灌溉系统篇1

关键词：α值法；灌溉系统；自动控制

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）01-0081-02

1研究背景与意义

1.1我国农业灌溉用水现状我国是一个严重缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，水资源人均占有量将继续下降，加之水资源污染严重、水质恶化的同时，而农业是用水大户，近年来农业用水约占全国用水总量的62%，部分地区高达90%以上，但是农业用水浪费相当严重，灌溉水和自然降水利用率低，农业用水效率不高，区域缺水问题已经显现出来。

目前，传统的灌溉模式已不再适合我国国情的发展，农业节水灌溉普及较好，我国有效灌溉面积为9.25亿亩，节水灌溉工程面积4.38亿亩，其中高效节水灌溉工程面积1.87亿亩，虽然节水灌溉发展成效明显，但总体滞后于现代农业发展和推进农业现代化的需要，缺乏自动化灌溉，仍然存在灌溉水利用率低、田间渗漏量大，灌溉不及时等问题。发展适时灌溉，自动化节水灌溉农业已是国家可持续战略的重大举措之一。

1.2研究的国内外发展趋势随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧，特别是发达国家都把发展节水高效农业作为农业可持续发展的重要措施，国外灌溉自动控制系统已逐步趋于成熟、系列化。在国内，近30年间，农业还是依靠传统灌溉技术，自动化灌溉未能应用到灌溉工程中。国内在开发灌溉自动控制系统方面处于研制、试用阶段。能实际投入应用，且应用较广的系统还不多见，我国研制自动灌溉系统技术还处在初级阶段，任然停留在理论的探讨以及小规模的试验；另外市场上的自动灌溉系统造价高，农户操作不方便，投资较大，这限制了一定灌区的普及。

1.3研究的意义与目的现代自动化灌溉系统与传统人工灌溉控制系统相比，具有节水、节省人工量等优点，而且可以避免灌溉中的人为因素，所造成的不利影响，能够准确性操作，利于灌区的科学管理。此外，通过自动灌溉系统可以适时、适量进行灌水，提高农作物产量，同时，也是现代农业发展的需要。本论文研究的目的在于：

①α值法自动灌溉系统的研究是按照作物土壤适宜含水率为上、下限变化参考值，确定灌溉时间，适时灌溉，提高灌水的及时性。②通过时间控制器，控制灌溉水量，定量灌溉，减少深层渗滤量，提高灌水的利用率，节约水资源，并有效的防止灌溉造成的土壤结构的破坏。③通过利用太阳能对灌溉水加热，提高土壤温度，促进作物生长发育。

2研究内容

该自动灌溉系统是利用在充分灌溉条件下按照某时段内作物需水量ET和与ET同时段的水面蒸发量E0之间的关系式，即：ET=αE0，按照该时段作物土壤适宜含水率为上、下限，通过蒸发皿的水位变化监控土壤含水率变化，调控电动蝶阀适时开关给灌溉区供水，适时灌溉，提高灌水的及时性。如：某地区棉花幼苗期需水模系数α=0.65，棉花幼苗期土壤计划湿润层为35cm，土壤适宜含水率为55%～70%（以田间持水率的百分率计），土壤田间持水率为30%（以占土壤体积百分率计），则田间适宜最大含水量为7.35mm，适宜最小含水量为5.8mm，在无降雨的情况下采用适时灌溉，则棉花幼苗期的灌水定额为1.55mm，当蒸发皿（80cm口径）水位差为2.38mm，则蒸腾量：ET=αE0=0.65×2.38=1.55mm，此时该地达到适宜最小含水率，水源水箱开始给灌区灌水，灌水量为1.55mm，蒸发皿补给水箱为蒸发皿供水至上立柱点，到下一次再开始灌溉。

3研究基础

3.1理论科学性传统的地面灌溉方式是按照土壤田间持水率为上限，作物允许土壤的最小含水率为下限，制定灌溉制度，确定灌水时间，灌溉制度制定后，遇到降雨和气象条件与设计典型年有变化时，灌水的及时性无法保证。本论文的研究的基础条件是充分灌溉制度下的灌溉，因为现行的灌溉制度大多是充分灌溉条件下的灌溉制度，这方面的研究资料比较完备。α值法的自控适时灌溉系统是按照作物土壤适宜含水率为上、下限，通过蒸发皿的水位变化监控土壤含水率变化，调控电动蝶阀适时开关给灌溉区供水，适时灌溉，提高灌水的及时性。这为论文的研究运用奠定了理论科学基础。

