生态温室雨水综合利用自动化控制系统研究

郭志冬

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000）

1.前言

上世纪70年代，电子技术迅猛发展，微型计算机问世，促进温室综合自动化控制技术良好发展，1974年荷兰将计算机作为温室气候控制系统的核心部分，而从80年代到90年代，以色列温室技术更新了三代。国内温室技术从上世纪60年代开始，采用简易的塑料大棚针对蔬菜进行种植，直到80年代初，才从美国、保加利亚以及荷兰等国引进了成套设备，为后续生态温室雨水综合利用自动化控制系统的良好研发奠定基础。

2.生态温室雨水综合利用自动化控制系统的必要性

在农业发展的几千年历史之中，针对雨水进行充分有效的利用，是节水灌溉工作中的重要内容，同样对于农业生产起到了极其重要的影响。水资源紧缺的社会现实，促进人们越来越重视集雨农业技术。国内针对雨水利用技术的系统化研究，是从上世纪80年代开始的，在这些年来的不断研究中，取得了良好的进展。但是需要注意的是，集雨农业本身涉及到了较多的方面，设计环节的复杂性以及系统性，对于技术要求较高，其中包含了收集、存储、输送以及最终利用等环节，针对这种情况，就需要有着较高自动化的调节和控制系统作为支撑，才能促进该项技术系统能够在无人值守的情况下自动运转。自动化控制系统的研发和推广，对于现阶段生态温室雨水的综合利用工作具有十分重要的作用，能够有效推进现代农业自动化的发展，为促进农业经济的健康稳定增长提供良好的前提技术条件。

3.生态温室雨水综合利用自动化控制系统的组织部分和工作原理

在实际应用过程中，生态温室雨水综合利用自动化控制系统需要针对雨水进行收集、过滤，并将过滤后的雨水存储到集雨池之中，这样当该系统下达相应的灌溉命令的时候，就能够在水泵的作用下及时提取雨水，开启田间灌溉设备，从而针对农作物进行有效灌溉。从控制系统本身的实际运行流程来看，就能够发现该系统之中主要包含了三个方面：一是雨水收集系统，其中包含雨水收集设备和存储设备；二是田间灌溉系统，该子系统中涵盖了田间监测设备、供水电网以及灌溉设备这三个方面；三是自动控制系统，其中主要是分为硬件设施和软件设施两个方面。针对生态温室雨水综合利用自动化控制系统的具体组成部分情况进行分析，能够发现其中主要包含了棚膜、集雨槽、排水口、集雨池、水泵、井口、水桶、输水管、铁架、电磁阀、土壤湿度传感器、灌水器（滴头和滴灌管）、支管、配电箱（仪表）、电脑以及转换模块等方面。

3.1 雨水收集系统

雨水收集系统（见图1）是生态温室雨水综合利用自动化控制系统之中的重要组成部分，顾名思义，就是针对雨水进行收集的运行系统，其中主要包含了集雨池、温室棚膜、集雨槽和排水管这四个方面，涵盖了收集设备和储存设备。

图1 雨水收集系统效果图

3.2 田间灌溉系统

生态温室内部的雨水利用系统需要采用自动化控制的方式，因而在针对其中的各方面系统组成部分进行有效选择和控制的时候，需要选择一些能够有效连接到自动化设备的系统，这样才能有效推进自动化手段的良好实施。对于田间灌溉系统来说，需要针对适用范围、省水以及省电等方面条件进行充分考量，同时还需要尽可能地选用一些设备投资价格较低的设备。田间灌溉系统中采用了滴灌方式，内镶式滴灌管，是该系统中常用的滴灌带，其中壁厚为0.02mm，直径为16mm，而出水孔之间的距离为30cm。在连接滴灌管的过程中，使用了聚乙烯硬塑管的输水支管，其直径是30mm[1]。

3.3 自动化控制系统

生态温室雨水综合利用自动化控制系统中的核心设计部分就是自动化方面，系统本身的自动化强度和优劣效果，将能够直接影响到系统整体的功能强弱效果。本文中的生态温室雨水综合利用自动化控制系统中，主要采用了智能仪表，将其作为核心控制系统，能够有效开展智能化的自动控制工作，促进自动化控制工作更为全面的开展。温室雨水自动化控制系统之中主要包含了硬件设施和软件设施两个方面，其中硬件设施中包含了上位机、下位机以及执行结构、检测传感器、声光报警电路以及具体的控制电路等多方面。工控机作为自动化控制系统中的上位机，其能够针对系统的运行时间进行良好设定，同时准确控制好灌区的具体灌溉参数。而下位机方面，则主要是选择了智能仪表，在具体的通讯接口中，需要将其与转换器进行良好的连接，一般采用的转换器为RS232和RS485[2]。

4.生态温室雨水综合利用自动化控制系统软件设计

控制系统在实际应用的过程中，需要在上位机上安装好事先编制好的软件，这样将能够有效控制后相应的下位机和田间各项设备。本文控制系统中的上位机软件设计过程中主要是采用了组态王和Visual C++6.0这两种软件形式[3]。

