灌溉系統(tǒng)范文

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篇1

關(guān)鍵詞：小管出流 灌溉系統(tǒng)

（一）小管出流灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)與適用條件

小管出流灌溉系統(tǒng)是中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院研究開(kāi)發(fā)成功的一種微灌系統(tǒng)。它主要是針對(duì)國(guó)產(chǎn)微灌系統(tǒng)在使用過(guò)程中，灌水器易被堵塞的難題和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平不高的現(xiàn)實(shí)，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(shí)際要求的微灌系統(tǒng)。主要適宜于保護(hù)地蔬菜、花卉栽培中應(yīng)用，在保護(hù)地應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)可配合地膜覆蓋，以降低保護(hù)地環(huán)境濕度。小管出流灌溉系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)：

（1）節(jié)能、堵塞問(wèn)題小、水質(zhì)凈化處理簡(jiǎn)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(tǒng)灌水器易于堵塞的難題。因此，一般只要在系統(tǒng)首部安裝60～80目的篩網(wǎng)式過(guò)濾器就足夠了（滴灌系統(tǒng)過(guò)濾器的過(guò)濾介質(zhì)則需要120～200目）。如果利用水質(zhì)良好的井水灌溉或水質(zhì)較好水池灌溉，也可以不安裝過(guò)濾器。同時(shí)，由于過(guò)濾器的網(wǎng)眼大、水頭損失小，既減少能量消耗，又可延長(zhǎng)沖洗周期。

（2）施肥方便果樹(shù)施肥時(shí)，可將化肥液注入管道內(nèi)隨灌溉水進(jìn)入作物根區(qū)土壤中，也可把肥料均勻地撒于滲溝內(nèi)溶解，隨水進(jìn)入土壤。特別是施有機(jī)肥時(shí)，可將各種有機(jī)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(fā)揮肥效，解決了滴灌不能施有機(jī)肥的問(wèn)題。

（3）省水小管出流灌溉是一種局部灌溉技術(shù)，只濕潤(rùn)滲水溝兩側(cè)作物根系活動(dòng)層的部分土壤，水的利用率高，而且是管網(wǎng)輸配水，沒(méi)有輸滲漏損失。據(jù)北京海淀區(qū)試驗(yàn)，可比地面灌溉節(jié)約用水60％以上。

（4）適應(yīng)性強(qiáng)對(duì)各種地形、土壤、各種果樹(shù)等均可適用。

（5）操作簡(jiǎn)單，管理方便。

這些特點(diǎn)正好與當(dāng)前我國(guó)果樹(shù)栽培管理水平相適應(yīng)，因而該項(xiàng)技術(shù)自1978年在北京市海淀區(qū)果園試驗(yàn)以來(lái)，很快得到推廣應(yīng)用。

（二）小管出流田間灌水系統(tǒng)的組成

小管出流田間灌水系統(tǒng)包括支、毛管道及滲水溝。如圖4-19所示。滲水溝可以繞樹(shù)修筑，也可以順樹(shù)行開(kāi)挖。前者多用于高大的成齡果樹(shù)，并稱之為繞樹(shù)環(huán)溝，溝的直徑約為樹(shù)冠直徑的2／3；后者則用于密植果樹(shù)，或葡萄園、蔬菜等，一般每隔2～3米用土埂隔開(kāi)，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(shù)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(zhǎng)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(nèi)露出10～15厘米。

（三）小管出流灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．小管規(guī)格的選擇目前國(guó)內(nèi)可供選擇的塑料小管有內(nèi)徑d為3毫米、4毫米、6毫米等三種PE塑料管。應(yīng)根據(jù)流量、技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析，選擇合適的規(guī)格。對(duì)于φ3、φ4和φ6小管，常用流量q（升／小時(shí)）在不同工作水頭H（米）情況下的小管長(zhǎng)度，如表4-22所示。

由表4－22可以看出：

（1）內(nèi)徑d為3毫米的小管其優(yōu)點(diǎn)是在一定的毛管長(zhǎng)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(duì)地形變化影響小，且支管流量小，有利于減少系統(tǒng)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(zhì)土壤的果園，毛管采用雙向布置時(shí)，要求小管出流量達(dá)120升／小時(shí)以上，小管計(jì)算長(zhǎng)度往往達(dá)不到安裝要求。另一方面內(nèi)徑為3毫米的小管尚沒(méi)有制造出專用接頭，一般是直接插于毛管上，插入長(zhǎng)度不易掌握，毛管內(nèi)產(chǎn)生的局部水頭損失不易估計(jì)，而且可能插入深，小管進(jìn)口與毛管內(nèi)壁接觸，小管時(shí)流受阻，甚至不出水。這種安裝方法對(duì)毛管打孔要求嚴(yán)格。如果打孔太小，會(huì)出現(xiàn)"卡脖"，打孔偏大則出現(xiàn)漏水。

（2）內(nèi)徑d為4毫米的小管在工作水頭4～6米時(shí)，常用流量范圍內(nèi)的長(zhǎng)度L＝1．01～3．71米，這在技術(shù)上是可以接受的。這個(gè)工作水頭雖然對(duì)灌水均勻度反應(yīng)較內(nèi)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(duì)比例是比較小的，是可以允許的，采用較大流量時(shí)，可用較高工作水頭，以保證安裝要求的長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)已有內(nèi)徑4毫米小管的接頭，完全可以克服內(nèi)徑為3毫米的小管安裝上可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

（3）內(nèi)徑d為6毫米的小管，則出水量和灌水均勻度對(duì)小管的長(zhǎng)度反應(yīng)敏感，一般不采用。

因此，目前選用內(nèi)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(nèi)徑d為3毫米的小管，但要安裝合適。

由實(shí)驗(yàn)測(cè)得φ4小管的經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)式（4－33），該式可用于確定φ4小管的長(zhǎng)度：

2．小管灌水器的結(jié)構(gòu)小管灌水器有兩種結(jié)構(gòu)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(gè)穩(wěn)流器與φ4塑料小管連接插入毛管而成。第一種的價(jià)格比第二種便宜，但水力計(jì)算較麻煩，為了滿足設(shè)計(jì)均勻度，必須計(jì)算出沿毛管每根小管的長(zhǎng)度。第二種小管長(zhǎng)度可以不必計(jì)算，只要滿足安裝的需要即可。其缺點(diǎn)是目前使用的補(bǔ)償器流量偏小，只有40升＼小時(shí)。對(duì)于大果樹(shù)每株樹(shù)可以插兩個(gè)灌水器。

轉(zhuǎn)貼于 3．小管灌水器的流量小管灌水器的流量應(yīng)滿足在滲水溝內(nèi)具有較高流速，在開(kāi)灌后的很短時(shí)間內(nèi)水流封溝，以達(dá)到沿溝水量分布均勻。常用灌水器流量為80～120升／小時(shí)。輕質(zhì)上應(yīng)取高值。

4．滲水溝的結(jié)構(gòu)滲水溝的橫斷面結(jié)構(gòu)如圖4－20所示。試驗(yàn)表明較深窄的滲水溝水流封為較快，但是其結(jié)構(gòu)往往由開(kāi)溝工具決定。目前多用鐵鍬開(kāi)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(zhǎng)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(dá)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(zhǎng)度不同，設(shè)計(jì)方法類似于滴灌。建議的毛管布設(shè)方式見(jiàn)表4-23所示。

篇2

關(guān)鍵詞：自壓管道 灌溉系統(tǒng) 灌區(qū) 節(jié)水改造

白河堡水庫(kù)灌區(qū)是北京市十大灌區(qū)之一，灌區(qū)內(nèi)有輸水干渠4條，總長(zhǎng)度92.12公里，控制灌溉面積32.4萬(wàn)畝，是延慶縣最大的自流灌區(qū)。灌區(qū)原規(guī)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(duì)地形起伏變化適應(yīng)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(kù)灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造時(shí)，我局根據(jù)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(diǎn)，在支渠建設(shè)中，改變傳統(tǒng)的襯砌渠道方式，配套自壓管道灌溉系統(tǒng)，在節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工、便于管理等方面取得較好的效果。實(shí)踐證明，自壓管道灌溉系統(tǒng)是一項(xiàng)值得在灌區(qū)節(jié)水改造中推廣應(yīng)用的技術(shù)。

1．自壓管道灌溉系統(tǒng)的機(jī)理和組成

1．1自壓管道灌溉系統(tǒng)的機(jī)理

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

1．2自壓管道灌溉系統(tǒng)的組成

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

首部樞紐的作用主要是保證有足夠的水量供應(yīng)，同時(shí)，保證水質(zhì)清潔，避免管網(wǎng)堵塞。

2．自壓管道灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)

2．1需要收集的基本資料

自壓管道灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)之前，必須收集以下基本資料，作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。

1 地形地貌；地理位置

灌區(qū)內(nèi)地理位置基本地形和地貌要在局部地形圖上標(biāo)出，并繪出管網(wǎng)的走向及有關(guān)設(shè)施的位置。

2 氣象

灌區(qū)內(nèi)的多年降水量、蒸發(fā)量、主風(fēng)向及風(fēng)速，最高、最低、平均氣溫，無(wú)霜期的長(zhǎng)短 ，日照小時(shí)數(shù)。

3 土壤特性

土壤質(zhì)地，耕層厚度，養(yǎng)分狀況。

4灌區(qū)內(nèi)主要作物分布

灌區(qū)總面積，農(nóng)作物種類，種植比例，各種作物的種植面積。

5經(jīng)濟(jì)情況

規(guī)劃區(qū)內(nèi)人口，勞動(dòng)力，耕地面積，產(chǎn)量，人均收入，交通狀況。

6管道材料

管道材料性能，生產(chǎn)廠家，管材類型。

2．2系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

自壓管道輸水灌溉工程設(shè)計(jì)主要包括八個(gè)方面的內(nèi)容。

1確定管道長(zhǎng)度及走向，并繪制管道縱斷面圖。

2灌溉制度的制定。計(jì)算灌水定額，灌水周期。

3水量平衡分析。根據(jù)灌溉面積確定供需水量。

4管道布局。確定管網(wǎng)的走向、管道各段的長(zhǎng)度。

5確定灌溉方式、灌溉工作制度。

6管道水力計(jì)算。確定管網(wǎng)入口的工作壓力、管道水頭損失、管徑的大小；管道內(nèi)流速校核。

7工程概算。

8經(jīng)濟(jì)效益分析。

2．3系統(tǒng)管網(wǎng)布置及灌溉制度的確定

1管網(wǎng)布置

管網(wǎng)布置的合理與否，對(duì)工程投資、運(yùn)行狀況和管理維護(hù)有很大影響。一般管道布置應(yīng)遵循以下原則。

Ⅰ、充分利用壓力水頭。

Ⅱ、力求管道總長(zhǎng)度短、管線平直，減少折點(diǎn)和起伏。

Ⅲ、灌區(qū)內(nèi)田間固定管道的長(zhǎng)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(shí)不應(yīng)大于75米，雙向控制時(shí)不應(yīng)大于150米。

2灌溉制度的確定

灌溉制度是根據(jù)作物生育期內(nèi)一定的氣候、土壤和耕作技術(shù)條件為獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)行適時(shí)適量灌水的一種制度。其內(nèi)容包括灌水定額、灌溉定額、灌水時(shí)間及次數(shù)。

Ⅰ、灌水定額的確定

在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，采用作物生育期內(nèi)各次灌水量中最大的一次作為設(shè)計(jì)灌水定額。對(duì)于種植不同作物的灌區(qū)，通常采用設(shè)計(jì)時(shí)段內(nèi)主要作物的最大灌水定額作為設(shè)計(jì)灌水定額。

