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灌溉系統(tǒng)范文第1篇

關(guān)鍵詞：城市綠地；人工噴灌；再生水回用；水質(zhì)安全

1.前言

1.1概述

近幾年來，我國(guó)城鄉(xiāng)公共綠地的面積增長(zhǎng)迅速，灌溉需水量迅速增長(zhǎng)。部分地區(qū)的灌溉設(shè)施不完善，在干旱季節(jié)，依靠灑水車和人工澆灌，既浪費(fèi)人力、財(cái)力，又達(dá)不到良好的灌溉效果；采用自來水為水源的，更加大了綠地的養(yǎng)護(hù)成本。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā)，完善灌溉系統(tǒng)、開辟新的灌溉水源對(duì)公共綠地的長(zhǎng)效管理是非常必要的。

影響植物灌溉需水量的因素有氣象條件（溫度、光照、濕度、輻射及風(fēng)速）、土壤性質(zhì)及其含水狀況、植物種植的環(huán)境、植物生長(zhǎng)階段等。昆明市屬低緯度高原山地季風(fēng)氣候，年均溫度在15.20℃上下波動(dòng)，干濕季分明，年均降水量1035毫米，日照長(zhǎng)，光能充足，霜期短，能見度良好，非常有利于植物的生長(zhǎng)。盡管如此，昆明雨季集中、短暫，一年中大多數(shù)時(shí)間晴朗干燥，因此城市綠地的灌溉顯得尤為重要。

本文結(jié)合昆明市某景觀大道綠化美化工程灌溉系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)，探討城市綠地灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。

1.2工程概況

昆明市某景觀大道綠化美化工程為道路紅線外兩側(cè)各60m寬綠化景觀帶，長(zhǎng)約6km，總面積為56.57公頃，分為15個(gè)標(biāo)段，主要內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)清污、種植土回填、綠化栽植、灌溉系統(tǒng)建設(shè)等。

2.灌溉方式

灌溉方式分為人工灌溉和自動(dòng)灌溉。人工灌溉系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行、管理、維護(hù)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是這種灌溉方法只能改變土壤濕度，對(duì)綠地植物生長(zhǎng)的小氣候影響小，灌水定額較大，不便于適時(shí)適量灌溉，水的利用率低，運(yùn)行過程中人力投入大。自動(dòng)灌溉系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）節(jié)水；（2）省工；（3）提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量；（4）增加景觀效果。但是自動(dòng)灌溉系統(tǒng)技術(shù)含量較高，系統(tǒng)組成較復(fù)雜，投資高，運(yùn)行、管理、維護(hù)復(fù)雜，對(duì)操作人員素質(zhì)要求高。根據(jù)業(yè)主要求，本工程選用人工灌溉方式。

3.水源及其水質(zhì)

3.1水源

本工程靠近昆明市某城市污水處理廠，該廠有再生水廠，擬用該廠再生水作為綠地灌溉水源。

3.2水源水質(zhì)

昆明市所有的污水處理廠出水必須達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)才允許排放；將此標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)指標(biāo)與《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）中城市綠化用水主要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)比較可知，城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)出水基本達(dá)到再生污水用于城市綠化的水質(zhì)要求，其中糞大腸菌群達(dá)不到綠化用水標(biāo)準(zhǔn)，為了保證回用水的生物安全性，回用前均經(jīng)過加氯消毒，且要有一定的余氯。

葉茂研究發(fā)現(xiàn)，采用次氯酸鈉消毒，投加量為4.5mg/L，余氯為1.8mg/L（均以Cl2計(jì)）時(shí)，總大腸菌和糞大腸菌都被全部殺滅。有研究表明，在余氯為0.5mg/L，接觸時(shí)間6.5min的條件下，可以殺滅99.99%的甲肝病毒；而在余氯為6.6mg/L，接觸時(shí)間為15min條件下只有50%的脊髓灰質(zhì)炎病毒被滅活。

再生水中過多的余氯對(duì)所灌溉的景觀帶植物生長(zhǎng)將產(chǎn)生傷害，甚至致其死亡，余氯上限的要求在現(xiàn)行的回用水標(biāo)準(zhǔn)中并沒有體現(xiàn)。張楠等研究認(rèn)為，再生水中的余氯對(duì)高羊茅與早熟禾的生長(zhǎng)均有明顯的負(fù)面影響。隨著余氯含量的增加，兩種草的相對(duì)地上生物量、光合速率和葉綠素總量下降明顯，尤其早熟禾降幅更劇烈。試驗(yàn)表明，再生水灌溉高羊茅，余氯應(yīng)控制在1.0mg/L以下，灌溉早熟禾，余氯應(yīng)控制在0.8mg/L以下。

由此可見，為了保證再生污水回用于綠地灌溉的生物安全性，污水必須有一定的余氯；同時(shí)為避免過高的余氯對(duì)綠地植物產(chǎn)生負(fù)面影響，余氯應(yīng)控制在一定水平。本工程水源為昆明市某污水處理廠再生水，其余氯符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.首部樞紐工程

其作用是從水源取水，并對(duì)水進(jìn)行加壓、水質(zhì)處理、肥料注入和系統(tǒng)控制。一般包括動(dòng)力設(shè)備、水泵、過濾器、加藥器、泄壓閥、逆止閥、水表、壓力表，以及控制設(shè)備，如自動(dòng)灌溉控制器、恒壓變頻控制裝置等。本工程為人工噴灌系統(tǒng)，首部樞紐工程較簡(jiǎn)單，由動(dòng)力設(shè)備（電機(jī)）、水泵、加藥器、泄壓閥、逆止閥、水表、壓力表及控制設(shè)備組成。水源為污水處理廠再生水，其SS可到達(dá)綠地灌溉要求，可不設(shè)置過濾器。再生水余氯達(dá)不到GB/T18920-2002的要求時(shí)，可通過加藥器加氯；另外，如有需要也可通過加藥器注入肥料。由于人工噴灌系統(tǒng)自動(dòng)控制要求低，故控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。

5.景觀帶需水量

5.1景觀帶需水量參數(shù)

設(shè)計(jì)灌溉定額應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)代表年的灌溉試驗(yàn)資料確定，或按水量平衡原理確定。由于缺乏相關(guān)基礎(chǔ)資料，故參照表1中所列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。

表1綠地灌水量估算

注：“冷”指仲夏最高氣溫低于21℃；“暖”指仲夏最高氣溫21~32℃；“熱”指仲夏最高氣溫高于32℃；“濕”指仲夏平均濕度大于50%；“干”指仲夏平均濕度低于50%。