4.1 作物土壤相对含水量查询系统

设计作物土壤相对含水量的查询系统，将能够为自动化控制系统的良好运行提供前提条件。首先需要设计好该查询系统自身的作物名称和类型，将其作为相应的变量，并以此为根据开展作物灌溉信息和土壤相对含水量的查询工作，从而具有较强的应用效果[4]。以温室常见蔬菜土壤含水量的相关情况为例，针对含水量查询系统的应用情况进行介绍，具体情况如下表1。

表1 温室常见蔬菜土壤含水量的相关情况表

而具体在查询相关数据的过程中，首先需要针对地区进行选择，然后针对温室类型进行选择，在此基础上选择相应的灌溉方式和土壤类型；其次，需要选择作物类型和作物名称；最后，需要点击相应的查询按钮，系统页面将会直接显示出具体的结果。

4.2 自动化灌溉软件设计工作

针对自动化灌溉软件进行有效设计，需要全面掌握其具体的运行流程，从雨水收集出发，按照田间作物自身的需水情况，按照缺水时候自动灌溉的原则进行设计，直到满足田间作物的需水要求后停止灌溉，这样将能够实现整体的自动化效果[5]。在具体设计自动化灌溉软件过程中，首先需要针对系统的主界面进行设计，其中主要是包含了工作间、室外和种植区域这三个部分，而在界面之中能够直接显示出来温室作物自身的土壤湿度和温度情况[6]。其次，需要针对参数设置界面进行设计，从土壤相对含水量查询系统软件出发，按照实际作物的种植情况针对土壤含水量的报警值进行设定，这样将能够有效确定出最终灌溉系统的启动条件。通常情况下，针对土壤含水量报警值进行设定的过程中，需要将报警值设定在3%～5%的范围内，只有在这个区间内，才会诱发相应的报警条件，从而完成相应的灌溉工作[7]。

4.3 灌溉趋势曲线查询界面

在针对生态温室雨水综合利用自动化控制系统本身进行设计的过程中，需要重点关注到灌溉趋势曲线的查询界面方面，通过这一曲线能够有效表现出土壤温湿度变量的实际变化情况，能为自动化控制系统的实际运行工作提供良好的数据支持。在具体的设计工作中，主要采用了组态王软件，而在这方面包含了实时曲线和历史趋势曲线[8]。

5.生态温室雨水综合利用自动化控制系统的可靠性分析和测试工作

做好生态温室雨水综合利用自动化控制系统的设计工作之后，为了有效保证其正常应用效果，需要做好相应的可靠性分析和测试工作，为系统提供良好的运行分析数据。首先，需要做好设备仪器方面的安装和校准工作，这就需要从设备的具体设计要求出发，按照具体的安装标准和规范开展具体的配置工作。当前生态温室雨水综合利用自动化控制系统在正式使用的时候，需要安装的硬件设备包含了温室试验田、控制室以及温室配电柜这三个方面。按照温室试验区域的实际环境进行综合考虑，做好田间灌溉部分的设备安装工作，通常需要使用到支管和滴灌管，使其二者保持良好的连接效果，并将支管和水桶连接[9]。其次，需要做好测试工作，这其中需要选用专门的试验基地，可以根据系统需求选择合适的地区和环境条件，主要是针对自动化灌溉控制和手动灌溉控制的差异性进行测试和对比。

6.结束语

将温室雨水利用的理念和自动化控制技术进行完美融合，通过土壤温湿度传感器针对土壤的实际情况进行全面监测，同时根据作物本身土壤含水量数值的具体变化状态，针对温室雨水自动化灌溉系统进行有效设计，这样将能有效提升温室内部灌溉的自动化效果，不仅减少了劳动量，同时还有效提升了生产效率。本文针对生态温室雨水综合利用自动化控制系统的实际设计和研究过程作了细致的分析和介绍，尤其是针对水收集系统、田间灌溉系统和自动控制系统方面的设计和应用过程进行充分研究，这将能够为该系统在未来农业发展过程中的广泛应用提供良好的前提条件。

【参考文献】

[1]吴帆.基于计算机C++语言的温室雨水自动化灌溉系统设计[J].江苏农业科学,2016,44(12):368-372.

[2]李雪辉,李继晓.关于生态小区雨水综合利用标准问题的探讨[J].中国标准化,2016,(8x):28-29.

[3]徐志强,秦忠强,苏晓,等.天津生态城雨水综合利用现状与建议[J].中国给水排水,2016,(12):44-49.

[4]王慧中.城市雨水生态处理与湿地生态系统改善技术及示范[J].中国科技成果,2015,(7):9-10.

[5]魏昊轩,赵新宇,董俊伟,等.郑州大学新校区雨水综合利用技术方案探究[J].建筑工程技术与设计,2015,(12):125-126.

[6]李新燕,李敏,孙德智.宜兴某学校低影响开发雨水收集利用系统设计研究[A].2016全国水环境污染控制与生态修复技术高级研讨会论文集[C].2016.

[7]刘峥,李佳怿,吕洁,等.基于雨水综合利用的居住区景观设计研究[J].住宅与房地产,2016,(1X):158-159.

[8]梁秀连,周怿,刁海峰.浅谈城市雨水综合利用决策及调蓄、渗透技术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2015,(11):179-180.

[9]张飞,胡秀云,代勤.武汉城区雨水综合利用可行性及案例分析[J].山西建筑,2016,42(15):131-132.