3.2技术可行性本论文的理论基础是用α值法计算作物需水量，该方法的理论研究、试验和生产运用都比较成熟，各地区灌溉试验站有大量的试验数据，为论文提供了充分的技术保障。在充分灌溉条件下，实现自控适时灌溉，该技术在模型设计中得到体现，并后期应用于试验田，通过试验统计说明，此技术能够使作物在最适宜的土壤水分状况下，达到丰产、高产的目的，而且该系统具有田间工程简单，需要的设备少，投资省，技术简单，操作方便，群众容易掌握，能耗少，节约水资源，节约灌溉时间，提高灌水利用率，能够推广使用是可行的。

3.3设计思路大量灌溉试验资料表明，气象因素（温度、日照、湿度、风速等）是影响作物需水量的主要因素，而当地的水面蒸发量又是各种气象因素综合影响的结果。

α值法是作物需水量的直接计算方法，是利用水面蒸发这一参数估算作物需水量，其计算公式为：ET=αE0；

其中：ET——某时段的作物需水量，以水层深度计，mm；E0——与ET同时段的水面蒸发量，以水层深度计，mm；E0一般采用80cm口径蒸发皿的蒸发值；α——农作物需水模系数，即同时期需水量与水面蒸发量之比值，一般由实验确定。测定土壤含水率，确定作物某生育期最优含水率的上限值和下限值，计算出在该含水率范围之间的土壤含水量，即确定了作物的需水量，利用α值法的计算公式，推算出蒸发皿的蒸发量。

利用蒸发皿的水位变化，适时监控土壤水分变化，在充分灌溉条件下，通过电磁阀等自动装置，控制灌水时间和灌水量，实现以水面蒸发为参数的自控适时灌溉，使作物在最适宜的生长土壤环境下，达到丰产、高产的目的。

4系统实施

①系统参数确定。利用灌溉试验资料，确定作物不同生育期的需水模系数、土壤计划湿润层、土壤适宜含水率、土壤田间持水率，计算出作物不同生育期的一次灌溉用水量和蒸发皿的水位变化量。以甘肃省兰州市城关区某校农水实训基地试验田的棉花种植为例。

②灌溉系统制作。通过浮标、自动控制闸阀、时间控制器等设备把灌溉水源、蒸发皿、蒸发皿补充水箱、田间灌溉系统有机的结合起来，组装成一个完整的灌溉系统。

③田间试验阶段。在完成灌溉水量和灌水系统制作后，在部分实验田里使用，完成灌溉系统性能测试。

④产品开发利用。通过田间试验后，完善系统缺陷，逐步进行田间推广。如果该系统能够进行大面积的推广，该系统使用方便、维护简单、价格低廉、精度较高，具有良好的商品化开发及广阔的市场应用前景。

5结语

α值法自动灌溉系统，农户可以利用此系统控制大面积的作物灌溉用水，而且在水量充足地区，同样适用于充分灌溉条件下的畦灌、沟灌和喷灌，在提高水的有效利用率的同时，还能节省人力、物力，操作简单，造价低，实际应用普及程度高。

参考文献：

[1]谢春燕，倪九派，魏朝富.节水灌溉方式下作物需水量和灌溉需水量研究综述[J].中国农学通报，2004（4）.

[2]张兵，袁寿其，成立.节水灌溉自动化技术的发展及趋势[J].排灌机械，2003（02）.

[3]樊引琴.作物蒸发蒸腾量的测定与作物需水量计算方法的研究[D].西北农林科技大学，2001年.

