北方经济型日光温室的自动灌溉控制系统研究

技术与应用北方经济型日光温室的自动灌溉控制系统研究李晓红 贾兆亮( 吉林工程技术师范学院机械工程学院 ，吉林 长春 130052)【摘 要 】我国是农业发展大国 ，推动着社会经济的发展 。而水资源作为现阶段紧缺资源 ，成为社会焦点话题 。众所周知 ，农业生产需要大量的水资源 ，两者之间相互影响 、相互矛盾 。由此也体现出节水农业发展的重要性 。在这种情况下 ，立足于温室灌溉系统建设 ，满足农业用水需求 。对此 ，本文就北方经济型日光温室的自动灌溉控制系统 ，进行简要分析 。【关键词 】北方地区 经济型日光温室 自动灌溉控制 系统研究现阶段 ， 我国灌溉技术处于发展阶段 ， 主要以人工灌溉为主 。温室控制主要在于大规模温室的小环境 ， 针对大规模温室环境参数控制研究较多 ， 但是由于资金投入较多 。因此 ， 并非适用于中小型温室环境参数控制 。尤其在我国北方地区 ， 主要以中小型温室灌溉为主 ， 并且北方冬季寒冷 、干燥 ， 这对灌溉系统自动化控制具有研究价值 。1 自动灌溉控制系统国内外发展现状与趋势1 1 经济型日光温室自动灌溉系统研究意义现如今 ， 水资源紧缺已经成为社会焦点话题 。于是 ， 节约用水成为发展共识 。北方农业发展中 ， 90%为灌溉用水 ， 并且用水量较大 ， 这与节约水资源理念有着直接联系 。“将节水灌溉作为社会重要内容来抓 ”， 国家进一步对节水灌溉进行了强调 ， 将其作为农业发展的重要战略目标与节水方法 ， 实现可持续发展 、节约用水 。在振兴老东北工业基地有力条件下 ， 为农产品种植经济提供技术帮助 。如今 ， 农业发展规模逐渐扩大 ， 其相关灌溉技术也有了不同程度的提升 。随着计算机 、自动技术 、互联网技术的发展 ， 为农业节水灌溉理念提供了技术支持 。于是 ， 我国开始致力于经济型温室灌溉技术研究中 。但现阶段 ， 一些地区在灌溉技术上仍然使用人工灌溉形式 。据统计 : 水资源利用率只有 20% 30%、植物根系在 40% 50%时间解决水 、气构成中 。另一方面 ， 由于长时间使用畦灌与沟灌等传统灌溉方式 ， 造成一些土地板结 、缺水严重 ; 同时温室环境下易出现病虫害 ， 影响了农作物生产与质量 。1 2 国内温室灌溉技术发展1 2 1 国外发展现阶段 ， 在农作物培养技术在法国 、荷兰 、意大利 、日本等过较为先进 ， 这些国家起步较早 ， 积累了丰富的研究经验 。在自动灌溉控制上也先于其他国家 ， 致力于灌溉技术与农产品营养培育结合研究中 ， 对此组成了灌溉专家系统 ， 将其应用在农业灌溉技术中 ，效果良好 。美国是现阶段微灌面积最大的国家 ， 具有先进的灌溉技术与条件 ， 其环境控制技术较高 。美国从种子培育至收获全部有不同的环境控制方法 ， 尤其在温室培育技术上处于世界第一位 。1 2 2 我国发展由于我国温室研究投入较晚 。就此 ， 在该方面投入了充足的资金致力于温室研究中 ， 发展迅速 。通过借鉴发达国家先进的技术经验与我国农业发展相结合 ， 在各地区进行试点推广 ， 效果显著 ， 推动了灌溉技术的应用 。由于是示范性推广 ， 因此并没有达到普及 。究其原因 ， 集中于以下几点 。第一 ， 发达国家温室灌溉设备昂贵 ， 而我国农业发展主要集中于农村农民 ， 没有充足的资金投入 ， 没有购买能力 。第二 ， 北方地区温度 、地质情况与发达国家不同 。因此 ， 并没有十足的把握设备的引进一定达到理想的经济效益 。