量3．75～5．7亿t，增长70％～155％；糖、油、蔬菜、水果需求量将增长70％～110％p】，未来驱动食物需求增长的一些主要影响因素仍将具有较大不确定性。

1．1．2经济结构改变

全球市场和贸易政策的改变以及全球化进程决定着未来的农业收益率。在一些非农经济部门具备较大竞争优势的国家和地区，农业对国民经济的整体贡献率有所下降，这势必明显影响小农户和自给自足型农民的经济利益。为了确保许多发展中国家农业发展的可持续性，迫切需要加大在技术和能力建设方面的投资，制定受惠于农业发展的相关政策与法规f6J。1．1．3能源价格波动易于波动的能源价格经常以不同的方式影响农业水管理。对水电和生物质能源需要的增长必然加大对水的需求，进而影响水量在不同用水部门间的配置现状。此外，能源价格上涨不仅增大抽取地下水灌溉的成本，还导致化肥及其他石油产品价格的增加，加大农业生产成本。尽管生物燃料目前对全世界能源供给的贡献率仍然有限，但能源价格上涨、温室气体排放增加、地缘政治问题等诸多因素，都可能加剧食物与燃料生产之间对水土资源占有的激烈竞争【J71。

1．1．4食物价格上涨

摘要：结合实际工程，阐述了城市绿地人工喷灌系统的设计；并探讨了再生污水用于城市绿地灌溉的安全性，提出相应的预防措施，为类似工程提供工程示范。

关键词：城市绿地；人工喷灌；再生水回用；水质安全

1.前言

1.1概述

近几年来，我国城乡公共绿地的面积增长迅速，灌溉需水量迅速增长。部分地区的灌溉设施不完善，在干旱季节，依靠洒水车和人工浇灌，既浪费人力、财力，又达不到良好的灌溉效果；采用自来水为水源的，更加大了绿地的养护成本。因此，从长远利益出发，完善灌溉系统、开辟新的灌溉水源对公共绿地的长效管理是非常必要的。

影响植物灌溉需水量的因素有气象条件（温度、光照、湿度、辐射及风速）、土壤性质及其含水状况、植物种植的环境、植物生长阶段等。昆明市属低纬度高原山地季风气候，年均温度在15.20℃上下波动，干湿季分明，年均降水量1035毫米，日照长，光能充足，霜期短，能见度良好，非常有利于植物的生长。尽管如此，昆明雨季集中、短暂，一年中大多数时间晴朗干燥，因此城市绿地的灌溉显得尤为重要。

本文结合昆明市某景观大道绿化美化工程灌溉系统施工图设计，探讨城市绿地灌溉系统设计的相关问题。

1.2工程概况

摘要：灌溉系统的防冻保护，实际上是在冷冻出现以前，把管道、阀门、喷头里的水排出，以防冻害对灌溉系统造成破坏。目前国内灌溉工程多采用管路埋入当地冻土层以下，这样的结果是：系统比较安全，管理比较简单，但工程量大、投资加大，如北京冻土层深在50cm-80cm，一般工程沟开挖深度在1m左右，新疆地区管路系统埋深一般在1.8m左右。对于灌溉系统来说，防冻的基本步骤是关闭主阀、切断水源，然后排泄管路里的水，从而达到防冻的目的。

关键词：灌溉 防冻 冰冻 泄水 压缩空气法

灌溉系统的防冻保护，实际上是在冷冻出现以前，把管道、阀门、喷头里的水排出，以防冻害对灌溉系统造成破坏。在不同的气候条件下，灌溉系统的防冻措施不一样，但一般不外乎以下四种措施：

1、采用手动泄水措施，释放灌溉系统里的水；

2、采用自动泄水措施，释放灌溉系统里的水；

3、采用压缩空气法，吹出灌溉系统里的水；

4、采用管道外包裹防冻材料（一般用于地面管道）。

目前国内灌溉工程多采用管路埋入当地冻土层以下，这样的结果是：系统比较安全，管理比较简单，但工程量大、投资加大，如北京冻土层深在50cm-80cm，一般工程沟开挖深度在1m左右，新疆地区管路系统埋深一般在1.8m左右。

1系统方案设计

1.1主机选型

可编程控制器的种类和型号可根据系统的大小和稳定性的要求进行调整。三菱﹑西门子﹑欧姆龙的小型机一般可以满足要求，这里选用三菱FX2N系列，其体积小﹑配置灵活﹑价格适中，很适于在机电一体化产品中使用。因本系统只有数字量开关输入，无模拟量输入，故凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求，而不必另外增加其他抗干扰措施。