一般灌水上限按田間持水量的85～95%計(jì)算，下限按田間持水量的55～65%計(jì)算。

灌水定額按式2—3—1計(jì)算。

2—3—1

式中： —設(shè)計(jì)灌水定額，mm、m3／畝；

—計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，cm；

—田間持水率；

1、 2—土壤適宜含水量上、下限；

土、 水—計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤干容重、水容重，t／m3。

Ⅱ、灌水周期的確定

根據(jù)灌水臨界期作物最大日需水量值，按式2—3—2計(jì)算理論灌水周期。因?yàn)椋瑢?shí)際灌水中可能會(huì)出現(xiàn)停水、配水設(shè)備故障等原因，故設(shè)計(jì)灌水周期應(yīng)小于理論灌溉周期。

T理=m／Ea＞T設(shè)

2—3—2

式中：T理—理論灌水周期，d（天）；

Ea—控制區(qū)內(nèi)作物最大日需水量，mm／d；

T設(shè)—設(shè)計(jì)灌水周期，d（天）；

m—同前。

控制區(qū)內(nèi)種植不同作物時(shí)，按式2—3—3求權(quán)法計(jì)算理論灌水周期。

2—3—3

式中：T理、m—同前；

A—系統(tǒng)設(shè)計(jì)灌溉總面積，畝；

Eai、Ai—設(shè)計(jì)時(shí)段內(nèi)不同作物最大日需水量、作物種植面積，mm／d、畝。

Ⅲ、灌水設(shè)計(jì)流量的確定

根據(jù)灌水定額、灌溉面積、灌水周期、每天工作的時(shí)間和灌溉水利用系數(shù)計(jì)算灌溉設(shè)計(jì)流量。用式2—3—4計(jì)算。

2—3—4

式中 設(shè)—灌溉設(shè)計(jì)流量，m3／h；

m、A、T—同前；

—灌溉水利用系數(shù)，一般取0.80－0.90；

t—每天工作的時(shí)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(jì)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(dá)到規(guī)劃區(qū)內(nèi)節(jié)水增產(chǎn)的目的，應(yīng)采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，減少灌水定額。當(dāng)出現(xiàn)供水量小于需水量時(shí)，應(yīng)開(kāi)辟新的水源。無(wú)新水源時(shí)應(yīng)重新調(diào)整作物結(jié)構(gòu)布局或減少灌溉面積。

3灌溉工作制度

傳統(tǒng)灌溉方式是續(xù)灌和輪灌相結(jié)合的方法，即：支管之間采用輪灌，支管內(nèi)采用續(xù)灌。

Ⅰ、系統(tǒng)輪灌組數(shù)目的確定，用式2—3—6計(jì)算

N=int（nq／Q設(shè)）

2—3—6

式中：N—系統(tǒng)輪灌組數(shù)；

n—系統(tǒng)出水口總數(shù)；

q—出水口的出水量，m3／h；

int—取整符號(hào)；

Q設(shè)—同前。

Ⅱ、出水口實(shí)際出水量計(jì)算，按式2—3—7計(jì)算

q=NQ設(shè)／n

2—3—7

式中：所有符號(hào)同前。

Ⅲ、同時(shí)工作出水口數(shù)目的確定，按式2—3—8計(jì)算

X=int（n／N）

2—3—8

式中：X—同時(shí)工作的出水口數(shù)

其它符號(hào)同前。

Ⅳ、每個(gè)輪灌組工作時(shí)間，按式2—3—9計(jì)算

tN=T／N

2—3—9

式中：tN—每個(gè)輪灌組工作時(shí)間，h；

T、N—同前。

2．4水力計(jì)算

1管網(wǎng)各級(jí)管道的流量計(jì)算

在管網(wǎng)管道流量計(jì)算時(shí)，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(jù)輪灌組及出水口的水量，同時(shí)工作的出水口數(shù)，計(jì)算支管道的流量。

2—4—1

式中： 支—支管進(jìn)口流量，m3／h；

—支管控制的出水口數(shù)；

—同前。

Ⅱ、干管流量的確定

干管內(nèi)的水量是同時(shí)工作支管水量的總和。即：

2—4—2

式中： 干—干管進(jìn)口流量，m3／h；

干—干管控制支管數(shù)；

支—同前。

2管網(wǎng)水力計(jì)算

Ⅰ、給水栓工作水頭

在采用移動(dòng)軟管灌溉系統(tǒng)中，一般軟管直徑為φ50～φ100，長(zhǎng)度不超過(guò)100米。此時(shí)給水栓工作水頭用式3—4—3計(jì)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(dòng)軟管沿程水頭損失，m；

Hgy—移動(dòng)軟管出口與給水栓出口高差，m。

當(dāng)給水栓直接配水入渠道時(shí)：Hg=0.2～0.3，m。

轉(zhuǎn)貼于 Ⅱ、管網(wǎng)各管段管徑的確定

自壓管網(wǎng)水力計(jì)算是根據(jù)：設(shè)計(jì)水量、管網(wǎng)入口壓力確定管網(wǎng)中各級(jí)管徑，各節(jié)點(diǎn)壓力。最后選用與計(jì)算出的管徑接近的商用管徑。管徑選定后要進(jìn)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(jì)算。

2—4—4

式中： —管道內(nèi)徑，mm（m）；

—沿程水頭損失摩阻系數(shù)；

—管道內(nèi)設(shè)計(jì)流量，m3/h（m3/s）；

—流量系數(shù)；

—管徑系數(shù)。

—平均水力坡度。為管段上游節(jié)點(diǎn)與下游節(jié)點(diǎn)水頭差除以管段長(zhǎng)度。

經(jīng)濟(jì)流速的確定原則：

通過(guò)流量大時(shí)，應(yīng)選擇較小值；反之，應(yīng)選擇較大值。干管選擇較小值，支管選擇較大值。

Ⅲ、管網(wǎng)水頭損失計(jì)算

沿程水頭損失計(jì)算：

根據(jù)選定的管材、管徑、設(shè)計(jì)流量、管道長(zhǎng)度，按式2—4—5計(jì)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(zhǎng)度，m；

—管道內(nèi)設(shè)計(jì)流量，m3/h（m3/s）；

—管道內(nèi)徑，mm（m）；

—沿程水頭損失摩阻系數(shù)；

—流量系數(shù)；

—管徑系數(shù)。

地面軟管沿程水頭損失通常采用塑料硬管計(jì)算公式計(jì)算，然后，乘以一個(gè)系數(shù)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(shù)來(lái)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(shù)；

—斷面平均流速，m/s；

—重力加速度，m/s2。

一般為簡(jiǎn)化計(jì)算，按沿程水頭損失的10%～15%計(jì)算。

3輸水管道性能的選擇

Ⅰ、輸水管道設(shè)計(jì)要求的工作壓力確定。管材允許工作壓力應(yīng)為管道最大正常工作壓力的1.4倍。當(dāng)管道可能產(chǎn)生較大水擊壓力時(shí)，管材的允許工作壓力應(yīng)不小于水擊時(shí)的最大壓力。

Ⅱ、管壁要均勻一致。

Ⅲ、管材內(nèi)壁要光滑。

Ⅳ、管與管、管與管件連接要方便。

2．5水擊壓力計(jì)算與保護(hù)裝置

1水擊壓力計(jì)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(shí)按式3—4—8計(jì)算。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉歷時(shí)不大于一個(gè)水擊相時(shí)，此時(shí)所產(chǎn)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(shí)，s；

—計(jì)算管段長(zhǎng)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(guān)閥門(mén)為正，開(kāi)閘門(mén)為負(fù)；

—閘門(mén)前水的速度，m/s；

—關(guān)閉閥門(mén)的時(shí)間，s；

、 、 、 —同前。

2防止水擊壓力的措施

Ⅰ、操作運(yùn)行中應(yīng)緩慢啟閉閥門(mén)，以延長(zhǎng)閥門(mén)啟閉時(shí)間，從而避免產(chǎn)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(nèi)流速成正比，因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)控制管內(nèi)流速不超過(guò)最大流速限制范圍。

Ⅲ、由于水擊壓力與管道長(zhǎng)度成正比，因此，在設(shè)計(jì)中可隔一定距離設(shè)置具有自由水面的調(diào)壓井或安裝安全閥和進(jìn)排氣閥，以縮短管道長(zhǎng)度，削減水擊壓力。

3安全保護(hù)裝置

管道輸水灌溉系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置主要有進(jìn)（排）氣閥、安全閥、調(diào)壓裝置、逆止閥等。

Ⅰ、進(jìn)排氣閥的選擇

進(jìn)排氣閥按式2—5—6選擇。一般在順坡布置安裝在管道系統(tǒng)首部，逆坡布置時(shí)在管道系統(tǒng)尾端，安裝在管道系統(tǒng)的凸起處，管道朝水流方向下折及超過(guò)10度的變坡處。

2—5—6

式中： —進(jìn)排氣閥通氣孔直徑，mm；

—被保護(hù)管道內(nèi)徑，mm；

—被保護(hù)管道內(nèi)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(hù)作用。

3．自壓式管道輸水灌溉管理及技術(shù)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(guān)系。建是基礎(chǔ)，管是關(guān)鍵，用好增產(chǎn)是目的。在保證管道系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量的前提下，只有管好用好才能充分發(fā)揮效益。

3．1管理制度

自壓管道灌溉系統(tǒng)也需要有完善的管理制度，如果沒(méi)有一套與其相適應(yīng)的管理措施，也是不能正常運(yùn)行的。要從以下四個(gè)方面完善管理制度：

1建立健全管理組織；

2依法管水；

3實(shí)行管理責(zé)任制；

4建立管理考核標(biāo)準(zhǔn)

3．2自壓管道灌溉系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)要求

1灌溉前必須首先打開(kāi)應(yīng)澆地塊的給水栓，每條主管道打開(kāi)的給水栓數(shù)不少于3個(gè)。

2打開(kāi)給水栓后，再開(kāi)進(jìn)水閘，閘門(mén)開(kāi)啟度應(yīng)根據(jù)渠道水位，滿足管道用水量，待壓力池水位和堰頂一平，穩(wěn)定為好。

3灌溉結(jié)束后，先關(guān)閉進(jìn)水閘，然后再關(guān)閉給水栓。

4冬灌結(jié)束后，必須將管道內(nèi)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(tǒng)效果分析

自壓管道灌溉系統(tǒng)與明渠灌溉相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1節(jié)水、節(jié)能

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

由于用管道輸水，減少了滲漏和蒸發(fā)損失，綜合節(jié)能在20%～30%。

2省地、省工

自壓管道灌溉系統(tǒng)中管道埋入地下，比明渠灌溉減少占用耕地2%，對(duì)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(shí)現(xiàn)規(guī)范化、系統(tǒng)化；輸水時(shí)間短，縮短了輪灌期，節(jié)省了工日。

3適應(yīng)性強(qiáng)、管理方便

自壓管道灌溉系統(tǒng)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(shè)備比較簡(jiǎn)單，技術(shù)容易掌握，管理方便，用水量便于控制和計(jì)量 ，并為農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

4使用壽命長(zhǎng)

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(yíng)鄉(xiāng)3000畝蔬菜基地自壓管道節(jié)水灌溉工程，以白河堡水庫(kù)北干渠為水源地，設(shè)首部沉淀過(guò)濾池和調(diào)節(jié)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(jié)水灌溉系統(tǒng)完成后，項(xiàng)目區(qū)的面貌發(fā)生了根本性變化，灌溉條件得到明顯改善。經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益有了顯著變化，在全縣的節(jié)水灌溉建設(shè)和管理上起到了真正的示范樣板作用，對(duì)延慶縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機(jī)制改革和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整具有深遠(yuǎn)意義。

5．1經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)節(jié)水灌溉工程的建設(shè)，改善了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，結(jié)合農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和名、特、優(yōu)、新品種的發(fā)展，必將會(huì)提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入。