灌溉系统篇2

管道输水灌溉系统可分为以下类型：

1、按输配水方式分类。低压管道输水灌溉系统按输配水方式可分为加压输水系统和自压输水系统，加压输水系统分为两种，一种是水泵直送式，另一种形式是蓄水池调蓄式。

2、按管网形式分类。低压管道输水灌溉系统按管网形式可分为树状网和环状网。树状网的管网为树枝状，水流在干管、支管、分支管中从上游流向末端，只有分流而我汇流。环状网是管网通过节点将各管道连接成闭合环状，根据出水口位置和控制阀启闭情况，水流可作正向或逆向流动。

3、按工作方式分类。低

（来源：文章屋网）

灌溉系统篇3

关键词：无线通信；节水灌溉；实时；微控制器

中图分类号：S24；S275文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）19-4795-05

中国农业发展目前面临着两大主要问题：一方面国民经济、生态建设的迅猛发展导致对水资源的需求量越来越大，但是，中国目前的水资源严重不足；另一方面中国农业用水量约占总用水量的80%左右，但有效利用率仅在45%左右，而欧美发达国家一般在70%～80%，这导致中国农业用水浪费现象非常严重[1]。

因此，在水资源严重不足的情况下，如何有效解决农业用水短缺问题显得迫在眉睫。方法大致有两种：开发新的水资源，但是，此方法投资大、见效慢，受地理环境影响异常明显；另一种方法是发展节水灌溉。节水灌溉是遵循作物不同生长发育阶段的需求规律而进行的适时灌溉，利用尽可能少的水获得尽可能多的农作物产出的一种灌溉模式[2]。此方法投资相对较小，既有可能实现农业灌溉的自动化，又可能极大提高水资源的利用率。

基于此，提出一种节水灌溉自动控制系统设计方案，设计了一个基于单片机的节水灌溉自动控制系统，具有实时显示检测数据和实时上传检测数据的功能，并能根据采集到的有关作物生长的环境参数及所需水量来控制给水的时间和流量。

1系统总体设计方案

目前，国外普遍采用大型分布式微机测控技术实现节水灌溉自动控制。该技术方案摆脱了传统的全凭经验灌溉的灌溉模式，为多种技术的融合，根据采集到的土壤参数、温湿度等环境参数来决定灌溉量与灌溉时间。因此，系统分中央控制系统和远程测控系统两部分进行设计，其系统结构图如图1。其中N为远程测控系统的个数[3]。由图1可见，中央控制系统（主站）主要由微控制器与主PC机构成。远程控制系统（子站）主要实现参数的选定与测量、信息数据传输与处理、控制执行机构的动作等功能。系统选择无线通信方式实现主站与子站之间的信息传输，其系统框图如图2[3]。

系统主要分为信号采集模块、数据处理模块、数据无线处理模块、控制模块、软件模块这5大功能模块。因此，选择土壤水分、空气的湿度、空气的温度3个参数作为灌溉的因素，测量元件就是测量这3个参数。具体器件选择如下：①空气温湿度测量元件选用CHT-WV02温湿度变送器；②A/D转换器选用ADC0808；③电磁阀选用分布式电磁阀；④无线通信模块选用2FSK解调方式的PTR8000；⑤核心控制器选用常见的AT89系列单片机；⑥土壤水分测量元件采用TDR3型水分传感器。

2系统硬件设计

2.1主站硬件设计

如前所述，主站的功能主要体现如下：通过无线通信方式实现与子站之间的信息传输，即远程控制系统通过相应器件采集土壤水分、温度、湿度等参数后，经过信号调理、模数转换后，通过无线方式传输给主站，主站以此为依据控制阀门水量的大小，也就是确定开关开合的程度。其间，主站中微控制器与主PC机之间采用有线通信方式。

2.1.1微控制器与PC机的接口电路微控制器与PC机之间采用常用的RS-232标准进行数据传输，但是，由于RS-232电平标准与单片机TTL逻辑的电平标准不兼容，因此，必须使用电平转换芯片实现二者之间的电平匹配。在本设计中，选用最常用的MAX232芯片来实现电平匹配，其接口电路图如图3所示[4]。

如图3所示，TXD与MAX232的T2in相连，经过MAX232转换后，T2out输出的信号进入RXD。同理，TXD与MAX232的R2in相连，经过MAX232转换后，R2out输出的信号进入RXD。如此，便可实现TTL与RS-232之间的逻辑电平转换，使单片机与PC机之间的通信链路接口完成。

