我國是農業大國，智慧農業是我國現代農業進程不可缺少的重要力量，是未來全球農業發展的方向。我國應用物聯網、云計算、大數據、移動互聯等現代信息技術，大力推進“互聯網+現代農業”，推動農業全產業鏈改造升級，提高農業技術裝備和信息化水平，促進中國由農業大國向農業強國轉變，智慧農業是一種新的農業生產方式，它結合現代管理制度，集多種信息技術在農業中實現綜合實踐的全面應用，目前，已廣泛應用在溫室種植業、畜牧養殖業、水產養殖業、農產品質量安全追溯等方面。

近幾年來，隨著全球水資源的日趨緊張，世界各國都在積極探索行之有效的節水途徑和措施。自動控制節水灌溉技術的高低代表著農業現代化的發展狀況，灌溉系統自動化水平較低是制約我國高效農業發展的主要原因，節水灌溉作為一項現代化的工程技術，無論是工程節水、農業節水，還是管理節水都必須建立在節水灌溉設備實現產業化生產的基礎上。節水灌溉技術是為了解決水資源不足，提高灌溉效率而發展起來的現代灌溉技術之一。

智慧農業灌溉系統不需要有人控制，系統能自動感測到什么時候需要灌溉，灌溉多長時間;系統可以自動開啟灌溉，也可以自動關閉灌溉;可以實現土壤太干時增大噴灌量，太濕時減少噴灌量。

智慧農業灌溉系統涉及到傳感器技術、自動控制技術、計算機技術、無線通信技術等多種高新技術，這些新技術的應用使我國的農業由傳統的勞動密集型向技術密集型轉變奠定了重要的基礎。

智慧農業灌溉系統—智慧農業灌溉系統可以根據植物和土壤種類，光照數量來優化用水量，還可以在雨後監控土壤的濕度。有研究現實，和傳統灌溉系統相比，智慧農業灌溉系統的成本差不多，卻可節水16%到30%。在中國農業用水量約占總用水量的80%左右，由于農業灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國家已達70%～80%，因而，解決農業灌溉用水的問題，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。我們的智慧農業灌溉系統在這種背景下應運而生了。

系統遵循了以下幾點：

1、系統模塊化、層次化設計，以提高效率，增加可維護性，便于擴展;

2、靈活的硬件配置，用戶可以任意升級、更換被控硬件設備，而不需要更換軟件;

3、人機界面友好，實現灌溉過程的無人值守，減少人員的工作強度，提高灌溉效率;

4、抗電磁干擾的能力強，保證系統在野外強電磁干擾的惡劣環境下能可靠地運行;

5、故障自動檢測功能，提高系統的健壯性，各種設備的布局要求美觀。

為了最大限度地節約噴灌用水和實現智能控制，灌溉系統必須具備以下功能：

1、數據采集功能：可接收土壤濕度傳感器采集的模擬量。模擬量信號的處理是將模擬信號轉變成數字信號(A/D轉換)。

2、控制功能：具有定時控制、循環控制的功能，用戶可根據需要靈活選用控制方式。

3、電動機過載保護功能：當電動機過載時，電動機立即停止轉動，灌溉過程中止，并且故障指示燈閃爍報警，過載消除后自動恢復運轉。

4、陰雨天自動停止：利用濕度傳感器的開關量作為一個可編程控制器的輸入信號，實現控制相關程序的功能。

5、省電功能：定時控制器在斷電時正常計時，故采用其作為可編程控制器的電源控制。在定時灌溉控制時間之內，由定時器接通可編程控制器的電源，可編程控制器按預先編制的程序依次打開各控制設備電源，并根據輸入信號的變化隨時調整程序的執行。在非系統工作時間里，定時器自動斷開可編程控制器的電源，這樣既減少了系統耗費的電能又延長了設備的使用壽命。

6、急停功能：當出現緊急意外事故時，按下急停按鈕，電動機立即停止運轉，閥門關閉，噴頭停止灌溉。

7、故障自動檢測功能：當灌溉系統出現故障，如水管破裂(水壓為零)，傳感器故障，電動機故障，變頻器故障，電磁閥故障等，水泵立即停止運行，電磁閥關閉，故障報警燈閃爍并伴有警笛聲響起。操作人員可以按下“消音”按鈕以解除鈴響，但故障指示燈仍在閃爍，直到故障消除，故障指示燈才自動停止閃爍。