1增產(chǎn)效益

農(nóng)田實(shí)行節(jié)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(shí)灌水，提高灌水質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。每畝按2000K量，單價(jià)按1.2元/Kg計(jì)，每畝年增加收入1250元，每年可增加收入375萬(wàn)元。

2節(jié)水效益

與土渠灌溉相比，自壓管道灌溉每畝每年可節(jié)水100m3；項(xiàng)目區(qū)年節(jié)水總量為30萬(wàn)m3。每方水按0.12元計(jì)，可節(jié)約水費(fèi)開(kāi)支3.6萬(wàn)元。節(jié)水轉(zhuǎn)移效益按每方水0.08元計(jì)，每年可增加效益2.4萬(wàn)元。

3省工效益

管灌每畝每年可節(jié)省人工3工日，項(xiàng)目區(qū)每年節(jié)省人工9000工日，節(jié)省人工支出18萬(wàn)元。

4節(jié)地效益

據(jù)測(cè)算，管灌可增加有效種植面積5%左右，項(xiàng)目區(qū)可增加有效種植面積150畝。

實(shí)踐證明，自壓管道灌溉系統(tǒng)節(jié)水效果明顯，減少了水資源的浪費(fèi)，緩解了當(dāng)?shù)氐乃Y源供需矛盾，提高了當(dāng)?shù)氐墓喔人胶娃r(nóng)業(yè)抗御干旱災(zāi)害的能力，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)制度改革和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整。運(yùn)用自壓管道灌溉系統(tǒng)后，每年節(jié)約用水30萬(wàn)m3，節(jié)約的水為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的其他發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)外部環(huán)境和整體面貌也將發(fā)生根本性變化，不僅豐富了城鄉(xiāng)居民的“菜籃子”，還綠化美化了環(huán)境，改變了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)意識(shí)。使農(nóng)民認(rèn)識(shí)到節(jié)水改造的好處，深深體會(huì)到水利是農(nóng)業(yè)的命脈，只有水利設(shè)施的發(fā)展，才能改變農(nóng)業(yè)的面貌，才能富裕農(nóng)民。

5．2生態(tài)環(huán)境效益分析

項(xiàng)目區(qū)應(yīng)用自壓管道灌溉系統(tǒng)以后，使得當(dāng)?shù)胤N植結(jié)構(gòu)得到了調(diào)整，水土流失得到有效控制，土地成方連片，糧果豐收，綠樹(shù)成行，水資源供需矛盾得到緩解，環(huán)境優(yōu)美。同時(shí)，水土資源的利用更趨于合理，并可以把當(dāng)?shù)氐姆N植、養(yǎng)殖、加工和旅游有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以開(kāi)發(fā)促旅游，旅游促發(fā)展的生態(tài)農(nóng)業(yè)雛形基本形成，項(xiàng)目示范區(qū)當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活環(huán)境面貌煥然一新。采用節(jié)水措施，減少農(nóng)業(yè)用水量，相應(yīng)減少了對(duì)地下水的開(kāi)采量，對(duì)涵養(yǎng)補(bǔ)充地下水起到一定作用，節(jié)約的地表水，可增加對(duì)官?gòu)d水庫(kù)的補(bǔ)水，對(duì)恢復(fù)官?gòu)d水庫(kù)飲用水源功能有著重大意義。

6．結(jié)束語(yǔ)

篇3

關(guān)鍵詞：園林 灌溉系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 施工

1、研究背景

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

2、灌溉技術(shù)發(fā)展史

隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)和能源、水資源危機(jī)的逐步加劇,園林灌溉系統(tǒng)正趨向更加環(huán)保化、能耗節(jié)省化、控制智能化、行業(yè)開(kāi)放化、噴灑低壓、利用綜合化、用途多向化等技術(shù)快速開(kāi)發(fā)[2]。

2.1灌溉方式的多樣化

植物供水作為園林灌溉系統(tǒng)的主要對(duì)象,基于植物的各異性,必須有針對(duì)性的對(duì)不同植物的需水規(guī)律和需水量提供“精準(zhǔn)”灌溉。隨著園林灌溉系統(tǒng)的進(jìn)一步創(chuàng)新研發(fā),對(duì)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(qū)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(shù)木根部灌溉等。然后,針對(duì)園林綠地植物的多元化需求,同一個(gè)灌溉系統(tǒng)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(jié)合地上灌、地面灌、淺層灌、深層灌,統(tǒng)一調(diào)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(tǒng)。

2.2灌溉產(chǎn)品的多樣化

在園林灌溉產(chǎn)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(tǒng)。我國(guó)的園林灌溉設(shè)備產(chǎn)品與世界的同類相比,距離還相差很大。其主要表現(xiàn)在產(chǎn)品類型單調(diào),配件不全,質(zhì)量控制體系和質(zhì)量檢測(cè)手段相對(duì)來(lái)說(shuō)不成熟。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的控制器和電磁閥可靠性不高,在小型電子控制器研發(fā)方面,還留有空白。

3、灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工

3.1灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，更多的新技術(shù)、新材料開(kāi)始運(yùn)用于市政園林灌溉系統(tǒng)之中，灌溉方式也從簡(jiǎn)單噴灌向著噴灌、滴灌、微灌、涌泉灌等多種灌溉相結(jié)合的系統(tǒng)性灌溉過(guò)渡，并開(kāi)始將準(zhǔn)確把握植物需水規(guī)律的“精確”灌溉作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)中應(yīng)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(shè)備的隱蔽性以保證景觀效果的美化。可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)提高灌溉的精確程度，達(dá)到提高效率和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的雙重效果。

灌溉系統(tǒng)由水源、首部樞紐、管網(wǎng)以及噴頭等部分組成。首先應(yīng)保證水源的水量及水質(zhì)，在市政園林灌溉中通常選擇城市供水系統(tǒng)；首部樞紐一般包括動(dòng)力設(shè)備、水泵、水表、壓力表，以及控制設(shè)備等，用于取水、加壓、水質(zhì)處理和系統(tǒng)控制。在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)水源條件、灌溉產(chǎn)品類型及灌溉對(duì)象適當(dāng)增減設(shè)備。管網(wǎng)包括不同管徑的干管、支管、毛管等，作為壓力水的運(yùn)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(qū)域的設(shè)施，可根據(jù)不同情況選擇不同射程的噴灌、滴灌或微灌產(chǎn)品。

在灌溉方式上，應(yīng)以整體噴灌與局部滴灌或微灌的方式相結(jié)合，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇全自動(dòng)或半自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中全自動(dòng)系統(tǒng)可通過(guò)預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)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(dòng)開(kāi)閉水泵并按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉，可極大地降低人工成本和資源浪費(fèi)。

3.2灌溉系統(tǒng)施工

牽連到有關(guān)建筑物的施工更改,應(yīng)嚴(yán)格符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

(1)在施工開(kāi)始之前,需要確定好相應(yīng)的水源位置,測(cè)量并記錄靜態(tài)水壓。

(2)清晰把握整體布局設(shè)計(jì)規(guī)劃,并了解當(dāng)?shù)氐膬鐾翆雍穸?明確水管線的埋深度。

(3)根據(jù)不同型號(hào)噴頭的工作壓力、出水量,做好選擇合適的噴頭型號(hào)工作。

(4)放線,定點(diǎn)。根據(jù)不同噴頭直徑所噴灑的距離,確定兩個(gè)噴頭之間的間距,同時(shí)還需要考慮當(dāng)時(shí)給水的壓力、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等。點(diǎn)噴頭之前,其控制點(diǎn),邊角點(diǎn)必須先點(diǎn)上,并統(tǒng)計(jì)管材管件數(shù)量。一般的布置方式選用正三角形布置,而對(duì)于正方形布置,應(yīng)注意的一個(gè)限制因素就是最大間距對(duì)角線的限制。

(5)開(kāi)挖噴灌溝。開(kāi)挖之前,要分開(kāi)放置表層土與下面的陰土或者建筑垃圾,管溝找準(zhǔn)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(hào)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(zhuǎn)一圈,停一分鐘以防接口接觸不全面。

(7)測(cè)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(dāng)?shù)氐慕ㄖ?/p>

4、節(jié)水灌溉系統(tǒng)的建設(shè)

隨著世界性能源問(wèn)題的出現(xiàn)，市政園林除了其發(fā)揮其美化城市生活、調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境等作用外，其節(jié)能性也逐漸受到人們的關(guān)注。節(jié)約型生態(tài)園林概念的提出，對(duì)灌溉系統(tǒng)提出了更高的要求，促進(jìn)灌溉系統(tǒng)不斷向低成本、低能耗、多樣化、自動(dòng)化的節(jié)水、節(jié)能、節(jié)勞的方向發(fā)展。

首先，應(yīng)以不同植物的灌溉特點(diǎn)優(yōu)選灌溉方式及灌溉器具。低矮易蒸發(fā)的草地宜采取射程較遠(yuǎn)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(shè)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(shí)土透水性、透氣性差的問(wèn)題。而時(shí)令花卉與修剪型灌木則應(yīng)分析具體情況，以滴灌、微灌或人工澆灌相結(jié)合的方式操作。其次，管材和配件的選擇直接關(guān)系到節(jié)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(chǎn)生漏水現(xiàn)象，故應(yīng)選擇質(zhì)量較好，柔韌度較高的UPVC或PE材料。而將某一區(qū)域的入口水壓保持在同一最佳范圍內(nèi)，可產(chǎn)生更為均勻的灌溉效果，因此可在入口管道處設(shè)置水壓調(diào)節(jié)器，使灌溉器在最適壓力下工作。此外，灌溉系統(tǒng)后期的維護(hù)和對(duì)自動(dòng)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(yīng)合理設(shè)計(jì)和運(yùn)用灌溉技術(shù)，根據(jù)不同的園林環(huán)境設(shè)置不同的灌溉模式，為城市節(jié)約型生態(tài)園林的建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

5、結(jié)語(yǔ)

園林灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工是否科學(xué)合理,直接關(guān)系到園林的綠地植物是否健康成長(zhǎng)及其水資源是否科學(xué)合理利用。針對(duì)這種情況,我國(guó)必須在借鑒國(guó)外先進(jìn)的灌溉技術(shù)的前提下,加大技術(shù)研發(fā)資金投入,科學(xué)創(chuàng)新,與時(shí)俱進(jìn),實(shí)現(xiàn)資源的綜合可持續(xù)利用,創(chuàng)造更多的園林企業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

篇4

摘 要：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中，運(yùn)用有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能化灌溉，不僅成本較為高昂，整體布設(shè)過(guò)程也很復(fù)雜，需要花費(fèi)大量的人力物力。正是基于這種情況，相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)了ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，主要利用的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、超聲波水位傳感器以及土壤水分傳感器等，整體系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)信息反饋和數(shù)據(jù)收集，十分便利。本文從ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分析入手，對(duì)硬件實(shí)施方案以及軟件實(shí)施方案進(jìn)行了集中的闡釋，旨在為技術(shù)研究人員提供有價(jià)值的技術(shù)建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：ZigBee；智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)；硬件；軟件

中圖分類號(hào)：S275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230059

1 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的參數(shù)包括用戶終端系統(tǒng)、主控制器、ZigBee內(nèi)部協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)以及監(jiān)控系統(tǒng)等，利用節(jié)點(diǎn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，并借助控制命令優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行流程。另外，在ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到農(nóng)田水位超標(biāo)后，就會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)斷電制動(dòng)，系統(tǒng)能利用其自身系統(tǒng)控制參數(shù)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，從而有效地停止灌溉操作。而針對(duì)檢測(cè)水位在閾值范圍以下時(shí)，需要利用系統(tǒng)自動(dòng)化控制功能開(kāi)啟電磁閥，確保振動(dòng)控制灌溉項(xiàng)目。技術(shù)人員要利用模塊對(duì)開(kāi)啟灌溉和停止灌溉進(jìn)行集中管理，針對(duì)狀態(tài)信息以及終端節(jié)點(diǎn)建立有效的控制框架[1]。