昆明市屬于“干暖”氣候，故選取日需水量為6.0mm/d。《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50013-2006）中澆灑綠地用水定額為1.0~3.0L/(m2·d)，亦即1.0~3.0mm/d。選取日需水量為6.0mm/d，基于如下考慮：

（1）GB50013-2006中綠化給水定額參照《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）確定，其相應(yīng)的給水定額系小區(qū)綠化給水定額，小區(qū)綠化植物與市政道路綠化植物種類配置不同，需水量不同，故不能硬套該標(biāo)準(zhǔn)中的定額。

（2）應(yīng)業(yè)主要求，本工程建成后要同時(shí)為新建景觀帶和已建成綠地提供灌溉水源；建成后有可能同時(shí)作為道路澆灑水源，故日需水量取得比規(guī)范大。

5.2景觀帶灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

5.2.1最大允許噴灌強(qiáng)度

確定了日需水量(6mm/d)，要確定噴灌系統(tǒng)的流量，必須確定噴灌強(qiáng)度。土壤的噴灌強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)噴灑在地面上的水深，灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)度不得大于土壤的允許噴灌強(qiáng)度，噴灌強(qiáng)度過大將形成積水或地表徑流，使得土壤板結(jié)或破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成水土流失。昆明市的土壤為壤土，最大允許噴灌強(qiáng)度為11mm/h。6mm/d的需水量在1h內(nèi)噴灑完畢即噴灌強(qiáng)度為6mm/h，低于最大允許噴灌強(qiáng)度，符合要求。

5.2.2 灌水周期

綠地灌水周期由下式確定：

式中T設(shè)――綠地灌水周期，d；

W――日需水量，mm/d；

η――灌溉水的有效利用系數(shù)，風(fēng)速低于3.4m/s，η=0.8~0.9，風(fēng)速為3.4~5.4m/s，η=0.7~0.8。

經(jīng)計(jì)算并做適當(dāng)調(diào)整，本工程灌水周期為1d。

5.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需水量

根據(jù)4.2.1和4.2.2確定的參數(shù)，本工程噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為

式中Q――系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/d；

S――綠地面積，m2。

經(jīng)計(jì)算，本工程噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為3394.2m3/d。本工程水源為昆明市某污水處理廠再生水，水量充足。

6.管道水力計(jì)算及管道布置

6.1管道水力計(jì)算

6.1.1管徑計(jì)算

（1）快速取水閥

當(dāng)取水閥用于澆灌時(shí)，其服務(wù)半徑一般為20m，不得超過50m，本工程中取服務(wù)半徑為30m。在道路兩側(cè)60m寬景觀帶中央各布置1條主管。經(jīng)計(jì)算，本工程快速取水閥總數(shù)為210個(gè)。

為了減少水頭損失，避免在主管上安裝過多管件，故在每個(gè)標(biāo)段各安裝1根支管，將快速取水閥安裝在支管上，可降低水損，減少管件數(shù)量，節(jié)省投資。

（2）支管管徑

噴灌系統(tǒng)的工作制度可分為續(xù)灌和輪灌。應(yīng)業(yè)主要求，為了方便招標(biāo)、施工、管理及明晰責(zé)任，本工程15個(gè)標(biāo)段的噴灌系統(tǒng)既是一個(gè)整體，又具有一定的獨(dú)立性。采用輪灌制度，將每個(gè)標(biāo)段作為一個(gè)輪灌區(qū)。由于是人工澆灌，假設(shè)建成后15標(biāo)段最多有1個(gè)工人同時(shí)使用取水閥澆灌，各標(biāo)段輪灌1小時(shí)，則每區(qū)平均水流量為q1=Q/15=226.28m3/h

平均每區(qū)取水閥個(gè)數(shù)為14個(gè)，則平均每個(gè)取水閥流量為q2=16.16m3/h，取管內(nèi)流速為v=2.0m/s。綠化噴灌系統(tǒng)管內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速一般為1.5m/s，不得超過2.5m/s。本工程取2.0m/s，主要考慮噴灌管網(wǎng)工程投資，如取得小，必然增大管徑，增加投資。

支管管徑由下式計(jì)算確定：

經(jīng)計(jì)算并適當(dāng)調(diào)整，本工程支管徑取63mm。

（3）主管管徑

在道路兩側(cè)60m寬景觀帶中央各布置1條主管，假設(shè)建成后15個(gè)標(biāo)段每標(biāo)段最多有1個(gè)工人同時(shí)使用取水閥澆灌，則噴灌系統(tǒng)最大流量為Q1=15q2=242.44m3/h，管內(nèi)設(shè)計(jì)流速V=2.0m/s，則主管管徑由下式計(jì)算確定：

經(jīng)計(jì)算并適當(dāng)調(diào)整，本工程主管管徑取160mm。

6.1.2 水頭損失

應(yīng)業(yè)主要求，噴灌管網(wǎng)采用塑料管，則沿程水頭損失采用魏斯巴赫-達(dá)西公式計(jì)算，即

式中λ――沿程阻力系數(shù)，按勃拉休斯公式計(jì)算，即

（1）主管沿程水頭損失

按最不利點(diǎn)計(jì)算，本工程主管沿程水頭損失為32m。

（2）支管沿程水頭損失

按最不利點(diǎn)計(jì)算，本工程支管沿程水頭損失為6m。

（3）局部水頭損失

管道局部水頭損失一般取沿程水頭損失的10%~15%，本工程取10%，經(jīng)計(jì)算得局部水頭損失為3.8m。

（4）總水頭損失

即沿程水頭損失與局部水頭損失之和，為42m。

6.1.3 確定水泵參數(shù)

（1）水泵流量

由于有2條主管，故設(shè)置2臺(tái)水泵，水泵流量為系統(tǒng)流量的一半，即Q1/2=121.22m3/h。

（2）水泵揚(yáng)程

綠化灌溉給水管網(wǎng)從地面算起最小服務(wù)水壓應(yīng)為0.10MPa，即10m服務(wù)水頭。水泵揚(yáng)程為

H=H設(shè)+hz+∆H

式中，H――水泵揚(yáng)程，m；

H設(shè)――設(shè)計(jì)服務(wù)水頭，10m；

hz――水泵至最不利點(diǎn)快速取水閥之間管路總水頭損失，42m；

∆H――水泵出口中心線至最不利點(diǎn)快速取水閥高差，本工程所在地地勢(shì)平坦，高差很小，故取0.5m。

經(jīng)計(jì)算，水泵揚(yáng)程為53m。

6.2 管道布置

綠化灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與市政給水管道的設(shè)計(jì)、施工要求基本相同，因此可按市政給水管道設(shè)計(jì)與施工的相關(guān)原則、做法、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范來做，不再贅述。值得注意的是，綠化灌溉系統(tǒng)應(yīng)盡量將閥門井、泄水井布置在綠地周邊區(qū)域，以便于使用和檢修；管道盡量避免穿越灌木和喬木的根區(qū)，以滿足綠地種植要求。