1.2传感器选择

土壤温度传感器：测试温度的传感器有很多种，较普遍使用的是热电偶和热电阻传感器。本文采用热电阻Pt100温度传感器进行土壤温度的数据采集，热电阻的优点是线性度好、精度高，有较好的长期稳定性，工作温度范围大，只要经过适当的数据处理就可以传输、显示并记录其温度输出。土壤湿度传感器选择由中国科学院南京土壤研究所生产的FJA－10型负压式土壤湿度计。该湿度计的测量范围为0kPa～100kPa，测量精度为±2．5kPa；输出电压信号为0V～5V，供电电源为交流220V。雨量传感器选用型号为FDY－01的翻斗型雨量传感器，其输出信号为单干式舌簧管通断，工作强度为0℃～50℃。

2系统实现

该灌溉系统的控制方式分为手动模式和自动模式，用户可以通过按钮自由选择。自动工作模式可根据不同植物的灌溉要求设定好参数，满足灌溉条件即可自动进行灌溉，并可根据温、湿度传感器的参数自动停止灌溉。手动控制模式通过按钮手动进行各植物的灌溉和停止。当降雨量达到一定值，或土壤中水份充足时，或供水水管断流时，报警系统启动。这时出现问题的种植区域报警灯点亮，发出报警声音信号，提醒操作人员。解决问题后，可以按下“消音”按钮以解除铃响。

2.1硬件设计

1系统结构及工作原理

1．1硬件设计

1．1．1电源模块

电源模块由开关电源和LM317芯片组成。开关电源可以分别输出+5V和+24V的直流电压。+5V直流电压可以驱动继电器并且为LM317提供工作电压。LM317芯片是三端可调稳压器集成电路芯片，电压输出范围1．2～37V，能承载最大负载电流为1．5A。LM317内置多种保护电路，其中有过载保护、过热保护和安全区保护等电路。经LM317芯片输出的+3．3V直流电压为单片机最小系统提供正常工作电压;+24V直流电压用来驱动电压、电流传感器和报警器工作。

1．1．2主控芯片

主控芯片选用飞利浦公司的32位单片机LPC2132。LPC2132是一个32/16位ARM微控制器，一个可以实现嵌入式跟踪和实时仿真的微控制器，且在其内部带有3种(32kB、64kB、512kB)嵌入式Flash存储器;基于单片机内部与众不同的加速结构和128位宽度的存储器接口，能够让32位代码在时钟速率最大的情况下正常运行。对单片机代码规模的严格控制，有着不同的作用和效果，为了代码规模降低幅度提高到30%，而其对应的性能损失仍然很小，可以通过单片机的Thumb模式来实现。该芯片还具有工作可靠、功耗低，数据处理能力强，以及内部资源丰富等优点。芯片内部资源丰富主要体现在其内部集成的FLASH存储器足以满足终端控制程序对于单片机存储容量的需要，并且还包括了AD转换模块、UART串口、实时时钟、I2C数据接口等，可以为终端控制设备省下大量的元件，不仅使控制终端的结构更加紧凑，而且降低了成本［2］。

1．1．3传感检测模块

传感检测模块包括电压电流传感器、振动传感器及温度传感器等。通过电压、电流传感器可以测定出农业灌溉系统的三相工作电压和电流。由于电压传感器和电流传感器输出的是4～20mA的电流量，LPC2132的AD接口可处理的电压范围为0～3．3V，因此需要在传感器信号线输出端上串接一个电阻，测量出的三相工作电压和电流可以作为判断农业灌溉系统是否正常工作的主要依据。振动传感器安装在门窗上，当门窗发生一定强度的振动时会触发振动传感器，传感器信号线输出的电压值会发生变化。该电压值通过转换电路转化为单片机可以处理的电平;在没有振动发生时，单片机连接到中断的引脚为高电平;当振动发生时，该引脚变成低电平，单片机检测到该电平的变化立即驱动报警电路并报警。温度传感器用于检测农业灌溉系统工作时的温度，本系统选用的是sht11温度传感器，通过检测到的电机工作时的温度，结合三相工作电压和电流来确定电机的工作状态。具体传感器电路如图2所示。