2 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的硬件實(shí)施方案

ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)主控制結(jié)構(gòu)主要包括微處理芯片、USB和SPI等，結(jié)合圖像傳感器和MCI，能優(yōu)化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效管理目標(biāo)，并且可以利用JAVA進(jìn)行編程操作，將信息緩存后直接輸入到存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)控制模塊中。

2.1 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

ZigBee技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能有效實(shí)現(xiàn)低能耗和低成本，同時(shí)保證整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)安全可靠，正是基于其自組網(wǎng)能力，能在定義標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈層級(jí)和物理層級(jí)的優(yōu)化連接，保證工作參數(shù)運(yùn)行環(huán)境維系在2.4G赫茲、868赫茲以及915赫茲3個(gè)頻段結(jié)構(gòu)中，并保證拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)運(yùn)行的完整度。

2.2 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的控制模塊電路設(shè)計(jì)

要想實(shí)現(xiàn)整體ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，就要保證系統(tǒng)在TC35i模塊能有效維護(hù)主控制器和用戶之間的數(shù)據(jù)交流，保證傳遞結(jié)構(gòu)的安全可靠。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)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(shí)序性，符合接口需求，利用40幀電纜線對(duì)主控制器和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行集中管控。在電源接線引腳數(shù)據(jù)處理時(shí)，技術(shù)人員要保證短信息收發(fā)和軟件流的系統(tǒng)化控制，確保工作狀態(tài)引腳也能得到有效傳遞[2]。

2.3 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制模塊設(shè)計(jì)

ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)之所以能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管控，主要是基于網(wǎng)絡(luò)連接和智能模塊技術(shù)，借助節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管控，確保能隨時(shí)隨地提高灌溉系統(tǒng)的訪問(wèn)實(shí)效性。除此之外，在系統(tǒng)內(nèi)還要借助主控制器嵌入以太網(wǎng)，從而有效支持控制層協(xié)議，利用物理結(jié)構(gòu)芯片提升處理水平。

3 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的軟件實(shí)施方案

3.1 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)中，借助自動(dòng)組網(wǎng)層級(jí)能實(shí)現(xiàn)ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，技術(shù)人員要對(duì)農(nóng)田水位的上限和下限進(jìn)行集中管理，保證水位、土壤以及電磁閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。另外，在系統(tǒng)中能借助路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制器管理，保證信息用戶終端對(duì)數(shù)據(jù)建立集中采集機(jī)制，能在提升系統(tǒng)容錯(cuò)能力的同時(shí)，保證控制組網(wǎng)的可靠性。

3.2 基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的控制模塊應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

在ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，要滿足實(shí)時(shí)性需求，對(duì)短信息標(biāo)志位進(jìn)行集中關(guān)注，從而保證檢測(cè)程序發(fā)揮實(shí)效性。

3.3 基于ZigBee的智能r業(yè)灌溉系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)搜索設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)搜索設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，能在提升系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)有效性的同時(shí)，優(yōu)化異地管控終端結(jié)構(gòu)，確保控制命令在發(fā)送后實(shí)現(xiàn)灌溉操作。特別要注意的是，在系統(tǒng)嵌入結(jié)構(gòu)中，技術(shù)人員要遵循HTTP通信協(xié)議，保證結(jié)構(gòu)的有效性和完整度[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，ZigBee智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的推廣，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化農(nóng)業(yè)管理項(xiàng)目的有效運(yùn)行，不僅能運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和系統(tǒng)管理，也能進(jìn)一步升級(jí)參數(shù)解析能力，一定程度上推動(dòng)了農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]滕志軍，何建強(qiáng)，李國(guó)強(qiáng)，等.基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（3）：681-684.

篇5

【關(guān)鍵詞】風(fēng)景園林；灌溉系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；施工

1 市政園林灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近年來(lái)，在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，更多的新技術(shù)、新材料開(kāi)始運(yùn)用于市政園林灌溉系統(tǒng)之中，灌溉方式也從簡(jiǎn)單單一的噴灌向著噴灌、滴灌、微灌、涌泉灌等多種灌溉相結(jié)合的系統(tǒng)性灌溉過(guò)渡，并開(kāi)始將準(zhǔn)確把握植物需水規(guī)律的“精確”灌溉作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)中應(yīng)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(shè)備的隱蔽性以保證景觀效果的美化，可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)提高灌溉的精確程度，達(dá)到提高效率和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的雙重效果。

灌溉系統(tǒng)由水源、首部樞紐、管網(wǎng)以及噴頭等部分組成。首先應(yīng)保證水源的水量及水質(zhì)，在市政園林灌溉中通常選擇城市供水系統(tǒng)；首部樞紐一般包括動(dòng)力設(shè)備、水泵、水表、壓力表，以及控制設(shè)備等，用于取水、加壓、水質(zhì)處理和系統(tǒng)控制，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)水源條件、灌溉產(chǎn)品類型及灌溉對(duì)象適當(dāng)增減設(shè)備；管網(wǎng)包括不同管徑的干管、支管、毛管等，作為壓力水的運(yùn)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(qū)域的設(shè)施，可根據(jù)不同情況選擇不同射程的噴灌、滴灌或微灌產(chǎn)品。

在灌溉方式上，應(yīng)以整體噴灌與局部滴灌或微灌的方式相結(jié)合，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇全自動(dòng)或半自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中全自動(dòng)系統(tǒng)可通過(guò)預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)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(dòng)開(kāi)閉水泵并按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉，可極大地降低人工成本和資源浪費(fèi)。

2 灌溉系統(tǒng)施工中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題

施工前，應(yīng)先確定水源的靜態(tài)水壓。通過(guò)描繪精確的施工圖把握住系統(tǒng)的整體布局，并根據(jù)地區(qū)凍土層厚度確定挖埋管線的深度。根據(jù)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(yīng)互相壓蓋25%～30%，實(shí)際操作可以單獨(dú)將小塊綠地分開(kāi)布置，布置方式可選正三角形或正方形，并從中間進(jìn)行施工。一般的埋地式噴頭應(yīng)低于地面以下5mm，此外還應(yīng)注意噴頭射程與馬路和建筑物間的距離。開(kāi)挖噴灌溝時(shí)要找好坡度，并盡量保證其平直，溝下不應(yīng)有尖銳的東西。連接管材時(shí)，應(yīng)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(zhuǎn)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(tǒng)與其他市政設(shè)施的整體協(xié)調(diào)，如管網(wǎng)的鋪埋與其他地下隱蔽工程的配合、處理好各工程間的關(guān)系、促進(jìn)統(tǒng)一的規(guī)劃和實(shí)施。施工完成后，還應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

3 節(jié)水灌溉系統(tǒng)的建設(shè)

隨著世界性能源問(wèn)題的出現(xiàn)，市政園林除了其發(fā)揮其美化城市生活、調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境等作用外，其節(jié)能性也逐漸受到人們的關(guān)注。節(jié)約型生態(tài)園林概念的提出，對(duì)灌溉系統(tǒng)提出了更高的要求，促進(jìn)灌溉系統(tǒng)不斷向低成本、低能耗、多樣化、自動(dòng)化的節(jié)水、節(jié)能、節(jié)勞的方向發(fā)展。

首先，應(yīng)以不同植物的灌溉特點(diǎn)優(yōu)選灌溉方式及灌溉器具。低矮易蒸發(fā)的草地宜采取射程較遠(yuǎn)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(shè)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(shí)土透水性、透氣性差的問(wèn)題；而時(shí)令花卉與修剪型灌木則應(yīng)分析具體情況，以滴灌、微灌或人工澆灌相結(jié)合的方式操作。

其次，管材和配件的選擇直接關(guān)系到節(jié)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(chǎn)生漏水現(xiàn)象，故應(yīng)選擇質(zhì)量較好，柔韌度較高的UPVC或PE材料。將某一區(qū)域的入口水壓保持在同一最佳范圍內(nèi)，可產(chǎn)生更為均勻的灌溉效果，因此可在入口管道處設(shè)置水壓調(diào)節(jié)器，使灌溉器在最適壓力下工作。此外，灌溉系統(tǒng)后期的維護(hù)和對(duì)自動(dòng)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(yīng)合理設(shè)計(jì)和運(yùn)用灌溉技術(shù)，根據(jù)不同的園林環(huán)境設(shè)置不同的灌溉模式，為城市節(jié)約型生態(tài)園林的建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]李婷.怎樣評(píng)價(jià)你的園林灌溉系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)科技推廣，2005（02）

[2]王超英.市政園林灌溉系統(tǒng)施工與設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2009（12）

[3]關(guān)濤.園林灌溉系統(tǒng)施工技術(shù)探討[J].經(jīng)營(yíng)管理者，2012（17）

篇6

【關(guān)鍵詞】C8051F340；can；物聯(lián)網(wǎng)；cp2200

物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口眾多，對(duì)糧食蔬菜等農(nóng)作物需求巨大，隨著農(nóng)村大量勞動(dòng)力流向城市，農(nóng)村勞動(dòng)力長(zhǎng)遠(yuǎn)看會(huì)出現(xiàn)短缺，而我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉中大多還是采用傳統(tǒng)的灌溉方式，不僅耗人力而且水資源也是浪費(fèi)，傳統(tǒng)的灌溉還有不及時(shí)，效率低，灌溉量不精確等問(wèn)題。本文提出了智能大棚灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，研究了通過(guò)傳感器檢測(cè)來(lái)判定是否灌溉，灌溉是否完成，充分考慮關(guān)照，溫濕度等對(duì)需求量的影響，并考慮到不同季節(jié)不同作物需水量的不同，通過(guò)水位監(jiān)測(cè)判定是否灌溉完成，通過(guò)vc界面選擇不同季節(jié)，不同作物，通過(guò)傳感器檢測(cè)到的環(huán)境參數(shù)與上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較，判定是否要進(jìn)行灌溉，灌溉量是多少，由上位機(jī)傳達(dá)命令到下位機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，進(jìn)行澆水灌溉，達(dá)到最佳的灌溉效果。

1.總體設(shè)計(jì)

1.1 總體框圖

如圖1所示，由C8051F340構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，傳感器采集的信息輸入到這些從機(jī)，從機(jī)通過(guò)can總線傳遞給主機(jī)C8051F340，主控機(jī)匯總消息，傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)然后傳到上位機(jī)電腦，采集的數(shù)據(jù)信息與上位機(jī)中數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較，分析，優(yōu)化，最后上位機(jī)發(fā)出控制命令控制下位機(jī)工作。

1.2 下位機(jī)框圖

下位機(jī)（如圖2）由C8051F340單片機(jī)和采集裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其中C8051F340單片機(jī)是核心，起控制作用；采集裝置由一些傳感器構(gòu)成。灌溉時(shí)要考慮光照，空氣溫濕度故檢測(cè)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(jiān)測(cè)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)有通風(fēng)裝置，灌溉裝置和加溫裝置，在灌溉時(shí)需要通風(fēng)，而冬天東風(fēng)溫室大棚內(nèi)溫度會(huì)低，故要進(jìn)行加熱升溫，當(dāng)需要灌溉時(shí)，單片機(jī)從機(jī)接收指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)灌溉。

2.硬件設(shè)計(jì)

C8051F340是美國(guó)Silabs公司生產(chǎn)的與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容的高速單片機(jī)，它具有速度高，功耗低，有豐富的設(shè)備，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制所常用的模擬部件、其他數(shù)字外設(shè)和功能部件，是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)及芯片。

2.1 傳感器與單片機(jī)的連接

如圖3，溫濕度傳感器選用SHT11，這是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器，可用來(lái)測(cè)量相對(duì)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(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，可直接通過(guò)I2C總線協(xié)議，由MCU訪問(wèn)。

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(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。