7.結(jié)束語

完善的灌溉條件是城市綠地的重要保障，使其發(fā)揮良好的景觀效益、環(huán)境效益、生態(tài)效益，成為城市一道靚麗的風(fēng)景。本文結(jié)合實(shí)際工程探討了城市綠地人工灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用原則、一般步驟及注意事項(xiàng)，以期為類似工程提供一定借鑒。

灌溉系統(tǒng)范文第2篇

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利;灌溉系統(tǒng);滴灌工程;分析;設(shè)計(jì)

0 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水也成為了我國(guó)需要解決的問題之一，而農(nóng)業(yè)滴灌作為一種現(xiàn)代化的高效節(jié)水的灌溉技術(shù)，在農(nóng)田水利的灌溉當(dāng)中發(fā)揮著非常重要的作用。

1 農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)工程的基本概況

（1）農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)老化現(xiàn)象嚴(yán)重

我國(guó)大部分的農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)工程都是在人們公社時(shí)期進(jìn)行建造的，所以說有的部分根被沒有任何科技含量可言，滲漏現(xiàn)象非常的嚴(yán)重，溝渠中全是泥沙和雜草，每年不僅要話費(fèi)大量的人力物力來對(duì)溝渠進(jìn)行清理。

（2）重視農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)工程的程度不高

我國(guó)投資建設(shè)的大型農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)工程大多數(shù)還是停留在之前的水平上，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)水利灌溉系統(tǒng)工程的需要，在灌溉系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)水、偷水的現(xiàn)象，有的縣的農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)工程經(jīng)費(fèi)方面是不足的，使得農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)年久失修，想修有擔(dān)心經(jīng)費(fèi)問題，使得水利灌溉系統(tǒng)一直是處于維持現(xiàn)狀的狀態(tài)。

2 農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)滴灌工程的設(shè)計(jì)方案

（1）滴灌工程設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)

我們根據(jù)節(jié)水灌溉的相關(guān)規(guī)則以及國(guó)內(nèi)外的滴灌技術(shù)發(fā)展所積累的經(jīng)驗(yàn)，將各項(xiàng)技術(shù)的參數(shù)確定為以下各值：微灌土壤的濕潤(rùn)比：P=40%～50%;微灌水的利用系數(shù)一般在0.90～0.95;設(shè)計(jì)灌水的均勻度為90%～95%;設(shè)計(jì)濕潤(rùn)度為0.80m;

（2）滴灌工程設(shè)計(jì)的目標(biāo)

滴灌工程設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是能夠選擇合理的滴灌技術(shù)形式，真正意義上確定滴灌的制度，運(yùn)用典型設(shè)計(jì)作為例子對(duì)灌水區(qū)進(jìn)行合理的布局，進(jìn)行輪灌區(qū)的劃分，實(shí)現(xiàn)滴灌系統(tǒng)首部樞紐設(shè)計(jì)。

（3）滴灌管線的特點(diǎn)

滴灌管線所用的滴頭是內(nèi)鑲式的結(jié)構(gòu)，這是其他的灌溉系統(tǒng)所不具備的，而且滴頭在生產(chǎn)過程當(dāng)中是直接焊在滴灌管內(nèi)側(cè)的，這樣不僅可以最大限度的防止機(jī)械出現(xiàn)損傷，而且還節(jié)省了機(jī)械的空間。而且管線所采用的是壁厚不小于0.50mm的PE管，在實(shí)際的施工中可以將其直接插在管線上。

（4）滴灌管線的布置形式

滴灌管線的布置和農(nóng)作物的生長(zhǎng)、作物種類以及種植的方式是有著非常密切的關(guān)系的，不同的農(nóng)作物所選用的滴頭類型也是不同的，與此同時(shí)我們還要著重的考慮施工、管理等外界因素對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)是否有影響，比如說玉米、蔬菜等作物是屬于條播密植作物，這些作物需要非常高的濕潤(rùn)比，所以滴灌管沿行向進(jìn)行布置，一膜最少要一到兩根，為了更好的確保最佳的灌溉濕潤(rùn)效果，滴灌的管線比較適宜鋪設(shè)在地上。

3 農(nóng)田水利灌溉滴灌工程設(shè)計(jì)

（1）管網(wǎng)布置的原則。我們要根據(jù)作物種植的要求以及所采用的灌溉技術(shù)，要求熟睡管要符合灌溉形式的要求;要結(jié)合作物的種植方向要求，確保作物的用水要求、保證調(diào)水方便、管理維修方面能夠及時(shí)有效;管道的縱刨面要盡量的平順，為了防止出現(xiàn)熱脹冷縮以及冬季的凍害問題，輸配水干管要深埋于地下，不同地區(qū)深埋的深度不同，一般情況下深埋的深度為1m左右。

（2）管網(wǎng)布置的形式。管網(wǎng)一般布置的形式是水源到加壓泵到干管到支管，最后到滴灌管，由于我國(guó)的地形是非常復(fù)雜的，所以所有的干管都是采用魚骨形進(jìn)行布置，這樣能夠最大限度上減少水源的浪費(fèi)，干管要深埋地下，支管可以放在地面。

（3）輸配水管道規(guī)格。農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)是一項(xiàng)非常重大的關(guān)乎民生的系統(tǒng)，它的建設(shè)一定要安全可靠，所以對(duì)于系統(tǒng)中輸配水管道的規(guī)格和材質(zhì)都要有一個(gè)非常明確的標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)不同地區(qū)的設(shè)計(jì)流量所決定的，一般情況下滴灌管的材質(zhì)是由低密度的聚乙烯拉制形成的，滴灌管材質(zhì)的化學(xué)配方可以有效的低抗外界環(huán)境的應(yīng)力破壞，同時(shí)材質(zhì)當(dāng)中還含有抗老化的添加劑成分，這樣可以有效的預(yù)防管線老化，能夠有效的延長(zhǎng)管線的使用壽命，此外，為了確保每一個(gè)灌區(qū)都能夠得到水資源，我們要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，在各個(gè)灌水區(qū)的首部安裝一個(gè)能夠調(diào)壓的減壓閥，設(shè)定一個(gè)統(tǒng)一的壓力，這樣的話，可以方便穩(wěn)定滴灌管線所要求的壓力數(shù)值，從而達(dá)到所有的灌區(qū)都能夠均勻用水的目的。

