文/张鸿翔

我国为全球农业大国，农业灌溉用水量相当庞大，在所有用水中农业用水综合占比高达80%，因此如何有效解决农业灌溉用水等相关问题，为解决当前国内水资源紧缺的一个关键路径。伴随着计算机技术的迅猛发展，如今在农业节水灌溉过程中，可以利用先进的计算机自动化技术来完成。通过自动控制与计算机技术的有效融合，针对有关数据展开精准采集，这样有助于自动化灌溉的顺利实施。此外，目前智能测量仪器也得到广泛应用，让控制设备精准度得以大幅度提升，可以结合农作物生长情况以及相关需求选择最匹配的控制仪器，最终完成节水节能的目的。

1 设计原理

在系统运作过程中，对集中理算监控等相关工作主要借助中央控制器来完成。以计算机作为核心的气象工作站，通常将对辐射、湿度、温度以及具体分享等相关参数展开全面收集，然后借助传感器采集土壤湿度等情况，将采集信息数据传送至中央控制器。结合接收到的数据信息，中央控制器将自动将其与标准数据展开综合性对比，结合对比结果下发指令，然后指令通过控制器下达至电磁阀，结合实际情况对电磁阀开启或关闭。一旦电磁阀接收到开启命令，将在第一时间利用机泵抽水并灌溉农作物，具体设计原理可见图1。

2 系统设计

在设计节水灌溉系统的过程中，其中关键结构为控制系统，该系统设计的是否到位相对灌溉系统的正常运行带来很大影响。一般来说，控制系统除了计算机、串口线、接口、电磁阀以及相关软件之外，还包括雨量以及湿度传感器等设备，具体组成可见图2。

利用这些控制软件对土壤湿度展开监测，然后借助传感器对水量信息加以收集，结合数据情况下发指令，对电磁阀是否开启以及开启时间进行控制。此外，结合农作物具体生长情况，对灌溉详细时间点进行设置，然后下发控制指令。

2.1 硬件设计

2.1.1 计算机

内存容量不低于2GB，CPU 频率需超过2.00GHz，磁盘容量不能小于500GB，此外对主板以及鼠标都有严格控制。

2.1.2 采集数据

为确保节水灌溉系统的正常运行，通常首先要对灌溉区降雨以及土壤湿度等状况进行充分了解，通过这些数据信息对灌水量进行确认。目前在灌溉系统运作过程中，采集数据常用到的设备有两种，第一种为湿度传感器，另外一种为雨量传感器。

（1）湿度传感器。土壤里面所含水分高低对农作物生长将带来很大影响，如果水分比较欠缺，农作物很有可能因为缺水营养不良甚至旱死。因此监测土壤湿度显得很有必要，有助于对土壤水分含量进行实时掌握。本文节水灌溉系统使用的适度传感器型号为RHD- 100，直径为3 毫米，测量时间保持在2 秒，工作电压与电流分别为5 ～ 12 V、 21 ～26 mA。此外，该系统所用的探针长为5.5 厘米。

（2）雨量传感器。雨量传感器除了上翻斗、计数以及计量翻斗之外，还包括干簧管、承雨口与螺钉等零部件。在工作过程中，利用承雨口收集雨水，经过漏斗雨水将被送至上翻斗，当雨水量达到相应数值时上翻斗发生侧翻，通过节流管等雨水被送至计量翻倒。当雨水量达到一定数值时计量翻斗发生侧翻，此时翻斗上配置的磁钢开始扫描干簧管，事先通电的干簧管在磁化作用下将出现闭合，借助二芯电缆将信号传输出去，计数器将接收到信号。翻转以此相当于0.1mm 降雨量，然后对降雨量进行统计，结合统计数据结果以及农作物自身需求，最终确定农作物是否缺水并及时进行灌溉。

2.1.3 输出驱动

信息收集完毕后，利用输出驱动模块电磁阀将接收到计算机信号，结合信号情况输出驱动模块将产生相应的推力。在该系统运作过程中，调节阀主要使用的为直动式，首先对电磁阀通电，在电磁吸力作用下阀芯开始提起，同时关闭件开启，灌溉水就可以顺利通过，此时电磁阀处于工作状态；如果将电源切断，电磁力也将不存在，阀门在弹簧力作用下被关闭，此时电磁阀处于停止状态。

图1：节水灌溉系统原理

图2：控制系统结构

图3：软件系统工作流程

2.2 软件设计

在设计节水灌溉系统时，实现语言主要借助VB.NET 软件进行编程，后台数据库主要选择Access。如果需要维护数据库，用户仅需登录操作页面并按照相关提示操作即可。节水灌溉系统操作流程具体可见图3。

登录节水灌溉系统后，首先需要对用户个人信息加以验证，结合相关需求管理员可对个人信息、土壤以及农作物等详细信息加以删减。如果为一般用户，其权限仅能监控或者查询相关信息，结合农作物对水分需求控制水泵，操作完成后即可退出系统。

节水灌溉系统通常处于露天环境下，结合农作物种类进行不同区域的划分，不同农作物对水分及土壤需求存在差异，因此如果多种农作物进行混合种植，通过该节水灌溉软件可选择三个不同的区域。然后结合土壤湿度、深度、灌溉水源利用率等相关参数，对数据进行发送或重新设置。

（1）系统管理模块。该模块除了可随时诊断设备工作状态，同时还能在紧急情况下进行自动报警，针对出现故障的节点展开精准定位，对系统运作状况实施全方位监控。在管理过程中主要以无线基站作为核心，确保系统稳定运行，同时设备利用率也得到提升，维护成本也将出现相应降低。该系统操作灵活方面，可结合实际情况随时进行维护或升级。

（2）地块信息模块。利用该模块可以对农作物土壤营养成分含量等信息进行充分了解，通过计算农作物水分需求量，对该地区用水灌溉量进行精准判断，然后结合所得数据对灌溉设备展开自动化控制，最终对系统进行选方位控制。

（3）自动灌溉模块。为了确保系统高效运作，同时全面提升灌溉效率、节省水资源，需结合不同生长节点农作物水分需求量的差异，针对循环灌溉信息进行设置，确保农作物在不同生长节点充足的水分供应。

3 系统运行流程

（1）在农作物生长过程中，主要借助信息采集系统对雨水量、气候以及湿度等数据展开大范围收集，同时将所的数据及时传递至控制系统。

（2）接收到采集系统发送的数据后，利用PLC 控制器对其进行整理，同时借助监控系统将数据显示出来。

（3）通过相应的指令以及控制策略，监控系统将向执行单位下发命令。

（4）收到监控系统命令后，水泵将根据命令对电磁阀开启或者关闭。

为确保系统的稳定运行，在设置系统时除设置自动模式外，还要设置手动模式，以便出现任何故障可切换运行，确保系统的稳定运作。

4 结束语

在节水灌溉系统设计过程中，用到了包括通信、自动化以及无线电等诸多先进技术，有助于农田灌溉数据收集与整理。该系统在设计时结构并不复杂，耗能较为理想，同时运行成本较低，操作过程可保证稳定性以及持久性，让节水灌溉变得更加智能化与系统化，提升节水灌溉效率的同时，还能大幅度接收水资源，因此具备很高的经济与社会价值，在农田灌溉实际操作中可推广应用。