北方經(jīng)濟型日光溫室的自動灌溉控制系統(tǒng)研究

<p>技術(shù)與應(yīng)用北方經(jīng)濟型日光溫室的自動灌溉控制系統(tǒng)研究李曉紅 賈兆亮( 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院機械工程學(xué)院 ，吉林 長春 130052)【摘 要 】我國是農(nóng)業(yè)發(fā)展大國 ，推動著社會經(jīng)濟的發(fā)展 。而水資源作為現(xiàn)階段緊缺資源 ，成為社會焦點話題 。眾所周知 ，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要大量的水資源 ，兩者之間相互影響 、相互矛盾 。由此也體現(xiàn)出節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要性 。在這種情況下 ，立足于溫室灌溉系統(tǒng)建設(shè) ，滿足農(nóng)業(yè)用水需求 。對此 ，本文就北方經(jīng)濟型日光溫室的自動灌溉控制系統(tǒng) ，進行簡要分析 ?！娟P(guān)鍵詞 】北方地區(qū) 經(jīng)濟型日光溫室 自動灌溉控制 系統(tǒng)研究現(xiàn)階段 ， 我國灌溉技術(shù)處于發(fā)展階段 ， 主要以人工灌溉為主 。溫室控制主要在于大規(guī)模溫室的小環(huán)境 ， 針對大規(guī)模溫室環(huán)境參數(shù)控制研究較多 ， 但是由于資金投入較多 。因此 ， 并非適用于中小型溫室環(huán)境參數(shù)控制 。尤其在我國北方地區(qū) ， 主要以中小型溫室灌溉為主 ， 并且北方冬季寒冷 、干燥 ， 這對灌溉系統(tǒng)自動化控制具有研究價值 。1 自動灌溉控制系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1 1 經(jīng)濟型日光溫室自動灌溉系統(tǒng)研究意義現(xiàn)如今 ， 水資源緊缺已經(jīng)成為社會焦點話題 。于是 ， 節(jié)約用水成為發(fā)展共識 。北方農(nóng)業(yè)發(fā)展中 ， 90%為灌溉用水 ， 并且用水量較大 ， 這與節(jié)約水資源理念有著直接聯(lián)系 ?！皩⒐?jié)水灌溉作為社會重要內(nèi)容來抓 ”， 國家進一步對節(jié)水灌溉進行了強調(diào) ， 將其作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)與節(jié)水方法 ， 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 、節(jié)約用水 。在振興老東北工業(yè)基地有力條件下 ， 為農(nóng)產(chǎn)品種植經(jīng)濟提供技術(shù)幫助 。如今 ， 農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模逐漸擴大 ， 其相關(guān)灌溉技術(shù)也有了不同程度的提升 。隨著計算機 、自動技術(shù) 、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展 ， 為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉理念提供了技術(shù)支持 。于是 ， 我國開始致力于經(jīng)濟型溫室灌溉技術(shù)研究中 。但現(xiàn)階段 ， 一些地區(qū)在灌溉技術(shù)上仍然使用人工灌溉形式 。據(jù)統(tǒng)計 : 水資源利用率只有 20% 30%、植物根系在 40% 50%時間解決水 、氣構(gòu)成中 。另一方面 ， 由于長時間使用畦灌與溝灌等傳統(tǒng)灌溉方式 ， 造成一些土地板結(jié) 、缺水嚴(yán)重 ; 同時溫室環(huán)境下易出現(xiàn)病蟲害 ， 影響了農(nóng)作物生產(chǎn)與質(zhì)量 。1 2 國內(nèi)溫室灌溉技術(shù)發(fā)展1 2 1 國外發(fā)展現(xiàn)階段 ， 在農(nóng)作物培養(yǎng)技術(shù)在法國 、荷蘭 、意大利 、日本等過較為先進 ， 這些國家起步較早 ， 積累了豐富的研究經(jīng)驗 。在自動灌溉控制上也先于其他國家 ， 致力于灌溉技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)培育結(jié)合研究中 ， 對此組成了灌溉專家系統(tǒng) ， 將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)中 ，效果良好 。美國是現(xiàn)階段微灌面積最大的國家 ， 具有先進的灌溉技術(shù)與條件 ， 其環(huán)境控制技術(shù)較高 。美國從種子培育至收獲全部有不同的環(huán)境控制方法 ， 尤其在溫室培育技術(shù)上處于世界第一位 。1 2 2 我國發(fā)展由于我國溫室研究投入較晚 。就此 ， 在該方面投入了充足的資金致力于溫室研究中 ， 發(fā)展迅速 。