2.2 Can總線

CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線，能有效的支持分布式實(shí)時(shí)控制，主機(jī)向從機(jī)1命令時(shí)，其他從機(jī)可接受命令，但不需要作出反應(yīng)，只有從機(jī)1接受命令并作出反應(yīng)，在CAN總線通信中，控制器采用PHILIPS公司的SJA1000和收發(fā)器選用82C250芯片。為了增強(qiáng)抗干擾能力，選用了高速光電耦合器6N137。單片機(jī)對(duì)SJA1000進(jìn)行初始化，通過(guò)控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。采用雙絞線進(jìn)行連接。SJA1000的AD0-AD7連接到單片機(jī)的8個(gè)I/O接口，對(duì)應(yīng)的引腳相連，單片機(jī)可對(duì)SJA1000執(zhí)行讀寫(xiě)操作，可通過(guò)中斷方式訪問(wèn)SJA1000，如圖4。

2.3 以太網(wǎng)控制器與單片機(jī)連接

如圖5，CP2200是集成了IEEE 802.3以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器（MAC）、10Base-T物理層（PHY）和8KB非易失性FLASH存儲(chǔ)器的單芯片以太網(wǎng)控制器；可以為具有11個(gè)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(wǎng)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(fù)用或非復(fù)用方式尋址；是目前體積最小的單芯片以太網(wǎng)控制器。

將地址總線端口A0～A7接F340的管腳P2.0～P2.7，數(shù)據(jù)總線端口D0～D7接P4.0～P4.7，F(xiàn)340通過(guò)這兩條總線對(duì)CP2200進(jìn)行尋址和數(shù)據(jù)收發(fā)。INT和CS和分別接F340的管腳P3.6和P3.7；單片機(jī)通過(guò)管腳P3.6控制CP2200，CP2200通過(guò)P3.7向單片機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)。

2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)通風(fēng)，灌溉，加熱，執(zhí)行機(jī)構(gòu)均由繼電器間接控制。所用電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，方便控制器控制速度，電磁閥采用220V交流的，型號(hào)：2W-160-15，型式：常閉式（即：通電打開(kāi)，斷電關(guān)閉；）。

2.5 注意事項(xiàng)

（1）電磁閥遠(yuǎn)離控制器，需通過(guò)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(kāi)關(guān)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(guò)小會(huì)造成開(kāi)關(guān)冒火花但電動(dòng)機(jī)不工作。

（3）C8051F340與繼電器之間加反相器，控制電動(dòng)機(jī)，防止啟動(dòng)時(shí)燒壞電源。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)

界面采用vc編程，參數(shù)放置采用數(shù)據(jù)庫(kù)，不同季節(jié)灌溉量不同，不同季節(jié)具體灌溉量在數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)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(biāo)點(diǎn)擊按鈕選擇季節(jié)。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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置在數(shù)據(jù)庫(kù)中，檢測(cè)到的信息與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較。

主機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸接受從機(jī)發(fā)來(lái)的信息，然后通過(guò)無(wú)線傳輸裝置發(fā)送到上位機(jī)PC，上位機(jī)專家系統(tǒng)中有不同作物（西紅柿、茄子、辣椒、西瓜等）的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（不同的作物在不同的季節(jié)所需要的光照，溫度，水分不同，白天晚上溫差大時(shí)所需要的光照也不同），標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)與采集的信息比較后發(fā)出命令，主機(jī)接收上位機(jī)的指令，傳給從機(jī)節(jié)點(diǎn)。

上位機(jī)控制下位機(jī)關(guān)鍵是協(xié)議，協(xié)議要一致，比如在上位機(jī)中設(shè)置ComPort.Settings="4800，n，8，1"那么下位機(jī)程序中要對(duì)應(yīng)，可以這樣寫(xiě)程序：

EA=1；ES=1； TMOD=0x20； SCON= 0x50；

TH1=0xF3；//定時(shí)器初值高8位設(shè)置//12MHZ晶振，波特率為4800

TL1=0xF3；PCON=0x80；TR1=1；

3.2 CAN通信軟件設(shè)計(jì)

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

（2）發(fā)送子程序：發(fā)送時(shí)將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合幀報(bào)文，送入SJA1000發(fā)送緩存區(qū)，啟動(dòng)SJA1000發(fā)送即可。

（3）接收子程序：處理接收?qǐng)?bào)文的過(guò)程中，同時(shí)要對(duì)諸如總線關(guān)閉、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的專家系統(tǒng)，利用C8051F340單片機(jī)與can總線以及以太網(wǎng)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用傳感器檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較做出判斷，溫濕度不同，光照不同時(shí)，電腦自動(dòng)設(shè)置不同的灌溉量，有利于精確灌溉，節(jié)約用水，有利于植物的生長(zhǎng)，節(jié)約了人力資源。

參考文獻(xiàn)

[1]戴春霞，趙德安.基于ARM9內(nèi)核的智能灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(jié)水灌溉控制系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011，6（6）：168-170.

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

[4]陳姣姣.基于C8051 F340嵌入式以太網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2011，25：21.

[5]祝曉東.基于CAN總線的溫室控制系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007，5（5）：118-120.

[6]程月華，毛罕平，李萍萍.設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉量控制模型和營(yíng)養(yǎng)液供給自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)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(jié)點(diǎn)式滲灌自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，8（8）.

篇7

關(guān)鍵詞 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；精量灌溉；作物水分狀況；路由協(xié)議；傳感器節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào) S275.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(zhì)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境改善不可替代的極為寶貴的自然資源。雖然我國(guó)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(guó)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(guó)家之一。另外，我國(guó)南北自然環(huán)境差異大，北方的幾個(gè)省區(qū)更屬少水地區(qū)。近年來(lái)，城市人口劇增，生態(tài)環(huán)境惡化，工農(nóng)業(yè)用水技術(shù)落后，浪費(fèi)嚴(yán)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(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展最主要的因素。因此，在農(nóng)作物、果樹(shù)等的生產(chǎn)和種植中，實(shí)施節(jié)水灌溉勢(shì)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(guó)水資源供求矛盾越來(lái)越突出。解決這個(gè)矛盾的根本出路是大力發(fā)展和推廣精量灌溉，根據(jù)作物需水信息適時(shí)、適量地進(jìn)行科學(xué)灌溉，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的[1]。農(nóng)業(yè)作為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，其對(duì)用水量的需求不言而喻，長(zhǎng)期以來(lái)限于思想觀念、資金支持、技術(shù)設(shè)備等方面的原因，對(duì)作物的灌溉一直沿用傳統(tǒng)落后的大水漫灌。隨著水資源日益短缺與農(nóng)業(yè)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(xiàn)代節(jié)水灌溉模式正逐漸取代傳統(tǒng)的大水漫灌模式。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在精量灌溉中的應(yīng)用

1.1 精量灌溉的意義

農(nóng)業(yè)節(jié)水是以高效用水為核心，其中對(duì)作物實(shí)施精量灌溉一直是節(jié)水灌溉的研究重點(diǎn)，即解決何時(shí)灌和灌多少的問(wèn)題[2]。精量灌溉指通過(guò)微噴、滴灌等方式，根據(jù)農(nóng)作物水分生理特性和需水規(guī)律，以及作物生長(zhǎng)與土壤水分、土壤養(yǎng)分、空氣濕度、大氣溫度等環(huán)境因素的關(guān)系，把握合適的時(shí)機(jī)，掌控適當(dāng)?shù)乃俣龋瑢?shí)施精準(zhǔn)的水量控制，從而擺脫土壤、氣候、水源和灌溉設(shè)施等條件的約束，使農(nóng)田水勢(shì)保持在適宜作物生長(zhǎng)的最佳狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉的目的。

精量灌溉技術(shù)，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(kāi)采過(guò)度的嚴(yán)峻局面，同時(shí)能夠通過(guò)與精確施肥的有效結(jié)合，改善農(nóng)作物、果樹(shù)等的土壤環(huán)境和生長(zhǎng)條件，從而提高作物、果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)，帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。精量灌溉不僅是保證作物生育需水、獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要手段，也是提高肥效和藥效、減少環(huán)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(fèi)，避免雜草滋生，改善土壤條件，降低對(duì)水資源需求的壓力，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活真正做到低投入、高收益。精量灌溉以科學(xué)配水、科學(xué)用水、科學(xué)節(jié)水為核心，可以大大提高水的利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收，是解決我國(guó)農(nóng)業(yè)用水緊張的有效途徑。

1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless　sensor　network，WSN），是由監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布的大量種類繁多的微型傳感器組成，它們通過(guò)無(wú)線通信方式迅速自行組網(wǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行采集、計(jì)算和處理。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被視為繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大廣泛存在的網(wǎng)絡(luò)，其作為信息獲取的重要和常用的新技術(shù)之一，發(fā)展迅速，逐漸深入到人們的生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)中的精量灌溉領(lǐng)域。

1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于精量灌溉的優(yōu)勢(shì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別是農(nóng)業(yè)精量灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。實(shí)現(xiàn)精量灌溉需準(zhǔn)確獲取作物需水信息，并根據(jù)需水信息制訂灌溉控制方案[4]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋面積大、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、兼容性好、感知精度高、應(yīng)用成本低的特點(diǎn)，非常適合于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)精量灌溉，符合農(nóng)作物生長(zhǎng)和果樹(shù)種植的特點(diǎn)和發(fā)展方向，同時(shí)能夠緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用水緊缺的問(wèn)題，有效解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水資源消耗和浪費(fèi)的問(wèn)題。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)深入研究，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施農(nóng)業(yè)精量灌溉呈現(xiàn)出越來(lái)越廣闊的發(fā)展前景。

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們需要消耗大量的人力物力，來(lái)獲取大田中農(nóng)作物的信息，這種方式既耗費(fèi)時(shí)間精力，獲取的信息又很有限。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以針對(duì)大田灌溉中數(shù)據(jù)采集量大的特點(diǎn)，比較方便地實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。實(shí)施精量灌溉必須具備3個(gè)條件：一是掌握詳細(xì)的作物需水資料；二是運(yùn)用先進(jìn)的信息化技術(shù)；三是提供兩者相銜接的大量技術(shù)指標(biāo)，并將這些指標(biāo)轉(zhuǎn)化為遙感標(biāo)識(shí)和模型。可見(jiàn)，作物水分狀況監(jiān)測(cè)是精量灌溉的基礎(chǔ)與保障[5]。通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)田中的土壤和作物水分狀況，確定缺少水分的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)精量灌溉。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)作物水分狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)進(jìn)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(fā)射信號(hào)診斷作物水分狀況等[6]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可用來(lái)采集和監(jiān)測(cè)土壤水分、冠層溫度信息、莖直徑變差、植株蒸騰速率、聲發(fā)射信號(hào)等，這些都為更好地診斷作物水分狀況，同時(shí)結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備和技術(shù)定時(shí)、定量地進(jìn)行精量灌溉提供了必要條件。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）不但可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，而且可實(shí)時(shí)將信息通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送給用戶。將其應(yīng)用于精確農(nóng)業(yè)可有效解決農(nóng)田信息的獲取問(wèn)題[7]。在實(shí)際的農(nóng)田灌溉過(guò)程中，可比較容易地采集土壤濕度等信息，再對(duì)農(nóng)田作物缺水環(huán)境進(jìn)行診斷，并將結(jié)果和解決方案反饋給農(nóng)民。