1系统构成原理及其功能

根据水稻灌溉和施肥的技术要求，设计了基于PLC的水肥一体化监控系统，如图1所示。该系统可分为两个部分:一是以PLC作为远程现场数据采集和控制终端，对水稻生长环境中的土壤水分、水位、空气温湿度、光照强度和灌溉用水量等数据进行实时采集。同时，通过触摸屏或上位机可以对PLC进行参数设置，经过逻辑判断后，可以实现手动或自动控制电动阀门和泵等执行设备完成灌溉和施肥作业。二是上位机(PC)通过无线数传模块与下位机(PLC)实时进行数据交换与处理，并根据水稻不同生育期内需水、需肥的技术要求，发送控制指令，远程自动完成灌溉与施肥作业。

2系统软件设计

整个监控系统软件设计包括3个部分:下位用三菱FX2N－32MR系列PLC作为主控制器，配有FX2N－4AD模拟量输入模块，主要完成格田模拟量数据采集和现场控制任务;现场人机界面触摸屏程序，利用触摸屏方便操作人员现场进行手动操作和参数设置;上位机软件设计通过RS485通信方式，将PLC采集的数据进行处理，同时根据用户要求进行远程的实时监控作用。2．1PLC主程序设计PLC作为监控系统的现场单元，在整个系统的数据采集和处理中具有重要地位［9－10］。首先，进行程序初始化设置，将寄存器D8120=H4081和D8121=1～15完成通信格式和站号设定，通信协议采用计算机链路方式的通信格式。其次，进行模量采集程序设计，并将采集的数据存入指定的寄存器供触摸屏和上位机使用。最后，根据触摸屏或上位机发送的控制命令，PLC经过逻辑判断完成相应的操作。PLC的主程序流程图如图2所示。2．2触摸屏软件设计触摸屏采用深圳显控公司“Samkoon”—SA系列人机界面(HMI)，型号为SA－5．7A。触摸屏内部集成了CPU单元、输入输出单元、显示屏及内存等模块单元，采用先进的计算机软件技术，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，为现场操作人员使用，界面清晰易懂、简单实用［11－12］。同时，提供了开放的通信接口，方便与三菱、西门子、欧姆龙等多款PLC进行连接。在程序主界面设计中，设置用户登录密码，以保证操作的可靠性，防止非操作人员进行误操作。整个触摸屏程序设计分3部分:一是主界面设计，用户可以通过主界面直接记录现场监测数据以及各相应执行设备的运行情况;二是主管道操作界面设计，主要完成主管道中的注水阀、注药阀和增压泵的控制操作，将水、药送入肥料罐，进行充分混合，做好灌溉准备;三是作业区操作界面设计，将灌溉格田分成4个大小相同的区域，操作人员根据作业要求在现场可以直接对各区进行灌溉施肥。触摸屏主界面如图3所示。2．3上位机软件设计上位机采用联想工业级计算机，具有运行稳定、高可靠性、运算速度快等优点。同时，利用不间断电源来实现短时间掉电保护功能，提高系统的可靠性和数据安全［13－15］。上位机软件选用DELPHY7作为编程软件，以无线通信方式完成对现场数据的采集和分析处理，根据控制要求对执行设备进行远程控制。另外，将采集的数据存入数据库，供管理者或操作人员对数据进行查询和分析对比。上位机具有短信服务功能，可以方便管理者通过短信方式实时监测水稻在不同生育期内的生长环境和生长状况，从而更好地制订今后的施肥灌溉方案。上位机监控软件的主界面如图4所示。上位机软件可以使操作员位于控制室内的计算机终端，实现对水稻的远程手自动控制，节省人力物力。同时，系统操作简单、执行可靠性高，较以往的管理模式更具科学性，大幅度提高了水稻水肥一体化技术的应用效果。

3结论

通过利用水肥一体化无线监控系统，改善了以往的农业灌溉技术，使水稻的灌溉水和肥料高效、集中地分布于在作物根层附近。其不但利用率高，还避免了深层渗漏，从而减轻了对环境的负面影响，有效地增加土壤水分含量，减少水稻病虫害和农药用量，降低了农药残留，提高了水稻的质量和产量。该系统在前进农场近1年的使用中，取得较好的效果，为实现和促进垦区水稻生产的标准化、信息化和集约化发展提供了必要的保障。

作者：石建飞 曹洪军 衣淑娟 田芳明 单位：黑龙江八一农垦大学 信息技术学院