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智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)也叫智能灌溉系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精細(xì)農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)，是托普物聯(lián)網(wǎng)為保證農(nóng)業(yè)作物需水量的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水而提出的一整套解決方案。智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是農(nóng)業(yè)灌溉不需要人的控制，系統(tǒng)能自動(dòng)感測(cè)到什么時(shí)候需要灌溉，灌溉多長(zhǎng)時(shí)間；智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)可以自動(dòng)開啟灌溉，也可以自動(dòng)關(guān)閉灌溉；可以實(shí)現(xiàn)土壤太干時(shí)增大噴灌量，太濕時(shí)減少噴灌量。

一、智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)上述功能就要充分利用可編程控制器的控制作用。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感測(cè)土壤濕度的功能必須要有土壤濕度傳感器。要實(shí)現(xiàn)灌溉水量的多與少的調(diào)節(jié)，必須要有變頻器。在可編程控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)定50%—60%RH為標(biāo)準(zhǔn)濕度，傳感器采集的濕度模擬信號(hào)經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
針對(duì)灌溉水利用系數(shù)較低,文中提出一種基于嵌入式智能灌溉控制系統(tǒng)。依托無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集灌區(qū)作物需水信息,匯聚到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給主控中心,中心主機(jī)根據(jù)信息確定灌溉狀態(tài)并計(jì)算灌水量,控制灌溉設(shè)備工作實(shí)現(xiàn)智能灌溉;依托Internet管理員有權(quán)對(duì)系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理,滿足了規(guī)?；喔鹊男枨蟆８鶕?jù)示范區(qū)觀測(cè),灌溉水利用系數(shù)由原來(lái)的0.6提高到0.9。系統(tǒng)結(jié)合了無(wú)線傳感、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),解決了農(nóng)業(yè)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)涉及到傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等多種*，這些新技術(shù)的應(yīng)用使我國(guó)的農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變奠定了重要的基礎(chǔ)。
智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)可以根據(jù)植物和土壤種類，光照數(shù)量來(lái)優(yōu)化用水量，還可以在雨後監(jiān)控土壤的濕度。有研究現(xiàn)實(shí)，和傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)相比，智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的成本差不多，卻可節(jié)水16%到30%。加州出臺(tái)的新法案要求2012年起新公司必須使用智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)。

二、智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景
灌溉造成水資源大量浪費(fèi)
美國(guó)每年浪費(fèi)掉的水資源高達(dá)8,520億升，而若安裝一種智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)則可有效地控制水流量，達(dá)到節(jié)水目的。HydroPoint公司負(fù)責(zé)可持續(xù)領(lǐng)域業(yè)務(wù)的Chris Spain援引美國(guó)用水工程協(xié)會(huì)的報(bào)告稱，美國(guó)住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)的草坪、植物灌溉用水浪費(fèi)了30%到300%。
水資源被浪費(fèi)的原因是技術(shù)不行，美國(guó)有4,500萬(wàn)個(gè)僅是安有簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器的灌溉系統(tǒng)，它們?cè)跁r(shí)間控制上還可以，但度不高。Spain稱，城市灌溉系統(tǒng)占城市用水的58%，這些被浪費(fèi)的水資源每年生產(chǎn)54.4萬(wàn)噸溫室氣體。
在中國(guó)農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%左右，由于農(nóng)業(yè)灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國(guó)家已達(dá)70%～80%，因而，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問(wèn)題，對(duì)于緩解水資源的緊缺是非常重要的。我們的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生了。
不僅美國(guó)，英國(guó)也開始關(guān)注節(jié)水問(wèn)題。英國(guó)節(jié)能信托基金會(huì)和能源部警告，隨著越來(lái)越多的家庭開始節(jié)約能源，使用熱水可能會(huì)超過(guò)取暖成為制造二氧化碳的主要途徑。

三、智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)工作原理
灌溉系統(tǒng)工作時(shí)，濕度傳感器采集土壤里的干濕度信號(hào)，檢測(cè)到的濕度信號(hào)通過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)的電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為濕度數(shù)字信號(hào)，輸入到可編程控制器?？删幊炭刂破鲀?nèi)預(yù)先設(shè)定50%-60%RH為標(biāo)準(zhǔn)濕度值，實(shí)際測(cè)得的濕度信號(hào)與50%-60%RH比較，可以分為：在這個(gè)范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍，小于這個(gè)范圍三種情況。
可編程控制器將控制信號(hào)傳給變頻器，變頻器根據(jù)濕度值，相應(yīng)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從水源抽水，需要灌溉時(shí)，電磁閥就自動(dòng)開啟，通過(guò)主管道和支管道為噴頭輸水，噴頭以各自的旋轉(zhuǎn)角度自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。灌溉結(jié)束時(shí)電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。為了避免離水源遠(yuǎn)的噴頭不能被供給足夠的壓力，在電磁閥的一側(cè)安裝一塊壓力表，保證個(gè)噴頭的水壓滿足設(shè)定的噴灌射程，避免發(fā)生因?yàn)樗畨翰蛔?，噴頭射程減少的現(xiàn)象。整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)草坪灌溉的智能控制。
綜上所述，要實(shí)現(xiàn)智能灌溉，系統(tǒng)需要有可編程控制器、傳感器、A/D模塊、變頻器、電動(dòng)機(jī)、水泵、電磁閥、管網(wǎng)和噴頭等設(shè)備。
①可編程控制器：負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞部分。
②傳感器：由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間比較倉(cāng)促，忽略了溫度對(duì)灌溉的影響，因此沒(méi)有使用溫度傳感器，只使用了土壤濕度傳感器。通過(guò)傳感器采集土壤里的濕度信號(hào)，判斷是否需要灌溉。
③A/D模塊：因?yàn)榭删幊炭刂破鞑荒芙邮漳M信號(hào)，所以需將傳感器的電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
④變頻器：通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)噴灌流量，達(dá)到節(jié)水的目的。
⑤電動(dòng)機(jī)、水泵：由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從水源抽水，為噴灌系統(tǒng)提供一定的壓力。
⑥電磁閥：控制噴頭的噴灌與否。
⑦噴頭：實(shí)現(xiàn)均勻噴灑，便于充分吸收。
    ⑧管網(wǎng)：灌溉系統(tǒng)輸送水的管路。