2 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精量灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于可以對(duì)特定的區(qū)域進(jìn)行大面積監(jiān)控，單個(gè)節(jié)點(diǎn)成本低，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的信息采集工作[8]。利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)施農(nóng)業(yè)精量灌溉，要求控制精度和智能化程度高，可靠性好。灌溉過(guò)程應(yīng)采取自動(dòng)控制模式，這樣可基本消除在灌溉過(guò)程中人為因素造成的不利影響，提高灌溉的準(zhǔn)確性。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了將農(nóng)田土壤和作物水分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的傳輸，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須建立一個(gè)穩(wěn)定、合理的體系結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸。一個(gè)完整的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精量灌溉系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。在這套結(jié)構(gòu)中，利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤墑情和外部環(huán)境，傳感器負(fù)責(zé)采集田間土壤墑情信息，作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)（土壤水分、空氣濕度和溫度）通過(guò)傳感器采得信號(hào)，經(jīng)處理后通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給基站，基站負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)收集和匯總起來(lái)，再發(fā)送給灌溉專家系統(tǒng)，灌溉專家系統(tǒng)的中央處理服務(wù)器根據(jù)接收到的土壤墑情信息數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)時(shí)的天氣情況和后臺(tái)灌溉知識(shí)庫(kù)，決定相應(yīng)的灌溉措施和灌溉決策，并形成灌溉控制指令，再通過(guò)基站發(fā)送給灌溉控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)大面積、農(nóng)業(yè)信息采集自動(dòng)化、灌溉精準(zhǔn)化的精量灌溉。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在其中實(shí)現(xiàn)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(xié)議

隨著國(guó)內(nèi)外WSN的研究發(fā)展，許多路由協(xié)議被提了出來(lái)，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度可以大體把它們分為2類：平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議[9]。比較具有代表性的有泛洪協(xié)議（FLOODING）、定向擴(kuò)散協(xié)議（DD）、低能量自適應(yīng)聚簇分層協(xié)議（LEACH）。

2.2.1 FLOODING協(xié)議。泛洪協(xié)議是最早也是最經(jīng)典的以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。該協(xié)議具有嚴(yán)重缺陷：內(nèi)爆（節(jié)點(diǎn)幾乎同時(shí)從鄰節(jié)點(diǎn)收到多份相同數(shù)據(jù)）、交疊（節(jié)點(diǎn)先后收到監(jiān)控同一區(qū)域的多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幾乎相同的數(shù)據(jù)）、資源利用盲目（節(jié)點(diǎn)不考慮自身資源限制，在任何情況下都轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）[10]。因此，泛洪協(xié)議不適合應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2 DD協(xié)議。定向擴(kuò)散（directed　diffusion）是一種基于查詢的路由協(xié)議。定向擴(kuò)散路由協(xié)議只適合用于少量節(jié)點(diǎn)，否則延時(shí)會(huì)很大。

2.2.3 LEACH協(xié)議。低能量自適應(yīng)聚簇分層LEACH協(xié)議的實(shí)現(xiàn)具體分2個(gè)過(guò)程，即網(wǎng)絡(luò)分群階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。LEACH協(xié)議具有放置方式敏感、低擴(kuò)展性的應(yīng)用特點(diǎn)。

2.2.4 協(xié)議的選擇。為了滿足精量灌溉的需求，在選擇無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議時(shí)，應(yīng)綜合考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳感器節(jié)點(diǎn)部署、數(shù)據(jù)可靠傳輸、復(fù)雜度及低功耗等各種因素。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有與應(yīng)用高度相關(guān)的特點(diǎn)，因而其路由協(xié)議同樣具有多樣性的特點(diǎn)，很難說(shuō)哪個(gè)協(xié)議更為優(yōu)越。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議具有應(yīng)用相關(guān)性，所以還沒(méi)有出現(xiàn)一個(gè)普遍適用的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[11]。需要在農(nóng)作物實(shí)際生產(chǎn)或種植過(guò)程中，根據(jù)地形地貌和作物面積、位置分布來(lái)進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化。

2.3 成本控制

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用于農(nóng)業(yè)精量灌溉領(lǐng)域，由于在大面積的灌溉區(qū)域下，有大量的土壤墑情和農(nóng)作物水分信息需要采集，所以相應(yīng)的需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能單元，應(yīng)具備低功耗、低成本、無(wú)線組網(wǎng)等基本屬性[12]。目前，很多技術(shù)先進(jìn)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(jìn)口，其價(jià)格并不低廉。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)要根據(jù)實(shí)際情況和要達(dá)到的實(shí)際目標(biāo)進(jìn)行布置，適量地控制傳感器的數(shù)目，充分利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)靈活的特點(diǎn)，控制成本。成本的高低是衡量無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能否在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中成功實(shí)施的重要指標(biāo)，只有成本低才能大量部署在大面積的灌溉區(qū)域中，體現(xiàn)出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)精量灌溉中的各種優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)需要高效、精確的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，而將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)精量灌溉中，能提供可靠的土壤濕度和作物水分狀況依據(jù)，從而降低灌溉成本，提高水資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉向精量灌溉方向發(fā)展，大大提高了農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化水平。

4 參考文獻(xiàn)

[1]　高峰，俞立，張文安，等.基于作物水分脅迫聲發(fā)射技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)精量灌溉系統(tǒng)的初步研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，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(tǒng)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（6）：440-441.

[3]　蔡甲冰，劉鈺，雷廷武，等.精量灌溉決策定量指標(biāo)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展，2004，15（4）：531-537.

[4]　韓安太，何勇，陳志強(qiáng)，等.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的茶園分布式灌溉控制系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（9）：173-180.

[5]　高峰，俞立，張文安，等.基于莖直徑變化的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作物精量灌溉系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（11）：7-12.

[6]　高峰，俞立，張文安，等.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的作物水分狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（2）：107-112.

[7]　馮友兵，張榮標(biāo)，沈敏.面向精確灌溉的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40（1）：56-59.

[8]　徐剛，陳立平，張瑞瑞.精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)休眠技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40（z1）：232-236.

[9]　沈波，張世永，鐘亦平.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議[J].軟件學(xué)報(bào)，2006，17（7）：1588-1600.

[10]　唐勇，周明天，張欣.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報(bào)，2006，17（3）：410-421.

篇8

1．1硬件設(shè)計(jì)

1．1．1電源模塊

電源模塊由開(kāi)關(guān)電源和LM317芯片組成。開(kāi)關(guān)電源可以分別輸出+5V和+24V的直流電壓。+5V直流電壓可以驅(qū)動(dòng)繼電器并且為L(zhǎng)M317提供工作電壓。LM317芯片是三端可調(diào)穩(wěn)壓器集成電路芯片，電壓輸出范圍1．2～37V，能承載最大負(fù)載電流為1．5A。LM317內(nèi)置多種保護(hù)電路，其中有過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和安全區(qū)保護(hù)等電路。經(jīng)LM317芯片輸出的+3．3V直流電壓為單片機(jī)最小系統(tǒng)提供正常工作電壓;+24V直流電壓用來(lái)驅(qū)動(dòng)電壓、電流傳感器和報(bào)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(jī)LPC2132。LPC2132是一個(gè)32/16位ARM微控制器，一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)嵌入式跟蹤和實(shí)時(shí)仿真的微控制器，且在其內(nèi)部帶有3種(32kB、64kB、512kB)嵌入式Flash存儲(chǔ)器;基于單片機(jī)內(nèi)部與眾不同的加速結(jié)構(gòu)和128位寬度的存儲(chǔ)器接口，能夠讓32位代碼在時(shí)鐘速率最大的情況下正常運(yùn)行。對(duì)單片機(jī)代碼規(guī)模的嚴(yán)格控制，有著不同的作用和效果，為了代碼規(guī)模降低幅度提高到30%，而其對(duì)應(yīng)的性能損失仍然很小，可以通過(guò)單片機(jī)的Thumb模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。該芯片還具有工作可靠、功耗低，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，以及內(nèi)部資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。芯片內(nèi)部資源豐富主要體現(xiàn)在其內(nèi)部集成的FLASH存儲(chǔ)器足以滿足終端控制程序?qū)τ趩纹瑱C(jī)存儲(chǔ)容量的需要，并且還包括了AD轉(zhuǎn)換模塊、UART串口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、I2C數(shù)據(jù)接口等，可以為終端控制設(shè)備省下大量的元件，不僅使控制終端的結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且降低了成本［2］。

1．1．3傳感檢測(cè)模塊

傳感檢測(cè)模塊包括電壓電流傳感器、振動(dòng)傳感器及溫度傳感器等。通過(guò)電壓、電流傳感器可以測(cè)定出農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)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(hào)線輸出端上串接一個(gè)電阻，測(cè)量出的三相工作電壓和電流可以作為判斷農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)是否正常工作的主要依據(jù)。振動(dòng)傳感器安裝在門(mén)窗上，當(dāng)門(mén)窗發(fā)生一定強(qiáng)度的振動(dòng)時(shí)會(huì)觸發(fā)振動(dòng)傳感器，傳感器信號(hào)線輸出的電壓值會(huì)發(fā)生變化。該電壓值通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的電平;在沒(méi)有振動(dòng)發(fā)生時(shí)，單片機(jī)連接到中斷的引腳為高電平;當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，該引腳變成低電平，單片機(jī)檢測(cè)到該電平的變化立即驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路并報(bào)警。溫度傳感器用于檢測(cè)農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)工作時(shí)的溫度，本系統(tǒng)選用的是sht11溫度傳感器，通過(guò)檢測(cè)到的電機(jī)工作時(shí)的溫度，結(jié)合三相工作電壓和電流來(lái)確定電機(jī)的工作狀態(tài)。具體傳感器電路如圖2所示。

1．1．4人機(jī)對(duì)話模塊

人機(jī)對(duì)話模式屬于計(jì)算機(jī)工作方式的一種，即操作員通過(guò)控制臺(tái)或終端顯示屏幕操作控制計(jì)算機(jī)，以對(duì)話方式進(jìn)行通信和工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的效果。人機(jī)對(duì)話接口包括按鍵和LCD顯示兩部分，按鍵用來(lái)設(shè)置多級(jí)(省、市、縣三級(jí))SIM控制號(hào)碼，在設(shè)置過(guò)程中按照LCD顯示的提示內(nèi)容分步進(jìn)行，通過(guò)傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)LCD顯示出來(lái)。

1．1．5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

R53通過(guò)按鍵設(shè)置的控制號(hào)碼需要能夠長(zhǎng)期存儲(chǔ)。本系統(tǒng)選用CAT1025芯片，該芯片即使在系統(tǒng)掉電的情況下也能保存數(shù)據(jù)，利用CAT1025可以存儲(chǔ)多級(jí)控制號(hào)碼。由于CAT1025具有非易失性，系統(tǒng)重新上電時(shí)，之前所存儲(chǔ)的SIM控制號(hào)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(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)和報(bào)警器驅(qū)動(dòng)電路。農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)分別由兩個(gè)繼電器控制，用以遠(yuǎn)程控制農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的開(kāi)啟和停止，當(dāng)終端控制器接收到上位機(jī)的啟停命令時(shí)，發(fā)出指令控制啟停繼電器，完成相應(yīng)動(dòng)作［3］。報(bào)警器在單片機(jī)檢測(cè)到有偷盜行為發(fā)生時(shí)報(bào)警。其驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

1．1．7GSM模塊

GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，為本系統(tǒng)提供了遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椤SM模塊具有通話和短信兩大功能，本系統(tǒng)主要用到了其短信功能，以短信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)射和接收的雙方都必須各自使用一張SIM卡，以SIM卡的號(hào)碼作為各自數(shù)據(jù)收發(fā)的地址，短信的內(nèi)容必須嚴(yán)格按照短信協(xié)議的要求，不能隨意亂發(fā)。系統(tǒng)的GSM模塊選擇的是TC35I，屬于工業(yè)級(jí)的GSM模塊，能夠支持中文短信息交流，通過(guò)RS232串口連接LPC2132和上位機(jī)，必須通過(guò)AT指令才能實(shí)現(xiàn)模塊與單片機(jī)或上位機(jī)之間的雙向通信［4］。GSM是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)使用其進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸具有通訊成本低、保密性好、可靠性高、抗干擾力強(qiáng)和使用方便等特點(diǎn)，保證了遠(yuǎn)程控制中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院涂煽啃裕?］。