（4）首部樞紐設(shè)計(jì)。首先要考慮的是過濾系統(tǒng)，因?yàn)檫^濾設(shè)備一直是滴灌系統(tǒng)長(zhǎng)期以來安全運(yùn)行的保障，因?yàn)槿魏我粋€(gè)項(xiàng)目區(qū)的水源水質(zhì)當(dāng)中都是有泥沙的，還有一些藻類以及漂浮物，這些漂浮物當(dāng)中有的還有一些化學(xué)成分，要確定選用過濾系統(tǒng)的組合，設(shè)計(jì)要求這類系統(tǒng)具有堅(jiān)固耐用、過濾性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，后期維護(hù)也要比較方便。

現(xiàn)階段我國(guó)相對(duì)比較成熟的過濾組合有離心力沙石分離器加上疊片過濾器組;介質(zhì)過濾器加行網(wǎng)式過濾器組，離心力式的過濾器組比較適合沒有藻類和漂浮物的水源，因?yàn)檫@一水源當(dāng)中含有大量的泥沙，這是離心力式過濾器組比較適合的，而介質(zhì)過濾器組對(duì)河流水源的微生物和漂浮物具有較好的過濾效果。如果是水質(zhì)很好的地區(qū)，其水源的過濾可以直接使用網(wǎng)式過濾器。其實(shí)不管選用哪種過濾器都是為了降低堵塞的程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]康權(quán).農(nóng)田水利學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1992.

灌溉系統(tǒng)范文第3篇

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；濕度傳感器；頻域反射計(jì)（FDR）；土壤灌溉系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）27-0204-01

1 引言

相比一些國(guó)家，我國(guó)水資源較少。根據(jù)科研工作者研究的數(shù)據(jù)表明，我國(guó)的灌水使用率低至40%。為了緩解這一困境，國(guó)務(wù)院曾在2012年印發(fā)的節(jié)水綱要中設(shè)定以下目標(biāo)――新增高效節(jié)水灌溉工程面積需要達(dá)到1.00 × 107hm2以上，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)需高于 0. 55。然而，現(xiàn)今我國(guó)的節(jié)水狀況仍與2012年所定目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。高效的灌溉設(shè)備是節(jié)水灌溉得以發(fā)展的前提條件。根據(jù)所觀察國(guó)內(nèi)外節(jié)水灌溉設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r，剖析中國(guó)節(jié)水灌溉設(shè)備存在的缺陷及發(fā)展前景，提出的發(fā)展思路與建議，將有益于節(jié)水灌溉設(shè)備行業(yè)全面發(fā)展。[2]從節(jié)流的角度出發(fā)，通過自動(dòng)灌溉系統(tǒng)檢測(cè)到植物土壤的濕度過低時(shí)合理地對(duì)植物進(jìn)行澆水保濕，而加大節(jié)省灌溉水的力度，使得灌溉的操作變得更加準(zhǔn)確。[1]因此，設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤中含水量并作出快速正確響應(yīng)（即灌溉操作）且造價(jià)相對(duì)便宜的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)是相當(dāng)有必要的。[3] 而本文進(jìn)行的土壤自動(dòng)灌溉系統(tǒng)研究也是必然的。

2 自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)是基于繼電器模塊的自動(dòng)灌溉控制器，其主要對(duì)土壤濕度及灌溉控制進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。該設(shè)計(jì)主要是通過土壤濕度傳感器獲取土壤濕度的數(shù)據(jù)，進(jìn)而將數(shù)據(jù)傳送到繼電器模塊，從而控制進(jìn)水閥的開關(guān)以完成自動(dòng)灌溉。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

圖1為土壤自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該設(shè)計(jì)由繼電器模塊，控制器，土壤濕度傳感器，進(jìn)水閥，220V電源等基本模塊組成。系統(tǒng)由220V電源為整個(gè)電路提供能量。土壤濕度傳感器充當(dāng)觀察員的角色，時(shí)刻監(jiān)測(cè)土壤中的水分含量，并將信息利用電信號(hào)傳遞給控制器?？刂破鲃t是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，其通過對(duì)電信號(hào)所攜帶的土壤中水分含量大小與系統(tǒng)給定的供水臨界值進(jìn)行比較處理，遵循控制規(guī)則發(fā)出控制信號(hào)，并通過電路驅(qū)動(dòng)放大控制繼電器模塊的供電與否，直接操作整個(gè)系統(tǒng)電路的開或斷，從而直接影響進(jìn)水閥的開閉工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)灌溉功能。在工作過程中，土壤濕度傳感器始終給予控制器反饋，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制功能，同時(shí)通過設(shè)定適當(dāng)?shù)墓┧撝?，使土壤濕度達(dá)到一定水平后便自動(dòng)停止供水以達(dá)到節(jié)水的效果。

具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

2.2 FDR原理

在本文提出的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中，土壤濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便是基于FDR原理――即介電法實(shí)現(xiàn)。FDR的水分探頭內(nèi)有一對(duì)電極組成的電容器，當(dāng)水分探頭插入土壤內(nèi)時(shí)，土壤便成為了電介質(zhì)。而電容器與振蕩器形成了一個(gè)調(diào)諧電路，當(dāng)土壤電容的變化時(shí)，振蕩器工作頻率也隨之同時(shí)變化。當(dāng)發(fā)生共振的頻率有所不同時(shí)，說明土壤含水量發(fā)生了變化，而介電法就是通過使用掃頻頻率來檢測(cè)共振頻率從而監(jiān)控土壤的濕度。從研究者的實(shí)踐得出：在大多數(shù)土壤中，介電常數(shù)的平方根與土壤容積含水量具有線性關(guān)系；并且土壤的介電常數(shù)大小基本取決于土壤體積含水量的多少。而實(shí)驗(yàn)證明土壤中水的介電常數(shù)明顯要遠(yuǎn)大于土壤基質(zhì)材料，從而可以忽略土壤類型、密度、溫度，可溶性鹽含量等因素的干擾。因此，土壤的含水量可以通過測(cè)量得到的土壤介電常數(shù)正確地表達(dá)出來。[3]

2.3土壤自動(dòng)灌溉系統(tǒng)工作過程

土壤自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的運(yùn)作首先是由土壤濕度傳感器收集土壤中含水量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后在繼電器中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而通過控制繼電器的開關(guān)來實(shí)行對(duì)進(jìn)水閥的控制。將繼電器連接在220V的開關(guān)電源上、把土壤濕度傳感器插在干燥土壤中，打開電源開關(guān)，當(dāng)土壤濕度低于繼電器模塊中設(shè)置好的最小值時(shí)，繼電器打開使得電流可以通過電路以打開進(jìn)水閥進(jìn)行灌溉；當(dāng)灌溉土壤濕度高于繼電器模塊中已設(shè)定的最大值時(shí)，繼電器模塊則自動(dòng)斷開，電流將不能通過電路，進(jìn)水閥關(guān)閉，灌溉也停止。將土壤濕度傳感器插在潮濕土壤中，繼電器則處于斷開狀態(tài)，電流無法通過電路，進(jìn)水閥不打開，不進(jìn)行灌溉。

