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1、自动化控制在农业灌溉控制系统中的应用摘要:未来几十年,在世界范围内,水资源的矛盾将日趋紧张.我国的水资源严重短缺,且分布很不平衡.农业用水占总用水的80%.在农业灌溉中推广自动化控制,不仅可以缓解水资源严重短缺的矛盾,同时可以提高农作物的产量,降低农产品的成本.本文详细介绍了应用在农业灌溉中的自动控制的多种方法.我国的幅员辽阔,可以根据本地区的实际情况,采用不同的控制方法.关键词:农业灌溉;自动控制;无线控制、农业灌溉控制系统我国是一个水资源短缺,水旱灾害频繁的国家.虽然水资源的总量居世界第6位,但
2、是人均占有量只有2500m3,约为世界人均水量的1/4,在世界排110位.已被联合国列为13个贫水国家之一[1].同时,我国水资源的分布很不均匀,北方有些地区人均占有量仅为900m3,低于国际公认的1000m3的水资源下限;有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平.我国农业用水量约占总用水量的80%,农业灌溉用水的利用率普遍低下,就全国范围而言,水的利用率仅为45%,而水资源利用率高的国家已达70%~80%[2].因而,建立灌溉水自动化控制系统,提高灌溉水的利用率,对于缓解水资
3、源的紧缺是非常重要的.1?灌溉系统的有线控制有线控制就是通过线路将控制信息传输出去,同时也可将各种信息返回到控制中心.下面以沙地节水渗灌自动控制系统[3]为例阐述有线控制的原理.1.1?系统的构成此控制系统主要有:(a)土壤水份监测仪;(b)渗坛水位指示器;(c)灌溉自动控制仪;(d)灌水阀门;(e)灌水指示灯.各部分连接如图1所示.1.2?各部分的功能a.土壤水份自动监测仪.通过接收土壤水份感应器(感应探头)感测土壤水份信息,并予以处理、记录和存储.同时,将处理后的土壤水份信息传输给灌溉自动控制仪
4、.b.渗坛水位指示器.感测渗坛中储水水位是否达到上限临界点(若达到上限临界点,表示渗坛水已注满),并将渗坛中的储水信息传输给灌溉自动控制仪.c.灌溉自动控制仪.接收土壤水份监测仪提供的土壤储水信息、渗坛水位指示器提供的渗坛储水信息和植物需水信息,予以处理,并将处理后的供水信息传输给灌水阀门,控制灌水阀门的开启和关闭,同时开启和关闭供水信息指示灯.各种信息是这样处理的:土壤储水信息Ai=1,0(1表示土壤储水不足,0表示储水充足);渗坛储水信息Bi=1,0(1表示渗坛储水不足,0表示储水充足);植物需
5、水信息Ci=1,0(1表示植物水份供应不足,0表示水份供应充?图1?有线控制系统框图足);供水信息Gi=Ai?Bi?Ci=1,0(1表示开始供水,0表示停止供水).通过线路传输控制信息,能够保证信息准确可靠地传送,其自动化的程度也是比较高的.但由于农业灌溉的特殊性,有线控制在农业灌溉中的应用有一定的局限性,尤其是长距离的架设线路,需要很大的投资,因而长距离的有线控制在农业灌溉中很难实施.有线控制一般适宜在小范围的区域中应用.采取无线遥控可以省去线路的架设,因而在农业灌溉中有着广泛的应用前景。2?灌溉
6、系统的无线控制2.1?单向无线传输系统的数据传输通过设在中心站的无线发射机和各子站点的接收机来完成.由于传输系统为单向无线传输方式,其子站的现场数据不能传输到中央控制室,需要人工干预,因此,其自动化程度较低.但目前我国灌区由于受管理水平和管理条件所限,采用此种方式再加上管理人员的巡视,还是可行的.尤其是这种通信方式既操作简单、易于管理又十分经济[4]因为农业耕种的需要和其它客观条件的限制,我国有许多地区无法将电力线路架到灌溉区域.针对这样的情况,笔者设计了一种方案,通过控制输水管道中阀门的开启和关闭
7、来达到对农田灌溉的控制.在子站只需要2节干电池便能提供能源.其系统方案如图2所示.其中子站可以有若干个.2.1.1?系统的构成系统由主站(中央控制室)和子站组成.控制方式为主站向子站单向传输命令,主站给子站下发信号由电台完成,子站现场独立与阀门构成闭环控制.其构成如下:a.主站是自动化控制系统的核心,它主要包括486工控微机1台、多功能接口板1块、电台1部、UPS后备电源及打印机等.主站构成如图3所示.b.子站为现场控制和测量设备,由8051单片机、无线接收机、流量传感器、自控阀门及控制电路等部分组
8、成.子站构成如图4所示2.2.2?系统工作原理a.系统工作原理.系统的拓扑结构为星形分布结构.主站为星形结构的中心结点,设在灌区的中央,星形的外结点为各子站,分布在灌区的四周.在主站操作486工控微机,选中所需发送信号的子站地址,发送控制阀门运行的信号.如要改变运行状态,可重新发送数据.阀门的控制由系统软件和写入单片机的程序来实现.不同的地区可根据本地区灌溉的实际需要来编写单片机的应用程序.一般情况下需要控制的是阀门开启的时间和通过阀门的流量.对时间的控制可分为两种情
