农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用探讨

魏颖琼 安昭先 安进强 魏学桃

摘 要 和传统的灌溉技术相比，智能遥控灌溉会在机井处设置远程监控设备，通过物联网技术对其进行控制，有利于水资源的合理调配，强化农业灌溉管理体系，同时还能够有效保护生态环境，提高社会经济效益。基于此，对农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用进行探讨，为农业经济有序发展提供参考。

关键词 农业灌溉;智能化;农业生产

中图分类号：S274 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.29.092

农业灌溉智能化是将计算机技术、电子信息技术以及物联网遥感技术综合在一起，实现农作物灌溉实时监测的管理方法。该体系的建立能够实现农作物的远程遥控和管理，包括灌溉用水量、灌溉时间间隔等。与传统大面积灌溉技术相比，智能化灌溉系统的应用能够有效节约水资源，并实现远程智能控制，对于建立更加完善的现代化农业灌溉管理体系有着积极的促进作用。

1 田间信息智能化采集

对于田间信息智能化采集的研究，应探讨推广过程及应用中仍然存在的技术问题。从目前应用情况来看，传感器和传感模式的选择是目前主要面临的技术问题。田间数据采集虽然能够帮助农民解决劳动力短缺问题，但是数据在传输时所需要的成本较高，增加了农业生产的经济成本。因此，需要积极讨论出进行低成本数据采集的方法，同时优化田间自动灌溉和和测量系统。例如，引入新的控制设备，使其能够完成断点续灌，同时可以进行短信播报，提示农户目前的灌溉情况。同时还可以建立适合在田间使用的互联网管理平台，为农户提供优质的农业服务，借此提高系统的运行效果。

1.1 田间信息采集传感器节点网络化扩展研究

前期已经有了GSM单节点传感器的研究，未来可以在此基础之上继续进行研究，其内容要适应大型灌区的测控需求。通过分析田间采集数据信息传输特点，将zigbee作为理论依据进行扩展研究，从而研制出组网便捷性较强且运行成本较低的传感器[1]。

1.2 精准灌溉土壤，研究自动测控设备

灌溉系统可以识别土壤的具体情况，并根据土壤的具体情况对其进行自动测控与灌溉。结合前期的研究成本，同时对比目前的实用效果，通过调研了解国内外对于农作物水量的研究以及土壤情报预测的方法，以此为基础构建一个水灌溉知识系统。完善农业水灌溉的管理控制系统，研制出田间无线阀门控制系统的配套设备，从而提升系统运行过程的稳定性。

1.3 技术水平与应用范围

传统灌溉技术在应用过程中主要依靠人力进行劳作，具备较强的滞后性，且工作效率较低，很难在短时间内完成大范围的灌溉任务。目前的农业灌溉技术涉猎范围非常广，是一项综合性非常强的技术，包括工程、自动化、农业、通信、信息处理等领域。同时，利用互联网技术能够实现农业节水灌溉，减少农业生产成本，且系统进行灌溉面积以及数据采集节点控制时，不再受其他因素所控制，具备较高的自由度。通过田间信息采集传感器，可以帮助农民采集到土壤以及植物的信息，借助网络实现低投入、多功能的农业灌溉[2]。另外，系统的应用有助于农业更加健康和快速的发展，这也有利于集成化、定量化、规范化的农业生态节水。本项研究现在已经处于国内领先水平，且研究成果适用于北方的干旱以及南方的季节性干旱灌溉管理，具备非常高的应用价值。

2 智能灌溉测控云终端

2.1 技术功能

智能灌溉测控云终端的主要组成部分包括数据采集单元、控制执行单元、通信单元、数据加密单元以及处理单元等。整个测控云终端的智能技术包含许多功能，可以对用水以及用电进行计量采集，也可以对管道的通水压力、灌溉时地下水位信息进行采集。平台在接收到反馈信息后可以及时进行处理，处理结果和采集数据可以直接存储到云端，这样能够对现场的灌溉进行实时监测，并对自动水泵和阀门进行远程控制[3]。另外，系统还设定了防盗报警功能，设置了IC卡控制，如果水泵出现了非法启用的情况，也可以及时报警，加快了问题的处理速度。

2.1.1 显示功能

整个智能化系统的显示屏采用的是液晶屏。显示屏上可以轮流显示现场的应用信息，如总的用水量、总的用电量、剩余金额、是否出现报警信息、水位情况以及水压力情况等，技术人员根据这些显示信息，可以采用手动调整的方式来干扰系统运行，使其恢复到合理的工作状态。

2.1.2 计量功能

通过系统的计量功能，可以精确计量农户所需的总用水量、在灌溉时所用的总电量以及水泵的使用时间，这些内容都可以通过计量装置完整地记录下来。同时记录单还可以显示出每家每户的剩余金额和累计用水量，并通过网络对于每家的位置以及管道压力值进行动态监测，从而确保农户用水的安全性。