3 結(jié)束語

提出的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)是通過實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤含水量，利用控制單位對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和定額數(shù)據(jù)來進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。本文描述了通過基于FDR原理的土壤濕度傳感器搜集數(shù)據(jù)，繼電器根據(jù)輸出信號(hào)的大小控制進(jìn)水閥的通斷來實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確感知的節(jié)約型自動(dòng)灌溉。該系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單直接地處理土壤濕度數(shù)據(jù)，具有響應(yīng)快，低功耗的特點(diǎn)，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，可適應(yīng)大部分環(huán)境，充分利用水資源，同時(shí)解放大量人力物力。

本文的未來研究工作還可以對(duì)灌溉系統(tǒng)的電源進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于太陽能資源豐富這個(gè)條件，可以將電源的轉(zhuǎn)化改成利用太陽能電源，可節(jié)省用電，有效利用資源。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該系統(tǒng)可能還需要面對(duì)惡劣天氣如雷暴、冰霜及蟲害等意外情況的挑戰(zhàn)，這需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷改進(jìn)。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求不斷增大、水資源日益緊張，電子技術(shù)也在進(jìn)步的大背景下，自動(dòng)控制技術(shù)在節(jié)水灌溉中的使用越來越普遍。[4]在此情況下，自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化、精細(xì)化便成為了農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展的重要趨勢(shì)。[5]電子技術(shù)的發(fā)展，不應(yīng)該只是媒體網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)展，還應(yīng)該發(fā)展到生活中去，發(fā)展到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上來，減輕農(nóng)民的工作負(fù)擔(dān)，更好地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使得農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的到保證。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王會(huì). 基于單片機(jī)的太陽能自動(dòng)澆灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2015（20）：257-258.

[2] 袁壽其，李紅，王新坤. 中國(guó)節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀、問題、趨勢(shì)與建議[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2015（1）：78-92.

[3] 張瑞卿，戈振揚(yáng)，單偉，等. 基于FDR原理的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 傳感器與微系統(tǒng)，2014（2）：80-82+86.

灌溉系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞： ZigBee； 無線傳感器； .Net； 智能灌溉系統(tǒng)； 上位機(jī)

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2012）12-61-04

Design and implementation of PC software for intelligent irrigation system

Zhao Zhenqi

（Wuxi Machinery and Electron Higher Professional and Technical School， Wuxi， Jiangsu 214028， China）

Abstract： According to the requirements of water， air and soil in farmland environment， an intelligent irrigation system is designed， based on wireless sensor network ZigBee. The system function is analyzed and overall structure is designed. The function demand， system architecture， concrete implementation scheme and key technology of intelligent irrigation system principal machine based on .Net are discussed.

Key words： ZigBee； wireless sensor； .Net； intelligent irrigation system； PC

0 引言

在水資源緊缺的條件下，要實(shí)現(xiàn)灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就需要灌溉更加精確智能。在不影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的前提下，按照農(nóng)作物需水要求準(zhǔn)確及時(shí)地預(yù)報(bào)，并實(shí)現(xiàn)水量的自動(dòng)控制，精確施予。目前，主要采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的辦法，通過研發(fā)先進(jìn)的傳感器、灌溉控制設(shè)備、功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)灌溉管理軟件等來實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉，提高農(nóng)業(yè)效益[1]。

由于全球氣候的惡化和水污染等原因，水資源短缺已經(jīng)成為全球性的問題。在各大園林、農(nóng)業(yè)及高爾夫灌溉項(xiàng)目中，越來越多的人認(rèn)識(shí)到了節(jié)水灌溉的重要性。為了保證人工植被和農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，節(jié)水灌溉系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。

1 系統(tǒng)主要功能

我們?cè)O(shè)計(jì)并制作出具有監(jiān)視、控制、環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷采集、整理、統(tǒng)計(jì)、繪圖功能的智能灌溉系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化科學(xué)灌溉。該系統(tǒng)適用于庭院、園林、農(nóng)田等灌溉場(chǎng)所。主要包括以下功能：

⑴ 根據(jù)CO2濃度自動(dòng)控制電磁閥的開關(guān)，與CO2發(fā)生器配套使用；

⑵ 根據(jù)土壤的干濕度自動(dòng)控制電磁閥的開關(guān)，與噴灌、微灌、滴灌等管道系統(tǒng)配套使用；

⑶ 根據(jù)空氣的干濕度自動(dòng)控制電磁閥的開關(guān)，與加/降溫、加/除濕等設(shè)備配套使用。

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

無線網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了ZigBee、GPRS、以太網(wǎng)、串口的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和協(xié)議轉(zhuǎn)換，集成了符合ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的JN5121系列通訊模塊，GPRS模塊，以太網(wǎng)接口，RS232接口。并具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性；可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的串口設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸，也可以根據(jù)用戶的需要定制軟件；可按照星形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以及樹狀網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。兼容FCC Part 15， ETSI ETS 300-328和日本的ARIB STD-T16標(biāo)準(zhǔn)。主要應(yīng)用領(lǐng)域：煤礦/油田設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、電力/水利設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程智能抄表/線纜取代、工業(yè)、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制、樓宇、路燈智能控制[2]。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由三個(gè)部分組成：監(jiān)控中心、無線網(wǎng)關(guān)、無線路由節(jié)點(diǎn)。其中，監(jiān)控中心主體是服務(wù)器和上位機(jī)；無線網(wǎng)關(guān)集成了符合ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的JN5121系列通訊模塊，GPRS模塊，以太網(wǎng)接口，RS232接口，負(fù)責(zé)將各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)處理，或接收上位機(jī)發(fā)送的指令并傳送給各節(jié)點(diǎn)；無線路由節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)，集成了CO2濃度傳感模塊、土壤的干濕度傳感模塊、空氣的干濕度傳感模塊和ARM模塊。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

3 硬件原理

本系統(tǒng)的傳感節(jié)點(diǎn)硬件采用CC2530，如圖2所示。CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM和許多其他強(qiáng)大的功能。CC2530有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB的閃存。CC2530具有不同的運(yùn)行模式，使得它特別適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，進(jìn)一步確保了低能源消耗[3]。

4 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

4.1 功能需求

以太網(wǎng)通信方式是物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)最主要的通信方式，采用UDP通信協(xié)議層，多線程方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

上位機(jī)需要單獨(dú)具備以太網(wǎng)通信界面，除了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉系統(tǒng)以太網(wǎng)通信命令中列出的各項(xiàng)命令之外，還需要以下幾個(gè)重要功能。