2.1.2无线射频收发接口电路由于本单片机不具备SPI接口，所以要利用软件模拟SPI接口来实现单片机与PTR8000之间的通信[5]。由PTR8000构成的无线收发电路如图4所示。

在图4中，PTR8000的3个状态输出信号DR、AM、CD分别与单片机的P3.2、P3.4和P3.5管脚相连，以此实现无线模块与单片机的通信控制。其中，AMS1117是低压差三端电压调节器，旨在为PTR8000提供合适的电压。

2.2子站硬件设计

子站主要完成对传感器信号的采集及处理并控制电磁阀动作，达到自动灌溉的目的，由控制单片机、A/D转换模块、土壤水分传感器、温湿度变送器和电磁阀组成。

2.2.1土壤水分检测电路设计采用运算放大器UA741来实现减法电路，其中VH=WATERH，VL=WATERL，V=WATER。电路如图5所示。注意在采集数据之前，对于运算放大器UA741一定要调零。

2.2.2A/D转换接口电路ADC0808没有内部时钟，所以时钟信号端CLK通过两个D锁存器的分频与单片机的时钟相连。如图6所示，由于ADC0808的转换速度所限制，系统使用2MHz的晶振，通过两个D锁存器的分频后，ADC0808CLK端的时钟频率为2MHz/4=500kHz。

2.2.3显示接口电路显示接口电路如图7所示。其中，四个晶体管的作用是使得共阳极的LED正常工作，在LED每个光二极管前加了一个限流电阻，是避免LED发光二极管因电流太大而烧坏或寿命减少。

2.2.4辅助控制单元设计①电磁阀控制单元。由于单片机的输出电流比较小，不能驱动电磁阀工作，所以需接一晶体管进行电流放大从而驱动电磁阀工作，在继电器两端反并一个二极管的作用是防止继电器因过大的电流烧坏或寿命减少。电磁阀控制电路如图8a所示。②报警电路设计。大部分都是使用蜂鸣器来提示或报警，具体如图8b所示。

3系统软件设计

3.1主站软件设计

设计中单片机的主要功能是实现土壤水分、温湿度等参数的实时接收、发射以及数据的串口发送，因此，功能相对较少，在实际设计中只需要合理地初始化芯片以及特殊功能寄存器，便可实现数据的实时传输，其主程序流程图如图9所示。此外，在系统设计中，PTR8000为无线收发模块，功能是接收数据并发送数据，其流程图如图10a与10b所示。

3.2系统子站软件设计

3.2.1数据采集程序设计数据采集主要是指经传感器采集过来的电压信号，经A/D转换后送到单片机，再通过单片机的软件处理为此电压信号对应的湿度、温度和土壤水分信号，其流程图如图11所示[6]。

3.2.2数据处理程序设计数据处理主要是将从A/D采集来的数据经过一定的软件算法处理后，得到与实际情况最相符的数据，即误差最小，其程序流程图如图12所示[6]。

3.2.3数据显示程序设计显示数据经过译码器74LS138和驱动74LS47将数据送至LED显示。数据显示子程序主要完成将待显示的数据移出单片机，送至译码器74LS138和驱动器74LS47，其程序流图如图13[7]。

此外，电磁阀程序设计流程图如图14所示。

4小结

设计通过远程控制实施节水灌溉，实现了实时显示检测数据和实时上传检测数据的功能，并能根据采集到的有关作物生长的环境参数及所需水量来控制给水的时间和流量。通过无线遥控节水灌溉技术可节省人力物力，解决当前水资源短缺却又浪费的紧张局势。主站和子站之间采用无线传输，克服了传统有线传输的地域限制，实现了站点之间的数据传送。此外，通过温湿度和水分传感器采集作物土壤及周围环境的信息，可较全面地体现农作物的需水状况，且节约成本，有效地实现了节水灌溉。

参考文献：

[1]唐思航，韩晓琴.转变农业发展方式是发展现代农业的关键[J].北京社会科学，2010（2）：76-81.