若未达到 ， 那么将会增加国家经济投入 、得不偿失 ， 反而影响灌溉设备的推广使用 。不过 ， 我国已经针对国家特点研制出了小型灌溉控制系统 ， 但是由于质量 、效果等方面影响无法进行大量生产推广 。2 自动灌溉控制系统技术难点2 1 研究内容由于我国主要以中小型规模 。因此 ， 根据这一特点 ， 进行了单片机的模糊灌溉控制系统研究 。以日光温室环境因子为突破口 ，展开研究分析 ， 找出影响温室光改决策因子 ， 同时进行系统相关优化 。在软件部分进行了分析 ， 主要研究内容包含几下几方面 。第一 ， 根据温室规模和农产品水资源需求 ， 制定科学合理的灌溉形式 ， 做好优化控制 。第二 ， 对温室灌溉控制技术结构分析 ; 进行硬件配置 。第三 ， 建立模糊控制理论 。第四 ， 根据模糊控制系统 ， 进行程序编制 ， 制定人机交互界面 、实现集控制 、搜集 、自动为一体的模糊灌溉控制系统 。第五 ， 模式实验 ， 通过 MATLAB 功能进行建模和编制 。用 SIMULINK 模块进行仿真实验等 。2 2 关键技术难点第一 ， 控制目标的与灌溉方法的设计 : 温室灌溉量决策因子的设计和灌溉形式 ， 影响着控制效果 。秉承着经济性理念 ， 利用原有的灌溉形式 ， 制定控制系统目标 ， 以及灌溉方法 。第二 ， 模糊控制规则确定 : 温室灌溉量 、时间等影响因素繁琐 ， 具有非线性 、惯性大的特点 。所以 ， 难以构建标准的数据模型 。另一方面 ， 北方地区温度差异显著 、冬季干燥 ， 结合多年实践经验与成功案例 ， 编制模糊控制要求 ， 设计模糊控制器 。第三 ， 温室灌溉编程与调整 。2 3 研究方法分析经济性日光温室自动光改系统使用单片机为控制中心 ; 使用土壤湿度感应设备进行数据搜集 ; 利用 A/D 转换传输至单片机中 ， 由模糊控制器进行决策输出 。经过执行系统完成灌溉系统报警 、水泵电机 、电磁阀动作控制灌溉时间 。单片机为中心进行编程 ， 进而达到模糊控制效果 。将土壤湿度检测为依据 ， 进而闭环监控 。通过 MATLAB 进行验证 ， 得出模糊控制器灌溉控制效果良好 。3 结语总而言之 ， 采用自动灌溉系统 ， 可使中小规模温室的灌溉实现全自动化的控制 ， 能够节水 50 80%， 具有一定的经济价值体现与社会效益 。模糊控制理论与灌溉控制系统结合 ， 尽管具有科学合理性 ， 并且在相关范围中进行数据修改 。不过在推广普及上有待进一步研究 。笔者分别从 : 自动灌溉控制系统国内外发展现状与趋势 、自动灌溉控制系统技术难点 ， 两方面进行分析 ， 希望对经济型日光温室自动灌溉控制系统研究起到帮助性作用 ， 进而推动我国节水灌溉技术的普及 。参考文献 :1梁月云 ，崔天时 ，何亚非 温室节水灌溉系统模糊控制器设计及 MATLAB 仿真 J 农机化研究 ，2014(06) 2卞和营 ，薛亚许 ，王军敏 温室大棚温湿度模糊控制系统及 PLC程序设计 J 农机化研究 ，2014(09) 3田磊 ，邢鹏康 ，张莉 基于 PLC 和光电传感控制的穴盘苗自动移栽装置设计 J 农机化研究 ，2017(07) 4赵镭 ，谢守勇 ，詹攀 ，黄河 基于 PLC 的灌溉压力控制系统研究 J 西南大学学报 ( 自然科学版 ) ，2016(12) 作者简介 : 李晓红 ( 1977 ) ，女 ，汉族 ，吉林九台人 ，硕士 ，讲师 ，研究方向 : 机电一体化技术与应用 。961