通過借鑒發(fā)達國家先進的技術(shù)經(jīng)驗與我國農(nóng)業(yè)發(fā)展相結(jié)合 ， 在各地區(qū)進行試點推廣 ， 效果顯著 ， 推動了灌溉技術(shù)的應(yīng)用 。由于是示范性推廣 ， 因此并沒有達到普及 。究其原因 ， 集中于以下幾點 。第一 ， 發(fā)達國家溫室灌溉設(shè)備昂貴 ， 而我國農(nóng)業(yè)發(fā)展主要集中于農(nóng)村農(nóng)民 ， 沒有充足的資金投入 ， 沒有購買能力 。第二 ， 北方地區(qū)溫度 、地質(zhì)情況與發(fā)達國家不同 。因此 ， 并沒有十足的把握設(shè)備的引進一定達到理想的經(jīng)濟效益 。若未達到 ， 那么將會增加國家經(jīng)濟投入 、得不償失 ， 反而影響灌溉設(shè)備的推廣使用 。不過 ， 我國已經(jīng)針對國家特點研制出了小型灌溉控制系統(tǒng) ， 但是由于質(zhì)量 、效果等方面影響無法進行大量生產(chǎn)推廣 。2 自動灌溉控制系統(tǒng)技術(shù)難點2 1 研究內(nèi)容由于我國主要以中小型規(guī)模 。因此 ， 根據(jù)這一特點 ， 進行了單片機的模糊灌溉控制系統(tǒng)研究 。以日光溫室環(huán)境因子為突破口 ，展開研究分析 ， 找出影響溫室光改決策因子 ， 同時進行系統(tǒng)相關(guān)優(yōu)化 。在軟件部分進行了分析 ， 主要研究內(nèi)容包含幾下幾方面 。第一 ， 根據(jù)溫室規(guī)模和農(nóng)產(chǎn)品水資源需求 ， 制定科學(xué)合理的灌溉形式 ， 做好優(yōu)化控制 。第二 ， 對溫室灌溉控制技術(shù)結(jié)構(gòu)分析 ; 進行硬件配置 。第三 ， 建立模糊控制理論 。第四 ， 根據(jù)模糊控制系統(tǒng) ， 進行程序編制 ， 制定人機交互界面 、實現(xiàn)集控制 、搜集 、自動為一體的模糊灌溉控制系統(tǒng) 。第五 ， 模式實驗 ， 通過 MATLAB 功能進行建模和編制 。用 SIMULINK 模塊進行仿真實驗等 。2 2 關(guān)鍵技術(shù)難點第一 ， 控制目標(biāo)的與灌溉方法的設(shè)計 : 溫室灌溉量決策因子的設(shè)計和灌溉形式 ， 影響著控制效果 。秉承著經(jīng)濟性理念 ， 利用原有的灌溉形式 ， 制定控制系統(tǒng)目標(biāo) ， 以及灌溉方法 。第二 ， 模糊控制規(guī)則確定 : 溫室灌溉量 、時間等影響因素繁瑣 ， 具有非線性 、慣性大的特點 。所以 ， 難以構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型 。另一方面 ， 北方地區(qū)溫度差異顯著 、冬季干燥 ， 結(jié)合多年實踐經(jīng)驗與成功案例 ， 編制模糊控制要求 ， 設(shè)計模糊控制器 。第三 ， 溫室灌溉編程與調(diào)整 。2 3 研究方法分析經(jīng)濟性日光溫室自動光改系統(tǒng)使用單片機為控制中心 ; 使用土壤濕度感應(yīng)設(shè)備進行數(shù)據(jù)搜集 ; 利用 A/D 轉(zhuǎn)換傳輸至單片機中 ， 由模糊控制器進行決策輸出 。經(jīng)過執(zhí)行系統(tǒng)完成灌溉系統(tǒng)報警 、水泵電機 、電磁閥動作控制灌溉時間 。單片機為中心進行編程 ， 進而達到模糊控制效果 。將土壤濕度檢測為依據(jù) ， 進而閉環(huán)監(jiān)控 。通過 MATLAB 進行驗證 ， 得出模糊控制器灌溉控制效果良好 。3 結(jié)語總而言之 ， 采用自動灌溉系統(tǒng) ， 可使中小規(guī)模溫室的灌溉實現(xiàn)全自動化的控制 ， 能夠節(jié)水 50 80%， 具有一定的經(jīng)濟價值體現(xiàn)與社會效益 。模糊控制理論與灌溉控制系統(tǒng)結(jié)合 ， 盡管具有科學(xué)合理性 ， 并且在相關(guān)范圍中進行數(shù)據(jù)修改 。不過在推廣普及上有待進一步研究 。筆者分別從 : 自動灌溉控制系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 、自動灌溉控制系統(tǒng)技術(shù)難點 ， 兩方面進行分析 ， 希望對經(jīng)濟型日光溫室自動灌溉控制系統(tǒng)研究起到幫助性作用 ， 進而推動我國節(jié)水灌溉技術(shù)的普及 。參考文獻 :1梁月云 ，崔天時 ，何亞非 溫室節(jié)水灌溉系統(tǒng)模糊控制器設(shè)計及 MATLAB 仿真 J 農(nóng)機化研究 ，2014(06) 2卞和營 ，薛亞許 ，王軍敏 溫室大棚溫濕度模糊控制系統(tǒng)及 PLC程序設(shè)計 J 農(nóng)機化研究 ，2014(09) 3田磊 ，邢鵬康 ，張莉 基于 PLC 和光電傳感控制的穴盤苗自動移栽裝置設(shè)計 J 農(nóng)機化研究 ，2017(07) 4趙鐳 ，謝守勇 ，詹攀 ，黃河 基于 PLC 的灌溉壓力控制系統(tǒng)研究 J 西南大學(xué)學(xué)報 ( 自然科學(xué)版 ) ，2016(12) 作者簡介 : 李曉紅 ( 1977 ) ，女 ，漢族 ，吉林九臺人 ，碩士 ，講師 ，研究方向 : 機電一體化技術(shù)與應(yīng)用 。961</p>