1．2上位機(jī)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)一般都放在相關(guān)單位的辦公室內(nèi)，系統(tǒng)利用PC機(jī)作為上位機(jī)，運(yùn)用LABVIEW軟件編寫(xiě)好上位機(jī)監(jiān)控界面程序［6］。管理人員登陸界面后點(diǎn)擊相關(guān)的控制命令就可以完成對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)護(hù)。通過(guò)上位機(jī)界面可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，隨機(jī)查詢農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的工作狀態(tài)、累計(jì)抽水時(shí)間及電機(jī)工作參數(shù)等信息。當(dāng)盜竊發(fā)生時(shí)，控制終端在報(bào)警的同時(shí)也會(huì)將信息發(fā)送回上位機(jī)，管理人員通過(guò)上位機(jī)可以了解相關(guān)情況［7］。

2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序由上位機(jī)監(jiān)控程序和控制終端程序兩大部分組成:上位機(jī)軟件利用LABVIEW語(yǔ)言編寫(xiě)，而控制終端軟件的編寫(xiě)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效果至關(guān)重要［8］;控制終端程序主要包括系統(tǒng)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(cè)程序、AD轉(zhuǎn)換程序和電壓電流測(cè)試程序等。控制終端程序在ADS1．2環(huán)境下完成編譯調(diào)試后燒寫(xiě)至LPC2132的Flash存儲(chǔ)器［10］。初始化程序完成對(duì)單片機(jī)的一系列初始化工作;GSM模塊通信程序用以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與GSM模塊之間的數(shù)據(jù)通信，以及短信的發(fā)送和接收;LCD顯示程序和按鍵程序?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對(duì)話［11］。系統(tǒng)程序圖如圖5所示。

3系統(tǒng)測(cè)試

由于西南地區(qū)部分農(nóng)田在夏季的干旱現(xiàn)象，故需要對(duì)干旱的農(nóng)田進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確、安全的灌溉。系統(tǒng)于2013年7月22日在四川省南充市嘉陵區(qū)八廟河農(nóng)田進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，在當(dāng)天10:25打開(kāi)上位機(jī)監(jiān)控界面，上位機(jī)監(jiān)控界面圖如圖6所示;點(diǎn)擊“查詢”灌溉系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制終端自動(dòng)反饋此時(shí)電機(jī)的工作狀態(tài)以及數(shù)據(jù)信息，“查詢”實(shí)時(shí)時(shí)間為10:28，狀態(tài)查詢完畢后運(yùn)行系統(tǒng);系統(tǒng)“開(kāi)始”運(yùn)行，“開(kāi)始”實(shí)時(shí)時(shí)間為10:31，正在抽水的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)信息如表1所示。累計(jì)抽水時(shí)間00:50，也即50min(根據(jù)季節(jié)不同，農(nóng)田容量不同，具體灌溉時(shí)間不同)，農(nóng)田已灌滿水。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、控制和管理的操作步驟簡(jiǎn)單、系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高。該系統(tǒng)相比以往的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，首先可以根據(jù)季節(jié)天氣不同，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的準(zhǔn)確灌溉，免去了以往的人力頻繁奔波;其次能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)灌溉系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài);最后在安全性能方面，不會(huì)存在盜竊不曉的現(xiàn)象，能夠節(jié)約大量的人力、物力及財(cái)力。系統(tǒng)通過(guò)了實(shí)際運(yùn)用環(huán)境的檢驗(yàn)，已運(yùn)用于四川多個(gè)區(qū)縣的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)。

4結(jié)語(yǔ)

篇9

關(guān)鍵詞：MSP430 自動(dòng)控制 上位機(jī) 輪詢方式

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0134-03

當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉水平低，但是節(jié)水潛力巨大，節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用和推廣，是緩解我國(guó)水資源緊缺的戰(zhàn)略選擇，是建立節(jié)水型社會(huì)的需要[1]。現(xiàn)有的智能灌溉系統(tǒng)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(mén)電路，其設(shè)計(jì)復(fù)雜，功耗、穩(wěn)定性和可靠性難以得到保證[2]。如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理完全可以交給計(jì)算機(jī)通過(guò)上位機(jī)軟件完成。

本文將分別從硬件編程和軟件上位機(jī)兩個(gè)方面，結(jié)合電路，介紹一種以MSP430為主控制器的、穩(wěn)定的農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)架及工作原理概述

這種農(nóng)田自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的整體執(zhí)行思路如圖1所示，本系統(tǒng)采用的是離散型控制系統(tǒng)，其具有三級(jí)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)從下到上依次為：傳感器檢測(cè)與灌溉執(zhí)行部分，MCU自動(dòng)檢測(cè)控制部分，田間監(jiān)控中心。

底層的傳感器有多種，分別對(duì)土壤的溫度、濕度等進(jìn)行檢測(cè)。本系統(tǒng)能根據(jù)采集到的土壤濕度情況進(jìn)行自動(dòng)控制灌溉，其余采集到的環(huán)境參數(shù)供人員參考，做出合適的施肥灌溉決定。這些傳感器或設(shè)備受到MCU控制，將信息呈遞到單片機(jī)，通過(guò)其內(nèi)部集成的12位ADC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而判斷是否需要灌溉，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊模塊發(fā)送到田間監(jiān)控中心。

田間監(jiān)控中心可以修改田間各節(jié)點(diǎn)判斷灌溉的標(biāo)準(zhǔn)值，能夠按時(shí)接收并儲(chǔ)存各節(jié)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，記錄灌溉情況，通過(guò)折線圖或列表形式顯示。當(dāng)田間發(fā)生火災(zāi)或其他異常情況時(shí)，軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)發(fā)出短信提示人員前去查看。此外，上位機(jī)能自動(dòng)從網(wǎng)上下載天氣信息，協(xié)助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉功能。

2 系統(tǒng)硬件部分

2.1 主控芯片

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

本系統(tǒng)的主控模塊采用MSP430F2553微處理器。MSP430系列單片機(jī)是具有精簡(jiǎn)指令集的超低功耗的16位單片機(jī)。它的最高工作頻率可達(dá)25MHz，同時(shí)具有256KB Flash、16 KB RAM，內(nèi)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)。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(jī)。另外它從低功耗模式轉(zhuǎn)到活躍模式，需要的時(shí)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(shí)用檢測(cè)儀器、點(diǎn)擊控制、便捷式儀表等領(lǐng)域[5，6]。

2.2 傳感器選用

本系統(tǒng)的檢測(cè)部分分別對(duì)土壤的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，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(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單、控制方便、系統(tǒng)性能好、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)[7]，插入土壤對(duì)地溫進(jìn)行檢測(cè)，精度較高、工作穩(wěn)定，單片機(jī)與其進(jìn)行單總線通訊獲取溫度值。

FDR（Frequency Domain Reflectometry） 土壤濕度傳感器，見(jiàn)圖3，利用電磁脈沖原理，根據(jù)電磁波在土壤中傳播頻率測(cè)試土壤的表觀介電常數(shù)ε，得到土壤容積含水量（θv）[8，9]。其輸出信號(hào)為模擬電壓0～ 1.1V，本系統(tǒng)利用MSP430F5438內(nèi)部的12位ADC直接對(duì)其采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到土壤濕度。

2.3 電源模塊

系統(tǒng)供電采用電源轉(zhuǎn)換器直接將220 V交流電轉(zhuǎn)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(jī)的供電電壓為3.3 V，為保證散熱效果，采用二級(jí)降壓的方式分散熱量，集成LM2596與LM1117，依次將12 V直流電壓轉(zhuǎn)為5 V和 3.3 V電壓，取3.3 V為MSP430F5438、土壤溫度傳感器及無(wú)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(jī)、繼電器和水泵組成。單片機(jī)根據(jù)采集到的土壤濕度，結(jié)合此時(shí)地溫等條件，判斷是否需要進(jìn)行灌溉。滿足灌溉條件時(shí)，由P3.0口送出控制信號(hào)控制至光耦，光耦接通使繼電器開(kāi)啟，從而開(kāi)啟水泵。系統(tǒng)中水泵的額定電壓為12V，繼電器作為水泵的開(kāi)關(guān)，選用12V繼電器，因此在電路中并聯(lián)續(xù)流二極管保護(hù)電路。如圖5所示。

2.5 無(wú)線通訊模塊

本系統(tǒng)采用的無(wú)線通訊模塊為美國(guó)TI公司出品的CC1101。CC1101是一款低于1 GHz高性能射頻收發(fā)器，其內(nèi)部集成了一個(gè)高度可配置的調(diào)制解調(diào)器，支持多種調(diào)制格式，最高數(shù)據(jù)傳輸率為500 kb/s。在發(fā)射狀態(tài)下，其發(fā)射功率可通過(guò)編程調(diào)節(jié)，最大發(fā)射功率可達(dá)+10 dBm，接收靈敏度最佳為-110 dBm，抗干擾能力強(qiáng)，且功耗極低，可用于極低功耗的RF應(yīng)用。它與MSP430F5438結(jié)合，使系統(tǒng)更為節(jié)能。

3 單片機(jī)控制部分

3.1 田間節(jié)點(diǎn)及灌溉控制部分

田間節(jié)點(diǎn)以MSP430F5438為控制核心，結(jié)合各傳感器、繼電器、水泵、無(wú)線模塊，共同構(gòu)成。以開(kāi)發(fā)平臺(tái)IAR Embedded Workbench為開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)MSP430F5438進(jìn)行C程序開(kāi)發(fā)，這款軟件具備高度優(yōu)化的IAR AVR C/C++編譯器，可以有效提高用戶的工作效率。

對(duì)田間節(jié)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)發(fā)送及控制灌溉，由MSP430F5438單片機(jī)控制執(zhí)行。土壤濕度的上下閾值保存在E2PR

OM中，可通過(guò)上位機(jī)軟件發(fā)送更改預(yù)設(shè)值命令，更改土壤濕度預(yù)設(shè)值即灌溉條件。單片機(jī)控制灌溉的基本流程如圖6所示。

田間監(jiān)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(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，對(duì)田間節(jié)點(diǎn)采用輪詢方式進(jìn)行無(wú)線傳輸，避免信息擁塞。

此外，用戶還可直接使用上位機(jī)軟件發(fā)送灌溉命令到單片機(jī)，開(kāi)啟水泵灌溉。

3.2 無(wú)線通訊部分

本系統(tǒng)中無(wú)線收發(fā)模塊采用CC1101，正常情況下，每隔固定的時(shí)間發(fā)送一次數(shù)據(jù)，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(gè)主站和N個(gè)子站，主站向子站發(fā)送詢問(wèn)命令，子站收到后才可利用信道，以避免信息擁塞。通過(guò)MSP430編程對(duì)CCll01的4線SPI接口和GDO2測(cè)試接口進(jìn)行配置，結(jié)合MSP430的時(shí)鐘，將各田間節(jié)點(diǎn)的CC1101設(shè)置成輪詢通訊模式。

4 系統(tǒng)上位機(jī)軟件部分

4.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

本上位機(jī)軟件收集單片機(jī)檢測(cè)的溫度、濕度、PH值等數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中并以折線圖和列表的形式顯示。由于Windows API復(fù)雜、難度大，本上位機(jī)采用C#語(yǔ)言，在Visual Studio 環(huán)境下開(kāi)發(fā)完成。.NET集成了大量類庫(kù)，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(jī)通訊設(shè)計(jì)

本上位機(jī)使用SerialPort類進(jìn)行串口通信，SerialPort類為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，具有功能強(qiáng)大，通信快速，實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。此外還使用了Timer控件，當(dāng)Timer控件啟動(dòng)后，每個(gè)一個(gè)固定時(shí)間段觸發(fā)相同時(shí)間。用Timer控件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收。

4.3 自動(dòng)繪圖功能的實(shí)現(xiàn)