智慧農業灌溉系統方案

每種植物都有適合其生長的濕度，濕度過大，植物的根系就會在土壤中腐爛，濕度過小，就不足以滿足植物生長所需要的水分。灌溉就是最大限度地滿足土壤的濕度在適宜植物生長的濕度范圍之內。可以分為：大于，等于，小于三種情況。系統按可編程控制器內預先編好的程序自動按一定的灌水量進行灌溉。最終實現不需要人的直接參與，由系統自動實現灌溉，人的作用只是調整控制程序和檢修控制設備。

控制器、傳感器、變頻器是實現智能灌溉不可缺少的設備。但要想使整個草坪都得到相同的水量，對草坪實現均勻而智能的灌溉，必須要設計一套完整的系統。

一套完整的智慧農業灌溉系統由水源、電源、可編程控制器、開關量、模擬量輸入、現場儀表，顯示面板等組成。

水源：包括各種可能使用的水源的類型，如自來水、河流、井水、池塘等。視距離灌溉區的遠近而定，重要的是所選水源必須要有足夠的供水量。

電源模塊：穩定可靠的電源供應是整個系統安全、可靠運行的重要前提，要求電源模塊穩定、可靠，留有一定的功率余量。

顯示面板：通過顯示面板上的指示燈，使操作人員能清晰的看到系統的運行狀態，便于控制和維修。

其他輔助設備：輔助設備如冷卻風扇、UPS不間斷電源等是完善整個系統所必須的，對提高系統的可靠性和使用壽命有很大的幫助。

智慧農業灌溉系統工作原理與結構

1、智慧農業灌溉系統工作原理

灌溉系統工作時，濕度傳感器采集土壤里的干濕度信號，檢測到的濕度信號通過A/D模塊轉換，將標準的電流模擬信號轉換為濕度數字信號，輸入到可編程控制器?？删幊炭刂破鲀阮A先設定50%—60%RH為標準濕度值，實際測得的濕度信號與50%—60%RH比較，可以分為：在這個范圍內，超出這個范圍，小于這個范圍三種情況?？删幊炭刂破鲗⒖刂菩盘杺鹘o變頻器，變頻器根據濕度值，相應的調節電動機的轉速，電動機帶動水泵從水源抽水，需要灌溉時，電磁閥就自動開啟，通過主管道和支管道為噴頭輸水，噴頭以各自的旋轉角度自動旋轉。灌溉結束時電磁閥自動關閉。為了避免離水源遠的噴頭不能被供給足夠的壓力，在電磁閥的一側安裝一塊壓力表，保證噴頭的水壓滿足設定的噴灌射程，避免發生因為水壓不足，噴頭射程減少的現象。整個系統協調工作，實現對草坪灌溉的智能控制。

2、智慧農業灌溉系統結構

要實現智能灌溉，系統需要有可編程控制器、傳感器、A/D模塊、變頻器、電動機、水泵、電磁閥、管網等設備。

①可編程控制器：負責發出和接收各種運行程序指令，是整個控制系統的中樞部分。

②傳感器：由于本次設計時間比較倉促，忽略了溫度對灌溉的影響，因此沒有使用溫度傳感器，只使用了土壤濕度傳感器。通過傳感器采集土壤里的濕度信號，判斷是否需要灌溉。

③A/D模塊：因為可編程控制器不能接收模擬信號，所以需將傳感器的電壓或電流信號轉換成數字信號。

④變頻器：通過改變電動機的轉速調節噴灌流量，達到節水的目的。

⑤電動機、水泵：由電動機帶動水泵從水源抽水，為噴灌系統提供一定的壓力。

⑥電磁閥：控制噴頭的噴灌與否。

⑦管網：灌溉系統輸送水的管路。

高效節水灌溉技術的優點

(1)推廣應用高效節水灌溉技術，在大幅度提高水的利用率的同時，引發了農業生產方式的變革，改變了傳統的農田水利建設方式，提高了土地利用率。

(2)改變了傳統的勞作方式，大幅度降低了作業成本，提高了勞動生產率。

各種高效節水灌溉技術

(1)噴灌。噴灌比漫灌節水30%，主要用于大田密植作物，適合區域化控制，具有增產、提高耕地利用率等優點，但運行能耗較高，蒸發損失較大，要求大容量水源，并且只能在不超過3級風力的條件下使用。

(2)微灌。微灌屬于先進的節水灌溉技術，能夠僅對作物需水部位提供所需水量，由“澆地”轉換為“澆作物”。微灌用于設施農業和經濟作物，適應所有地形和土壤，具有節水、增產效應，灌水均勻，至少可比噴灌節水50%。微灌很容易實現水肥一體化。但微灌對水質及日常系統維護要求較高。

來源:中國水表

圖片來源：找項目網