浅谈灌区智能节水灌溉系统设计

刘波 陈立 蒋辉霞 何清燕 陈爽

摘 要：我国经济建设发展异常迅速，伴随着经济的上升，生态环境资源的消耗也在逐渐增加。现阶段我国水资源利用率不高而导致水资源匮乏的问题日益凸显，而农业作为我国主要经济产业其水资源利用的问题就尤为重要。节水灌溉工程可以有效提高水资源的利用率，同时还可以更好的促进农业的生产与发展。但现阶段节水灌溉工程与设计中还存在很多的问题，因此本文针对节水灌溉工程与设计中的问题及措施进行具体分析。

关键词：智能节水；系统设计；实现

引言

农业现代化是实现中国梦建设中的一个非常重要的阶段，农业灌溉是农业发展中的重中之重，为了实现农业发展接轨于我国可持续发展的国家战略，将节水灌溉技术推向一个新台阶。探究节水灌溉已经成为农业工作者中比较关注的课题。

1农业节水灌溉简介

农作物的灌溉方式主要包含粗放式的灌溉技术和节水灌溉技术两种，前者属于传统灌溉技术，后者属于新型灌溉技术。节水灌溉能够按照农作物的需水情况、土壤条件以及气候温度等对农作物进行适量灌溉的一种方法，该灌溉技术能够在确保农作物产量不受影响的前提下，选择一定的灌溉设备对农作物进行灌溉，使其充分利用当地的水资源，为农业创造最佳的经济、环境、社会效益。因此，我们在对节水灌溉进行理解时，不能将其简单理解成一种减少灌溉用水量的灌溉形式，其实质上能够利用不同的技术措施，对农作物进行针对性灌溉，降低土壤水分蒸发，减少无益耗水，提升农作物对土壤以及降水利用率的综合性灌溉方式。分析我国现阶段使用的农业灌区工程，最主要的节水途径包含渠道防渗、推广滴灌、喷灌、管灌等。从农业灌区长远发展来看，需要强化灌溉用水管理、科学、合理使用水资源，尽量培养节水型农作物，从根本上降低对水资源的需求，实现节水目的。

2智能节水灌溉系统应用

2.1系统的总体设计

智能节水的总体设计如图一所示，该系统应用了AT89C51单片机进行实现，应用湿度传感设备XR61TDR采集湿度信息，得到的电流信号在经过处理之后，便可获得电压信号，之后在将其转换成数字信号，最后由单片机对该信号实施相应的处理[1]。在使用温度传感设备对DS18B20采集温度，在對信号进行内部处理之后，便可获得数字信号，在利用单片机对该信号实施处理。在系统采集到湿度值和温度值之后，将数值送到LED显示电路，经过模糊控制算法的计算，便可对水泵开关实施智能控制。

图1总设计框图

2.2湿度采样以及转换

对土壤的湿度进行采样，可应用湿度传感设备得到模拟信号，在两倍放大之后可获得电压范围的标准0-5.0V。之后在实施A/D转换，单片机系统只需要查询ADC0809传输过来的标志信号，便可知道A/D的转换有没有完成，如果完成了转换，便可将测量完成的湿度数据利用PO端空口进行读取，在处理过后，便可控制水泵的开关。

2.3选择温度传感器

第一套方案：应用热敏电阻。对其的应用可有效满足35℃以上，95℃以下的测量范围，但是电阻的可靠性、重复性以及精度会比较差，针对检测精度不超过1℃的温度信号并不适用。第二套方案：应用温度传感设备。对于该设备的应用有着质量轻和线行度好的特征，其性能非常稳定，测量的范围可控制在-50℃-+125℃，电源电压在5-10V之间，误差非常小，有良好的稳定行，能最大限度地满足设计的需求。

2.4水泵控制电路

应用继电器对电路进行控制，利用单片机当中的P3.1作为高平板，反之，P3.1为低电平。为了实现单片机的控制目的，要将电路放大，可应用9015三级管对信号进行放大。51单片机控制部分单片机控制涵盖了单片机电路、晶振电路和复位电路等构成要件。这一部分为电路的关键部分，可应用单片机AT89C51进行控制，在该单片机当中，设置了4kB单元的程序存储设备和数字存储设备[2]。因此，系统不需要对外部的存储系统进行扩展，可将硬件部分减少。

2.5数字现实部分

在数字显示电路当中，有4位共阳极LED显示设备2个、键盘控制电路一个。其中一个显示设备可对实际的温度值进行显示，另外一个LED显示设备可对湿度进行设定。共阳极LED显示设备当中的阴极以及单片机AT89C51的P1口连接，对于段码的显示可由CPU利用P1口将其传送到LED显示设备的阴极。位扫描码可利用单片机AT89C51当中的P2.0等进行输出，在利用译码设备进行译码之后，再利用同相驱动设备将其译码传送到显示设备的阳极，选通对应位。在单片机当中，输出的电压和电流并不能对数码管进行驱动，可应用9015三极管对其实施驱动。

3应用模糊控算法实施智能节水

对于模糊控制的执行，在计算机当中一定要结合相应的算法实现，其最终的目的为在连续精确量的输入中，可利用模糊推理的计算模式，将精确的控制值求出来[3]。其中，模糊控制算法的种类比较多，经常使用的计算方式为合成推理查表、解析公式以及关系矩阵等。在真实的系统当中，单片机可利用查表的形式对模糊控制进行实现。在差表法当中，要先对模糊控制响应表进行制造，在对系统软件进行设计的过程中，要先将表格放置在ROM存储区域的某个位置当中，以便在查表时进行使用。

4农业节水灌溉的发展策略

4.1完善灌区渠系建设

针对灌区渠系存在的水资源渗漏问题，需要做好相应的配套工作，按照水利工程灌区的现状，强化渠道衬砌力度，完善水利工程灌区渠系及相应的配套措施，设置水量测试设施，降低水资源使用过程中的渗漏问题，坚决杜绝跑水、漏水等问题的出现，提升渠系用水的利用率。

4.2强化渠系调整及管理

我国水利工程灌区大部分都具有约30年的历史，属于老灌区。农民为了方便用水，一般都想要在干渠上边直接开口建闸，自己分水，甚至还有部分农民想要独自建闸分水，这样一来，虽然部分农民用水方便了，但是会给水渠中水资源分配、调度、管理带来一定的问题，出现水资源浪费，水费征收困难。想要有效改善老灌区发展现状，需要强化管理能力，增加有效灌溉面积，完成渠系调整以及合并工作。

5结束语

我国的农业水利工程建设在提高农业生产的质量和产量的同时也一定要做到保护生态环境和节约水资源。针对目前我国农业水利节水灌溉工程当中存在的问题，相关的工程负责人员要增强管理规划制度的科学性和合理性，招标专业性强的设计单位或人员，并对相关技术人员进行定期的培训，全方位的提高我国水利工程节水灌溉的质量。

参考文献：

[1]吴炳方，闫娜娜，曾红伟，蒋礼平，朱伟伟.节水灌溉农业的空间认知与建议[J].中国科学院院刊，2017，32（01）：70-77.

[2]袁寿其，李红，王新坤.中国节水灌溉装备发展现状?问题?趋势与建议[J].排灌机械工程学报，2015，33（01）：78-92.