關(guān)于折線圖的顯示，本上位機(jī)使用Zed

Gragh控件進(jìn)行折線圖的繪制，ZedGragh是一個(gè)開(kāi)源的.NET圖表類庫(kù)。此類庫(kù)比.NET自帶類庫(kù)使用更加靈活方便。使用DataGridView控件實(shí)現(xiàn)以列表的形式顯示數(shù)據(jù)。Form1窗體是本上位機(jī)的主窗體，擁有各種功能按鈕，并進(jìn)行折線圖顯示，List窗體是Form1窗體的子窗體，負(fù)責(zé)進(jìn)行列表顯示。

系統(tǒng)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(shí)短信報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)

報(bào)警是指，當(dāng)上位機(jī)接收到的某些數(shù)據(jù)超過(guò)上限值時(shí)會(huì)發(fā)送短信提醒用戶，如田間發(fā)生火災(zāi)等。手機(jī)短信發(fā)送是本上位機(jī)的擴(kuò)展功能。通過(guò)C#編程，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)給手機(jī)發(fā)送短信，當(dāng)客戶不在PC端時(shí)提示客戶的功能。該功能的原理是通過(guò)一些運(yùn)營(yíng)商提供的接口實(shí)現(xiàn)的。本上位機(jī)采用可發(fā)送短信的Web Service，Web Service是新浪網(wǎng)提供的、可供用戶直接調(diào)用的發(fā)送短消息的Web Service。Web Service中提供了一個(gè)發(fā)送短消息的方法"sendXml"。此方法的語(yǔ)法格式如下：

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

carrier：運(yùn)營(yíng)商名稱

userid：新浪網(wǎng)上注冊(cè)的手機(jī)號(hào)

password：成功注冊(cè)手機(jī)后的反饋密碼

mobilenumber：目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼

content：所要發(fā)送短消息的內(nèi)容

msgtype：發(fā)送短消息以文本信息形式發(fā)送，輸入"Text"

4.5 上位機(jī)軟件其他功能原理及實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)保存，通過(guò)上位機(jī)控制根據(jù)用戶需求將接受到的數(shù)據(jù)保存起來(lái)，以便以后可以再次讀取歷史數(shù)據(jù)。為了數(shù)據(jù)的安全性，本上位機(jī)將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用的是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。基本功能實(shí)現(xiàn)流程如圖9所示。天氣信息通過(guò)中國(guó)氣象局提供的API獲取，根據(jù)獲得的晴雨天氣，給下位機(jī)發(fā)送信息協(xié)助判斷、控制灌溉。歷史數(shù)據(jù)可按照溫度、濕度、pH值按鈕顯示不同數(shù)據(jù)，可以選擇具體時(shí)間或具體節(jié)點(diǎn)查看環(huán)境情況。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用MSP430單片機(jī)內(nèi)部的ADC模塊使得電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，田間各節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)收集環(huán)境參數(shù)并自動(dòng)判斷灌溉，上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取天氣信息、檢測(cè)環(huán)境參數(shù)正常，輔助判斷是否應(yīng)灌溉，并且能對(duì)田間每各節(jié)點(diǎn)的灌溉參數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制灌溉。

實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)具備較好的穩(wěn)定性，節(jié)能且運(yùn)行可靠，可以滿足基本農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，使用方便，節(jié)水節(jié)能。但對(duì)于數(shù)據(jù)的處理性不強(qiáng)，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(huán)境參數(shù)如光照、雨量、CO2等，結(jié)合信息融合、PID等算法，提高系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境的分析能力，滿足不同用戶的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬成，周進(jìn)祥.淺析我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀及發(fā)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(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)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(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例[M].北京：中國(guó)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(jī)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2001：1-316.

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

篇10

關(guān)鍵詞：動(dòng)力機(jī)功率；水利工程；水利系統(tǒng)；灌溉系統(tǒng)；水泵

中圖分類號(hào)：G812.42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在灌溉系統(tǒng)工作中首先遇到的問(wèn)題是要選擇合適的水泵。在水泵的選擇中，其性能、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)揚(yáng)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(dòng)力系統(tǒng)的配套，對(duì)此，本文對(duì)動(dòng)力機(jī)功率和配套轉(zhuǎn)速的確定進(jìn)行了分析研究。

1動(dòng)力機(jī)功率的確定

所選定的水泵需要多在功率的動(dòng)力機(jī)械去配套，通常在選擇水泵型號(hào)時(shí)，可同時(shí)在水泵規(guī)格性能相關(guān)的表中查到，按表中規(guī)定直接選配動(dòng)力機(jī)就可以了。但是，有時(shí)水泵機(jī)組的工作條件有變化，動(dòng)力機(jī)的類型及傳動(dòng)方式也有變化，以及其它因素的變化等，造成規(guī)格性能表中規(guī)定的配套功率可能與實(shí)際需要的配套功率相距甚遠(yuǎn)。如果大功率拖小水泵不但設(shè)備投資大，而且使用中長(zhǎng)期多耗油、電，將造成很大的浪費(fèi)；如果動(dòng)力機(jī)功率改小了就很可能長(zhǎng)期超負(fù)荷甚至于拖不動(dòng)，影響機(jī)械使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生燒壞電動(dòng)機(jī)等重大事故。所以，動(dòng)力機(jī)功率大小必須與所選定的水泵配套。通常動(dòng)力機(jī)配套功率的計(jì)算公式按照如下的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：P配=KP軸/η傳。公式中：P配表示動(dòng)力機(jī)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(chǔ)備系數(shù)；η傳表示傳動(dòng)效率，用%表示。功率儲(chǔ)備系數(shù)K的功用，是考慮水泵在運(yùn)行中可能發(fā)生意外的超負(fù)荷現(xiàn)象，避免動(dòng)力機(jī)熄火或燒壞。在一般情況下，配套用大功率的動(dòng)力機(jī)采用的儲(chǔ)備系數(shù)小一些，配用小功率動(dòng)力機(jī)采用的儲(chǔ)備系數(shù)大一些。儲(chǔ)備系數(shù)的值，可在有關(guān)手冊(cè)中選取。傳動(dòng)效率η傳的大小與傳動(dòng)方式有關(guān)。采用聯(lián)軸器直接傳動(dòng)時(shí)η傳為0.95～0.985，采用平帶傳動(dòng)時(shí)η傳為0.85～0.95。

2配套轉(zhuǎn)速的確定

采用V帶傳動(dòng)時(shí)每臺(tái)選定的水泵，都有它自己的額定轉(zhuǎn)速。水泵只有在這個(gè)轉(zhuǎn)速下工作，才能最好地發(fā)揮其性能，因此所選動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速以及傳動(dòng)方式必須滿足水泵對(duì)轉(zhuǎn)速的要求。所謂配套轉(zhuǎn)速，是指動(dòng)力機(jī)按它的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，被拖動(dòng)的水泵也必須在它的額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，需要根據(jù)動(dòng)力機(jī)類型、性能以及傳動(dòng)方式來(lái)處理好水泵和動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的配套關(guān)系。

一般原則是若采用電動(dòng)機(jī)作為配套動(dòng)力，應(yīng)盡量選擇額定轉(zhuǎn)速與水泵額定轉(zhuǎn)速相一致的電動(dòng)機(jī)，并采用傳動(dòng)效率比率高的聯(lián)軸器進(jìn)行直接傳動(dòng)。若選用柴油機(jī)作為配套動(dòng)力，或選用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與水泵的額定轉(zhuǎn)速不一致時(shí)，就需要采用帶傳動(dòng)裝置進(jìn)行間接傳動(dòng)。采用帶傳動(dòng)時(shí)，動(dòng)力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與水泵的額定轉(zhuǎn)速可以不一致。但它們之間必須滿足動(dòng)力機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速之比（速比）與動(dòng)力機(jī)和水泵帶輪直徑之比成反比的關(guān)系。

3水泵在灌溉結(jié)束后的技術(shù)保養(yǎng)

毫無(wú)疑問(wèn)，任何一個(gè)機(jī)械在使用完畢后，其保養(yǎng)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(xiàng)。

3.1遵守水泵技術(shù)保養(yǎng)規(guī)程

水泵的技術(shù)保養(yǎng)規(guī)程是根據(jù)水泵在使用過(guò)程中的零部件技術(shù)變化發(fā)展情況以及水泵的適應(yīng)情況而擬定的規(guī)程，因此其規(guī)程對(duì)于所有的水泵使用具有指導(dǎo)意義。操作人員在操作過(guò)程中，如果能夠認(rèn)真遵守水泵技術(shù)保養(yǎng)使用的規(guī)程，認(rèn)真做好水泵的技術(shù)保養(yǎng)工作，可以更好地減少或減輕水泵零部件技術(shù)狀況惡化的速率，延長(zhǎng)水泵的使用壽命使其能夠更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)田水利工程建設(shè)，因此，要按時(shí)、按項(xiàng)、按照質(zhì)量和要求進(jìn)行水泵的技術(shù)保養(yǎng)工作。在一般的情況下，不能只圖省錢(qián)而任意地削減水泵的保養(yǎng)項(xiàng)目，或者任意地拖延水泵的保養(yǎng)周期，以防止水泵的保養(yǎng)不及時(shí)而造成嚴(yán)重的故障或者重大事故的發(fā)生。

3.2針對(duì)水泵的不同使用情況區(qū)別對(duì)待

水泵在進(jìn)行水利工程灌溉時(shí)，由于功率不同的性能不同，使用所需要的條件也會(huì)有所不同，因此，其技術(shù)狀態(tài)所受到的影響程度當(dāng)然也會(huì)不同。這就要求對(duì)于不同和水泵在執(zhí)行保養(yǎng)規(guī)程的時(shí)候要區(qū)別對(duì)待，即根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)。比如說(shuō)在干旱地區(qū)和夏季天氣炎熱時(shí)要防止內(nèi)部膠墊被烤化或磨損而使電機(jī)空轉(zhuǎn)發(fā)生燒壞電機(jī)的情況，對(duì)電機(jī)密封處要及時(shí)進(jìn)行線圈的密封等。在季節(jié)可以需要進(jìn)行灌溉則要注意千萬(wàn)不能讓水發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，以免影響電機(jī)的正常工作和運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3注重保養(yǎng)質(zhì)量

為了保證水泵使用的技術(shù)質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)努力提高水泵維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)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(zhì)條件進(jìn)行補(bǔ)充。有些時(shí)候在維修時(shí)除常規(guī)的使用工具外，還必須注意使用水泵專用的技術(shù)工具進(jìn)行維修，必要的時(shí)候，對(duì)于一些技術(shù)操作要求比較高的復(fù)雜操作或者是復(fù)雜的技術(shù)維修與調(diào)整，應(yīng)當(dāng)聘請(qǐng)專業(yè)人士或者送回廠家進(jìn)行維修。

3.4提高水泵的使用操作水平

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，水泵技術(shù)保養(yǎng)的好壞，關(guān)鍵在于技術(shù)操作的問(wèn)題上。而能否在技術(shù)過(guò)程中對(duì)于水泵進(jìn)行正確的使用與操作是保證水泵進(jìn)行技術(shù)保養(yǎng)質(zhì)量好與壞的前提和基礎(chǔ)。因此，一是要對(duì)水泵定時(shí)進(jìn)行外部和內(nèi)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(zhǎng)期得不到清洗會(huì)使水泵生銹或者使用時(shí)散熱不好而發(fā)生故障。內(nèi)部清洗主要是對(duì)水泵進(jìn)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(duì)水泵進(jìn)行緊固，防止機(jī)器連接部位出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，從而使機(jī)器結(jié)構(gòu)動(dòng)力和受力不均勻。因此在維修過(guò)程中也要充分注意連接部件的正確緊固。

參考文獻(xiàn)

［1］肖興宇．農(nóng)業(yè)機(jī)械使用與維護(hù)［M］．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009．