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[3]孙燕，曹成茂，马德贵.基于无线数据传输的节水灌溉控制系统研究[J].安徽农业科学，2010，38（3）：1444-1445.

[4]任园园，刘建平.基于CMX7143的高速数传模块的硬件设计[J].今日科苑，2009（2）：175.

[5]张武.无线通信模块PTR8000在温室环境监测中的应用[J].农业网络信息，2007（2）：29-32.

灌溉系统篇4

【关键词】zigBee；自动监控；节水灌溉

【Abstract】Chinaisacountrypoorinwaterresources，percapitawaterresourcesisonlyaquarteroftheworldaverage，whileourcountryisanagriculturalcountry，long-termextensivefarminggreatwastepreciouswaterresources.ThepurposeofthispaperistodesignasetofbasedonzigBeewirelesssensornetworktechnology，toautomaticallycropgrowthofsoilmoisturemonitoringsystem，itcantimely，rightamountofcropirrigation，andahighefficientirrigation，watersaving，energysavingeffect.

【Keywords】zigBee；Automaticmonitoring；Water-savingirrigation

0引言

我国是个水资源非常缺乏的国家，传统的温室节水控制系统存着以下缺点：

1）单独依靠灌溉流程的最后环节来解决，没有将水资源的开发、输送、分配等因素全盘综合考虑，真正的做到按需精确的给水。

2）在实际的农业生产应用时，需要密布传感器节点，才能实现对监测区域的有效覆盖，这将导致农业设施内部线缆纵横交错，系统安装及维护成本急剧增加。

本研究拟将物联网架构的无线传感器技术应用于节水灌溉系统中。以ZigBee无线网络技术为依托构建物联网架构的温室节水灌溉系统。内容包括：利用ZigBee无线网络技术的低功耗、低成本、免许可无线通信频段等特点，将其引入到温室灌溉系统中，避免了大量信号线的敷设；

另外，因为温室是采光建筑，透光性较好，本项目将太阳能供电技术应用到温室土壤温、湿度检测之中，利用太阳能供给环境检测所需电力，在不利于电力线路敷设的区域也可以实现电力供给，并且节能、环保。

国外灌溉监控系统在运行、管理方面的自动化程度较高，并且系统也相对比较完善。在农业机械化和自动化程度较高的美国、日本、荷兰、西班牙和以色列等国家中，很多灌溉控制的技术值得我们在农业灌溉现代化过程中借鉴。

1系统设计原则

结合灌溉系统自身的特点和当前国内外各种精准灌溉的优劣，本系统的设计遵循以下原则：

1）能时时刻刻的监测灌溉区域的土壤含水量，这是我们做精准灌溉的基础。如果做不到实时监测，空谈精准就毫无根据可言。

2）能够准确的读取灌溉区域土壤含水量，这是精准灌溉的精髓所在，如果连含水量的监测都无法保证精确，就无从说起控制。

3）方便而实用。用户不需要过于复杂的操作，而需要经过专业技术人员的培训之后便能熟练的操作。

4）节能，低碳。系统不需要复杂的交流电连接，这样既不破坏植被的美观又能节约能源。

5）低成本。国外很多先进的精准灌溉系统虽然己经做的很好了，但是高昂的价格根本不是我国农民能承受得起的。因此只有价格低廉有利于推广。

2系统总体设计方案

3温室无线环境检测系统的方案设计

整个检测系统由zigbee无线传感器网络和上位机检测平台两部分组成。zigbee无线传感器网络由传感器节点、路由节点和协调器节点组成，分布在温室的各个区域。无线传感器节点分为传感器节点和路由节点协调器节点。系统运行时，传感器节点周期性地完成数据采集并通过Zig-Bee网络汇总到协调器，协调器将采集的数据通过多跳的方式汇聚到远程监控中心的基地管理监测平台。基地管理监测平台收到所有节点周期性汇聚的数据后，采用SQLite数据库对采集的数据进行存储、查询等管理，并可以通过GPRS或Internet网络将监测数据发送到远程监控中心的服务器上，使得用户可以随时通过Internet登录到服务器网站查阅或分析处理数据，为多个区域的环境信息集中管理和和综合应用提供支持。此外，还可以对写入数据库的数据进行判断，当超过管理人员设置的阈值时，通过启动声光报警器、GSM短信等多种方式预警，并根据设计的算法将不同的控制命令发送到控制节点，由控制节点驱动相应的执行机构，完成相应的策略。检测系统的整体结构图如图1所示。