⑴ 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌@示物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉系統(tǒng)所有已經(jīng)注冊(cè)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)物理區(qū)域視圖，主要用于直觀地反映設(shè)備節(jié)點(diǎn)的分布概況，用于設(shè)備故障定位。在視圖上，雙擊設(shè)備節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)能夠自動(dòng)顯示該節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；如果設(shè)備有故障或告警，節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)應(yīng)該改變自身顏色警示操作人員。

⑵ 數(shù)據(jù)查詢，實(shí)時(shí)記錄物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉系統(tǒng)的當(dāng)前和歷史數(shù)據(jù)，提供用戶對(duì)數(shù)據(jù)按日期和設(shè)備標(biāo)識(shí)查詢的功能。根據(jù)數(shù)據(jù)容量和數(shù)據(jù)訪問并發(fā)性的要求，建議數(shù)據(jù)庫采用專用的數(shù)據(jù)庫管理軟件，例如SQL Server 2005。

⑶ 數(shù)據(jù)分析，根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)查詢的數(shù)據(jù)繪制圖表（折線圖或餅圖等），顯示數(shù)據(jù)的分布和趨勢(shì)，提供用戶環(huán)境參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和做出灌溉決策的參考信息。

⑷ 分布式軟件，可以在多個(gè)計(jì)算機(jī)上同時(shí)打開上位機(jī)軟件，軟件之間相互協(xié)調(diào)，每個(gè)上位機(jī)作出的參數(shù)修改都能在其他上位機(jī)軟件上顯示出操作記錄，參數(shù)設(shè)置具有并發(fā)性，多個(gè)上位機(jī)軟件進(jìn)行同一參數(shù)的設(shè)置不會(huì)沖突，參數(shù)設(shè)置完成后，其他上位機(jī)界面會(huì)同步更新。

4.2 上位機(jī)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用.Net三層架構(gòu)。三層架構(gòu)（3-tier application） 通常意義上的三層架構(gòu)就是將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用邏輯上劃分為：表示層（USL）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。三層架構(gòu)是一個(gè)支持可抽取、可替換的“抽屜”式架構(gòu)，符合“高內(nèi)聚，低耦合”的思想，所以這些層可以單獨(dú)開發(fā)，單獨(dú)測(cè)試[4]。具體的三層架構(gòu)的分層結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

4.3 開發(fā)工具的選擇

.NET是一個(gè)開發(fā)平臺(tái)，它定義了一種公用語言子集（Common Language Subset， CLS）。.NET統(tǒng)一了編程類庫，提供了對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）的完全支持，使軟件的開發(fā)變得容易。.NET與Windows平臺(tái)緊密集成，是一種面向網(wǎng)絡(luò)、支持各種用戶終端的開發(fā)平臺(tái)環(huán)境。

SQL SERVER 2005對(duì)SQL Server 2000中已經(jīng)存在的特性進(jìn)行了加強(qiáng)。加強(qiáng)了T-SQL（事務(wù)處理SQL），整合了符合.NET規(guī)范的語言（可以在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中執(zhí)行.NET代碼以充分利用.NET功能），使自身帶有支持對(duì)用戶自定義數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的功能，生成多活動(dòng)結(jié)果集（允許從單個(gè)的客戶端到數(shù)據(jù)庫保持一條持久的連接，以便在每個(gè)連接上擁有超過一個(gè)的活動(dòng)請(qǐng)求）等。

基于上述原因，我們選擇.NET架構(gòu)C#語言開發(fā)，作為系統(tǒng)開發(fā)的工具。開發(fā)人員必須掌握的預(yù)備知識(shí)和工具有：①UDP通訊編程（UDP包測(cè)試工具的使用）；②多線程；③Chart控件的使用；④調(diào)試工具的使用。

5 數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫名稱：ZigDB。主要包括設(shè)備狀態(tài)信息表（如表1所示）、設(shè)備信息表（如表2所示）、設(shè)備類別表（如表3所示）、系統(tǒng)設(shè)置表、權(quán)限表、用戶表等。

6 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)上位機(jī)模塊包括四個(gè)主要功能模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)查詢分析模塊、權(quán)限管理模塊和系統(tǒng)管理模塊。每一個(gè)模塊中設(shè)計(jì)了若干子模塊。系統(tǒng)上位機(jī)功能模塊圖，如圖4所示。

[系統(tǒng)上位機(jī)模塊][實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊][數(shù)據(jù)查詢模塊][權(quán)限管理模塊][系統(tǒng)管理模塊][設(shè)備分布概況][節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)信息][讀寫上下閾值][實(shí)時(shí)圖形顯示][歷史數(shù)據(jù)查詢][圖表報(bào)表分析][角色管理][權(quán)限管理][用戶管理][備份還原數(shù)據(jù)][設(shè)備注冊(cè)維護(hù)][設(shè)備采樣維護(hù)]

圖4 系統(tǒng)上位機(jī)功能模塊圖

7 上下位機(jī)通信的方式

本系統(tǒng)主要采用兩種與上位機(jī)通信的方式。

⑴ 本地調(diào)試端口，采用RS232串口通信方式，用于和計(jì)算機(jī)直連后進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)，對(duì)智能灌溉系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備注冊(cè)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置也使用該通信方式。

⑵ 遠(yuǎn)程通信端口，采用以太網(wǎng)通信方式，用于和遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，主要功能是上報(bào)智能灌溉系統(tǒng)各傳感器的數(shù)據(jù)，以及獲取修改相關(guān)參數(shù)的上下限閾值。

8 主要窗口與關(guān)鍵技術(shù)

8.1 主要窗口

上位機(jī)軟件主要包括以下幾個(gè)窗口。

⑴ 主窗口（FormMain）：主要包括監(jiān)聽線程Run（）方法，用于實(shí)現(xiàn)輪詢，先采樣放入緩沖區(qū)然后入庫。

⑵ 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯翱冢‵ormNetworkTop）：顯示AP結(jié)點(diǎn)拓?fù)湮恢茫饕ˋP結(jié)點(diǎn)圖標(biāo)的類型和位置，鼠標(biāo)MouseDown（）、MouseUp（）、MouseMove（）事件處理等。

⑶ 設(shè)備狀態(tài)窗口（FormOneEq）：主要包括發(fā)送信息給傳感器sendThreshold（）、跨線程訪問控件UpdateUI（）、設(shè)置最大閾值和最小閾值。

⑷ 設(shè)備序列號(hào)的設(shè)置窗口（FormEqpSN）：主要包括一些按鈕事件處理btnSave_Click（）、btnDel_Click（）、btnUpdate_Click（），實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備序列號(hào)的增刪改查的操作。