2.1.3 存储历史记录的功能

每一个智能遥控云终端可以存储约200个用户信息，保存的数据量可以超过1万个。所记录的用户数据信息包括刷卡时间、刷卡次数、卡中余额、使用的水量以及用电量等，还可以对监测内容进行进一步细化，如用户每个泵的总用水量以及用电量，都可以进行准确记录和存储，为智能系统的完善提供参考。

2.1.4 断电保护功能

如果设备在运行过程中出现突然断电的情况，再次通电后，水泵不会直接启动，需要用户再次刷卡后水泵才会启动，这样也避免了用户离开期间，水泵自行恢复运转后带来的水资源浪费。系统在设计中也会配置备用电源，如果出现停电情况，系统将会自动切换成太阳能资源或者后备电源，做到不间断供电。

2.1.5 断相保護功能

在运行过程中，三相输入电源出现断相情况，设备会立即发出报警信号，且水泵会立刻停止运输。若三相输入电源出现断线的情况，或者是水泵在运行时电流、电压不够稳定，控制水泵将会在8 s后停止运行，避免水泵因为电压和电流不稳定而出现损坏。

2.1.6 自检预警功能

系统发出报警信号后没有得到及时处理，系统将会每天进行一次预警信息上报，直到预警问题得到解决。同时系统中的设备也具有自动报警功能，如水泵房箱体被非法打开时，系统就会发出报警信号，而系统也会及时响应，并向中心发送报警信息，同时启动蜂鸣报警，报警持续时间至少30 s，若报警后没有得到及时处理，系统将会每天上报一次，直到问题得到解决。

2.1.7 位移报警功能

在水泵使用过程中，一旦出现移动或者倾斜度过大的问题，很容易出现运行故障。如果水泵箱体被非法移动，或者将其倾斜了45°以上，设备会立刻向中心发送报警信息，同时会启动蜂鸣报警，报警持续时间至少30 s。如果报警之后没有及时处理，将会每天上报，直到问题得到解决。

2.1.8 电网线路断一相报警

有时电网电路会因为运行不稳定或故障问题，导致断一相的问题。与上述情况类似，设备会迅速向中心发送报警信息，然后蜂鸣30 s。

2.1.9 线路断三箱报警

线路有时会因为设备故障或者运行不稳定出现断三相问题，出现断三相问题之后，系统也会自动报警，并持续蜂鸣30 s，蜂鸣报警完毕后，如果未处理，每天都会上报一次信息。

2.1.10 终端停电与来电

380 V的电源在停电后再次来电时，系统会立刻向中心发送提示信息，为检修工作的进行提供参考。在系统的构成中，如果阀门、压力变送器、电能表、计量表以及传感器等结构出现运行故障，系统都会自动向中心发送报警信息，如果没有及时处理，会每天定时上报。遇到用户余额不足的情况时，使用屏幕将会不停地闪烁提示信息，同时蜂鸣报警器也会持续响动，在用户余额为零时，水泵也将停止供水。在此期间，如果已经被通知需要关停水泵而又出现非法启用的情况，水泵将会立刻向中心发送信息，报警后信息没有及时处理，也会每日上报。

2.2 功能特点

在灌溉时可以采取刷卡取水制，智能灌溉系统可以使用IC卡进行控制，一个IC卡可以控制多口井，也可以一口井由多个IC卡进行控制，操作起来比较容易。系统使用的是内嵌宽电压稳压电路，这种电路在使用过程中即便是电网电压不稳定，也能够保证系统灌溉时可以稳定运行。

使用无线网络传输功能，并利用智能化灌溉技术是符合国家机井类数据监测要求的。即便是没有软件以及硬件的资金投入，也可以随时启动或者屏蔽阶梯的计费功能。

3 结语

我国一直以来都是一个农业大国，水资源相对短缺。现代农业发展的目标就是合理利用有限的水资源来发展高效农业，而智能化精准灌溉是可以实现这一目标的。将田间传感器、控制器以及互联网结合在一起进行应用，可以让灌溉过程变得更加便利，使农民不再局限于有限的空间中，这对于实现农业高产高效，促进农业经济快速发展有着积极的意义。

参考文献：

[1] 高国昌.农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用[J].河北农机，2016（6）：11，13.

[2] 董征宇.基于物联网的葡萄园信息获取与智能灌溉系统设计[J].农机化研究，2018，40（4）：206-209.

[3] 陳立军.传感器节点网络技术在智能灌溉系统中的应用[J].中国高新区，2018（9）：215-216.

（责任编辑：赵中正）