4无线传感器网络节点的硬件设计

无线传感器网络节点有三种：传感器节点、路由节点和协调器节点。这三种节点在硬件设计上有部分内容是重叠的。节点主要由数据处理模块和无线通信模块组成。本设计选用了CC2430芯片，从而简化了电路的设计。传感器节点采集与环境有关的数据，因此除完成数据收发外，还需要数据采集模块。另外，所有节点均采用太阳能供电，网络中节点的结构如图2所示。

5太阳能供电模块

为了更好地解决传感器节点的能量供给问题，提出了基于太阳能的能量供给系统，主要由太阳能电池组件、能量管理控制器、蓄电池（组）三部分组成。太阳能电池组件保证使用寿命长，设计在20年以上；蓄电池容量能满足设备负载7天连续阴雨天供电。为了降低能耗，采用类似于智能手机的供电方式，即采用锂电池的供电的设计方案。太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。供电模块结构图如图3所示。

6系统软件设计

系统软件的设计要实现预想的功能，除此之外应该考虑复杂度和功耗等一些优化措施。本系统的软件设计包含这几个部分：协调器节点（coordinator）软件设计，控制功能节点（router）软件设计，客户端软件设计。这几部分的关系如图4所示：

7结论

针对温室环境湿度大、基础设施少、作物众多且动态变化等特点，本文设计了基于ZigBee的温室自动灌溉系统。设备基于太阳能供电，实现现场实时监测、远程监控报警、灌溉阈值设置灵活以及休眠等功能，并为用户提供直观的系统管理平台来完成节点管理和数据处理功能。设备使用证明，其具有良好的稳定性，并能满足不同作物不同时期灌溉的需要。同时，具有系统误差低、响应速度快、部署灵活、成本低廉、维护简单等特点。该设备的研制和使用为建立大型远程智能灌溉系统提供经验和技术支持。

【参考文献】

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[3]袁巧霞，蔡月秋.温室集雨及低压自渗灌溉可行性研究[J].农业机械学报，2006（37）.

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[5]甘露萍，谭雪松，张黎骅.基于太阳能和自制土壤湿度传感器的自动灌溉控制系统[J].节水灌溉，2009（11）.

灌溉系统篇5

关键词：自动控制；湿度传感器；频域反射计（FDR）；土壤灌溉系统

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）27-0204-01

1引言

相比一些国家，我国水资源较少。根据科研工作者研究的数据表明，我国的灌水使用率低至40%。为了缓解这一困境，国务院曾在2012年印发的节水纲要中设定以下目标――新增高效节水灌溉工程面积需要达到1.00×107hm2以上，农田灌溉水有效利用系数需高于0.55。然而，现今我国的节水状况仍与2012年所定目标相差甚远。高效的灌溉设备是节水灌溉得以发展的前提条件。根据所观察国内外节水灌溉设备发展状况，剖析中国节水灌溉设备存在的缺陷及发展前景，提出的发展思路与建议，将有益于节水灌溉设备行业全面发展。[2]从节流的角度出发，通过自动灌溉系统检测到植物土壤的湿度过低时合理地对植物进行浇水保湿，而加大节省灌溉水的力度，使得灌溉的操作变得更加准确。[1]因此，设计出一种可以实时检测土壤中含水量并作出快速正确响应（即灌溉操作）且造价相对便宜的自动灌溉系统是相当有必要的。[3]而本文进行的土壤自动灌溉系统研究也是必然的。

2自动灌溉系统的设计

该设计是基于继电器模块的自动灌溉控制器，其主要对土壤湿度及灌溉控制进行设计研究。该设计主要是通过土壤湿度传感器获取土壤湿度的数据，进而将数据传送到继电器模块，从而控制进水阀的开关以完成自动灌溉。