⑸ 數(shù)據(jù)查詢窗口（FormBrowseHisData）：主要包括根據(jù)查詢條件顯示查詢結(jié)果和CHART圖表。涉及btnBrow_Click（）、dgvBrowResult_DataBindingComplete（）等事件處理。

8.2 關(guān)鍵技術(shù)

8.2.1 輪詢監(jiān)聽

主程序（FormMain）中監(jiān)聽線程Run（）方法代碼，主要根據(jù)通訊協(xié)議的要求，通過輪詢方式，主要采用基于，.Sockets空間的UdpClient類實(shí)現(xiàn)UDP通信，向設(shè)備發(fā)送命令，從而獲取傳感器數(shù)據(jù)信息，然后解析數(shù)據(jù)（包括進(jìn)制轉(zhuǎn)換），并記錄到數(shù)據(jù)庫表中。

部分代碼如下：

private void Run（）

{ byte [] buffer=new byte[9]；

while （true）

{ Try

{ strEqSn=StaticCommon.EqSn[ii]；

buffer[0]=buffer[1]=0xef； //發(fā)送標(biāo)識(shí)符

buffer[2]=0x06； //發(fā)送長(zhǎng)度

//序列號(hào)組的規(guī)則為拆封設(shè)備序列號(hào)為3個(gè)字節(jié)

buffer[3]=Convert.ToByte（strEqSn.Substring（0，2））；

buffer[4]=Convert.ToByte（strEqSn.Substring（2，2））；

buffer[5]=Convert.ToByte（strEqSn.Substring（4，2））；

buffer[6]=0x10； //命令字為單字節(jié)表示

//命令選項(xiàng)為命令字的輔助標(biāo)記部分，區(qū)分同一類型命令的不同功能

//命令參數(shù)的長(zhǎng)度不定，在設(shè)置類命令中為需要設(shè)置的具體參數(shù)數(shù)值

buffer[7]=0x00；

//校驗(yàn)和為從應(yīng)答標(biāo)識(shí)符到應(yīng)答參數(shù)包含的字節(jié)內(nèi)數(shù)值累加和

byte x=0；

for （int i=0； i

buffer[8]=x；

StaticCommon.lstbuffer[ii]=buffer； //送到臨時(shí)緩沖區(qū)

udp.Send（buffer， buffer.Length， ipp）； //UDP方式發(fā)送

Thread.Sleep（200）；

StaticCommon.lstrev[ii]=udp.Receive（ref ipp）； //間隔0.2秒接受數(shù)據(jù)

AddData（StaticCommon.lstrev[ii]）； //記錄到數(shù)據(jù)庫表

Thread.Sleep（（int）StaticCommon.ssi.SpanTime）；

//間隔用戶指定時(shí)間

ii++；

if （ii>=StaticCommon.EqSn.Count） ii=0；

//在指定的設(shè)備數(shù)中循環(huán)

}

catch （Exception ex） //異常處理

{……}

}

}

以上各傳感器數(shù)據(jù)信息參數(shù)的計(jì)算公式如下：

二氧化碳濃度：CO2數(shù)據(jù)=CO2數(shù)據(jù)1×256+CO2數(shù)據(jù)2

土壤濕度：SOIL數(shù)據(jù)=SOIL數(shù)據(jù)

日照度：SUN數(shù)據(jù)=SUN數(shù)據(jù)1×256×256×256+SUN數(shù)據(jù)2×256×256+SUN數(shù)據(jù)3×256+SUN數(shù)據(jù)4

空氣溫度：TEMP數(shù)據(jù)=TEMP數(shù)據(jù)-40

空氣濕度：HUMI數(shù)據(jù)=HUMI數(shù)據(jù)

8.2.2 跨線程訪問控件

在多線程編程中，經(jīng)常要在工作線程中去更新界面顯示，而在多線程中直接調(diào)用界面控件的方法是錯(cuò)誤的做法，一般采用Invoke和BeginInvoke解決這個(gè)問題。它們的共同之處是參數(shù)為delegate（委托），委托的方法是在Control的線程上執(zhí)行的，也就是UI線程，這樣確保在多線程中安全地更新界面顯示。Invoke在擁有此控件的基礎(chǔ)窗口句柄的線程上執(zhí)行指定的委托；而BeginInvoke則在創(chuàng)建控件的基礎(chǔ)句柄所在線程上異步執(zhí)行指定委托。本系統(tǒng)主要采用Invoke方法。

實(shí)現(xiàn)輪詢式訪問多節(jié)點(diǎn)設(shè)備，調(diào)用UpdateUI方法多線程實(shí)時(shí)更新采樣數(shù)據(jù)，圖形化各設(shè)備各傳感器的參數(shù)狀態(tài)，如果當(dāng)前某參數(shù)值超出上下限閾值范圍，及時(shí)顯示警告信息，并記錄在庫表中，供操作者進(jìn)行分析。

while （true）

{ Try

{ this.Invoke（new System.EventHandler（UpdateUI），

StaticCommon.lstrev[StaticCommon.num]）；

Thread.Sleep（（int）StaticCommon.ssi.SpanTime）；

}

catch （Exception ex） //異常處理

{…… } }

9 調(diào)試效果

在歷史數(shù)據(jù)查詢界面操作中，用戶根據(jù)條件查詢，圖形化顯示不同時(shí)間段及不同設(shè)備的CO2濃度、空氣溫濕度、土壤濕度和日照強(qiáng)度等歷史信息。數(shù)據(jù)查詢顯示結(jié)果圖，如圖5所示。

10 結(jié)束語

經(jīng)過學(xué)校、企業(yè)、農(nóng)業(yè)部門的共同努力，智能灌溉系統(tǒng)順利通過了驗(yàn)收，在省農(nóng)業(yè)廳進(jìn)行了應(yīng)用推廣，效果良好。在系統(tǒng)地、不間斷地采集環(huán)境數(shù)據(jù)后，上體機(jī)軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)、繪圖。使用者不但能實(shí)時(shí)掌握田間農(nóng)作物的信息，而且能根據(jù)設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)控制設(shè)備，達(dá)到了農(nóng)業(yè)的智能化和高效化。隨著我國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們將進(jìn)一步研發(fā)本系統(tǒng)的智能移動(dòng)客戶端應(yīng)用軟件，使用戶更方便地掌控作物環(huán)境，更好地為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012.36（4）：118-122

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灌溉系統(tǒng)范文第5篇

【關(guān)鍵詞】zigBee；自動(dòng)監(jiān)控；節(jié)水灌溉

【Abstract】China is a country poor in water resources， per capita water resources is only a quarter of the world average， while our country is an agricultural country， long-term extensive farming great waste precious water resources. The purpose of this paper is to design a set of based on zigBee wireless sensor network technology， to automatically crop growth of soil moisture monitoring system， it can timely， right amount of crop irrigation， and a high efficient irrigation， water saving， energy saving effect.