2.1系统结构及原理

图1为土壤自动灌溉系统的结构简图，该设计由继电器模块，控制器，土壤湿度传感器，进水阀，220V电源等基本模块组成。系统由220V电源为整个电路提供能量。土壤湿度传感器充当观察员的角色，时刻监测土壤中的水分含量，并将信息利用电信号传递给控制器。控制器则是整个系统的大脑，其通过对电信号所携带的土壤中水分含量大小与系统给定的供水临界值进行比较处理，遵循控制规则发出控制信号，并通过电路驱动放大控制继电器模块的供电与否，直接操作整个系统电路的开或断，从而直接影响进水阀的开闭工作，进而实现灌溉功能。在工作过程中，土壤湿度传感器始终给予控制器反馈，实现了自动控制功能，同时通过设定适当的供水阈值，使土壤湿度达到一定水平后便自动停止供水以达到节水的效果。

具体系统结构如下：

2.2FDR原理

在本文提出的自动灌溉系统中，土壤湿度的实时监控，便是基于FDR原理――即介电法实现。FDR的水分探头内有一对电极组成的电容器，当水分探头插入土壤内时，土壤便成为了电介质。而电容器与振荡器形成了一个调谐电路，当土壤电容的变化时，振荡器工作频率也随之同时变化。当发生共振的频率有所不同时，说明土壤含水量发生了变化，而介电法就是通过使用扫频频率来检测共振频率从而监控土壤的湿度。从研究者的实践得出：在大多数土壤中，介电常数的平方根与土壤容积含水量具有线性关系；并且土壤的介电常数大小基本取决于土壤体积含水量的多少。而实验证明土壤中水的介电常数明显要远大于土壤基质材料，从而可以忽略土壤类型、密度、温度，可溶性盐含量等因素的干扰。因此，土壤的含水量可以通过测量得到的土壤介电常数正确地表达出来。[3]

2.3土壤自动灌溉系统工作过程

土壤自动灌溉系统的运作首先是由土壤湿度传感器收集土壤中含水量的实时数据，然后在继电器中对数据进行分析，从而通过控制继电器的开关来实行对进水阀的控制。将继电器连接在220V的开关电源上、把土壤湿度传感器插在干燥土壤中，打开电源开关，当土壤湿度低于继电器模块中设置好的最小值时，继电器打开使得电流可以通过电路以打开进水阀进行灌溉；当灌溉土壤湿度高于继电器模块中已设定的最大值时，继电器模块则自动断开，电流将不能通过电路，进水阀关闭，灌溉也停止。将土壤湿度传感器插在潮湿土壤中，继电器则处于断开状态，电流无法通过电路，进水阀不打开，不进行灌溉。

3结束语

提出的自动灌溉系统是通过实时检测土壤含水量，利用控制单位对实时数据和定额数据来进行比较，从而实现自动灌溉。本文描述了通过基于FDR原理的土壤湿度传感器搜集数据，继电器根据输出信号的大小控制进水阀的通断来实现快速、准确感知的节约型自动灌溉。该系统能够简单直接地处理土壤湿度数据，具有响应快，低功耗的特点，且设计简洁，可适应大部分环境，充分利用水资源，同时解放大量人力物力。

本文的未来研究工作还可以对灌溉系统的电源进行优化，对于太阳能资源丰富这个条件，可以将电源的转化改成利用太阳能电源，可节省用电，有效利用资源。在实际生产过程中，该系统可能还需要面对恶劣天气如雷暴、冰霜及虫害等意外情况的挑战，这需要我们在实践中不断改进。

在经济发展需求不断增大、水资源日益紧张，电子技术也在进步的大背景下，自动控制技术在节水灌溉中的使用越来越普遍。[4]在此情况下，自动灌溉系统的自动化、精细化便成为了农业灌溉发展的重要趋势。[5]电子技术的发展，不应该只是媒体网络上的发展，还应该发展到生活中去，发展到农业生产上来，减轻农民的工作负担，更好地进行农业生产，使得农业产品质量的到保证。

参考文献：

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[3]张瑞卿，戈振扬，单伟，等.基于FDR原理的自动灌溉系统设计[J].传感器与微系统，2014（2）：80-82+86.