【Key words】zigBee； Automatic monitoring； Water-saving irrigation

0 引言

我國(guó)是個(gè)水資源非常缺乏的國(guó)家，傳統(tǒng)的溫室節(jié)水控制系統(tǒng)存著以下缺點(diǎn)：

1）單獨(dú)依靠灌溉流程的最后環(huán)節(jié)來解決，沒有將水資源的開發(fā)、輸送、分配等因素全盤綜合考慮，真正的做到按需精確的給水。

2）在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，需要密布傳感器節(jié)點(diǎn)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的有效覆蓋，這將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部線纜縱橫交錯(cuò)，系統(tǒng)安裝及維護(hù)成本急劇增加。

本研究擬將物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的無線傳感器技術(shù)應(yīng)用于節(jié)水灌溉系統(tǒng)中。以ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的溫室節(jié)水灌溉系統(tǒng)。內(nèi)容包括：利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的低功耗、低成本、免許可無線通信頻段等特點(diǎn)，將其引入到溫室灌溉系統(tǒng)中，避免了大量信號(hào)線的敷設(shè)；

另外，因?yàn)闇厥沂遣晒饨ㄖ?，透光性較好，本項(xiàng)目將太陽能供電技術(shù)應(yīng)用到溫室土壤溫、濕度檢測(cè)之中，利用太陽能供給環(huán)境檢測(cè)所需電力，在不利于電力線路敷設(shè)的區(qū)域也可以實(shí)現(xiàn)電力供給，并且節(jié)能、環(huán)保。

國(guó)外灌溉監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行、管理方面的自動(dòng)化程度較高，并且系統(tǒng)也相對(duì)比較完善。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的美國(guó)、日本、荷蘭、西班牙和以色列等國(guó)家中，很多灌溉控制的技術(shù)值得我們?cè)谵r(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)代化過程中借鑒。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

結(jié)合灌溉系統(tǒng)自身的特點(diǎn)和當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各種精準(zhǔn)灌溉的優(yōu)劣，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循以下原則：

1）能時(shí)時(shí)刻刻的監(jiān)測(cè)灌溉區(qū)域的土壤含水量，這是我們做精準(zhǔn)灌溉的基礎(chǔ)。如果做不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，空談精準(zhǔn)就毫無根據(jù)可言。

2）能夠準(zhǔn)確的讀取灌溉區(qū)域土壤含水量，這是精準(zhǔn)灌溉的精髓所在，如果連含水量的監(jiān)測(cè)都無法保證精確，就無從說起控制。

3）方便而實(shí)用。用戶不需要過于復(fù)雜的操作，而需要經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)之后便能熟練的操作。

4）節(jié)能，低碳。系統(tǒng)不需要復(fù)雜的交流電連接，這樣既不破壞植被的美觀又能節(jié)約能源。

5）低成本。國(guó)外很多先進(jìn)的精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)雖然己經(jīng)做的很好了，但是高昂的價(jià)格根本不是我國(guó)農(nóng)民能承受得起的。因此只有價(jià)格低廉有利于推廣。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

3 溫室無線環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)由zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)檢測(cè)平臺(tái)兩部分組成。zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成，分布在溫室的各個(gè)區(qū)域。無線傳感器節(jié)點(diǎn)分為傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)周期性地完成數(shù)據(jù)采集并通過 Zig-Bee 網(wǎng)絡(luò)匯總到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將采集的數(shù)據(jù)通過多跳的方式匯聚到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的基地管理監(jiān)測(cè)平臺(tái)?；毓芾肀O(jiān)測(cè)平臺(tái)收到所有節(jié)點(diǎn)周期性匯聚的數(shù)據(jù)后，采用 SQLite 數(shù)據(jù)庫對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢等管理，并可以通過 GPRS 或 Internet 網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的服務(wù)器上，使得用戶可以隨時(shí)通過 Internet 登錄到服務(wù)器網(wǎng)站查閱或分析處理數(shù)據(jù)，為多個(gè)區(qū)域的環(huán)境信息集中管理和和綜合應(yīng)用提供支持。此外，還可以對(duì)寫入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)超過管理人員設(shè)置的閾值時(shí)，通過啟動(dòng)聲光報(bào)警器、GSM 短信等多種方式預(yù)警，并根據(jù)設(shè)計(jì)的算法將不同的控制命令發(fā)送到控制節(jié)點(diǎn)，由控制節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成相應(yīng)的策略。檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有三種：傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。這三種節(jié)點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)上有部分內(nèi)容是重疊的。節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊組成。本設(shè)計(jì)選用了CC2430芯片，從而簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。傳感器節(jié)點(diǎn)采集與環(huán)境有關(guān)的數(shù)據(jù)，因此除完成數(shù)據(jù)收發(fā)外，還需要數(shù)據(jù)采集模塊。另外，所有節(jié)點(diǎn)均采用太陽能供電，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5 太陽能供電模塊

為了更好地解決傳感器節(jié)點(diǎn)的能量供給問題，提出了基于太陽能的能量供給系統(tǒng)，主要由太陽能電池組件、能量管理控制器、蓄電池（組）三部分組成。太陽能電池組件保證使用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)在20年以上；蓄電池容量能滿足設(shè)備負(fù)載7天連續(xù)陰雨天供電。為了降低能耗，采用類似于智能手機(jī)的供電方式，即采用鋰電池的供電的設(shè)計(jì)方案。太陽能控制器控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。供電模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能，除此之外應(yīng)該考慮復(fù)雜度和功耗等一些優(yōu)化措施。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包含這幾個(gè)部分：協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（coordinator）軟件設(shè)計(jì)，控制功能節(jié)點(diǎn)（router）軟件設(shè)計(jì)，客戶端軟件設(shè)計(jì)。這幾部分的關(guān)系如圖4所示：

7 結(jié)論

針對(duì)溫室環(huán)境濕度大、基礎(chǔ)設(shè)施少、作物眾多且動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了基于 ZigBee 的溫室自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。設(shè)備基于太陽能供電，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警、灌溉閾值設(shè)置靈活以及休眠等功能，并為用戶提供直觀的系統(tǒng)管理平臺(tái)來完成節(jié)點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)處理功能。設(shè)備使用證明，其具有良好的穩(wěn)定性，并能滿足不同作物不同時(shí)期灌溉的需要。同時(shí)，具有系統(tǒng)誤差低、響應(yīng)速度快、部署靈活、成本低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。該設(shè)備的研制和使用為建立大型遠(yuǎn)程智能灌溉系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。

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