灌溉系統

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灌溉系統范文第1篇

關鍵詞：城市綠地；人工噴灌；再生水回用；水質安全

1.前言

1.1概述

近幾年來，我國城鄉公共綠地的面積增長迅速，灌溉需水量迅速增長。部分地區的灌溉設施不完善，在干旱季節，依靠灑水車和人工澆灌，既浪費人力、財力，又達不到良好的灌溉效果；采用自來水為水源的，更加大了綠地的養護成本。因此，從長遠利益出發，完善灌溉系統、開辟新的灌溉水源對公共綠地的長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、輻射及風速）、土壤性質及其含水狀況、植物種植的環境、植物生長階段等。昆明市屬低緯度高原山地季風氣候，年均溫度在15.20℃上下波動，干濕季分明，年均降水量1035毫米，日照長，光能充足，霜期短，能見度良好，非常有利于植物的生長。盡管如此，昆明雨季集中、短暫，一年中大多數時間晴朗干燥，因此城市綠地的灌溉顯得尤為重要。

本文結合昆明市某景觀大道綠化美化工程灌溉系統施工圖設計，探討城市綠地灌溉系統設計的相關問題。

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各60m寬綠化景觀帶，長約6km，總面積為56.57公頃，分為15個標段，主要內容包括現場清污、種植土回填、綠化栽植、灌溉系統建設等。

2.灌溉方式

灌溉方式分為人工灌溉和自動灌溉。人工灌溉系統技術簡單，投資少，運行、管理、維護簡單，缺點是這種灌溉方法只能改變土壤濕度，對綠地植物生長的小氣候影響小，灌水定額較大，不便于適時適量灌溉，水的利用率低，運行過程中人力投入大。自動灌溉系統具有如下優勢：（1）節水；（2）省工；（3）提高養護質量；（4）增加景觀效果。但是自動灌溉系統技術含量較高，系統組成較復雜，投資高，運行、管理、維護復雜，對操作人員素質要求高。根據業主要求，本工程選用人工灌溉方式。

3.水源及其水質

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

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

葉茂研究發現，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）時，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，接觸時間為15min條件下只有50%的脊髓灰質炎病毒被滅活。

再生水中過多的余氯對所灌溉的景觀帶植物生長將產生傷害，甚至致其死亡，余氯上限的要求在現行的回用水標準中并沒有體現。張楠等研究認為，再生水中的余氯對高羊茅與早熟禾的生長均有明顯的負面影響。隨著余氯含量的增加，兩種草的相對地上生物量、光合速率和葉綠素總量下降明顯，尤其早熟禾降幅更劇烈。試驗表明，再生水灌溉高羊茅，余氯應控制在1.0mg/L以下，灌溉早熟禾，余氯應控制在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；同時為避免過高的余氯對綠地植物產生負面影響，余氯應控制在一定水平。本工程水源為昆明市某污水處理廠再生水，其余氯符合國家標準要求。

4.首部樞紐工程

其作用是從水源取水，并對水進行加壓、水質處理、肥料注入和系統控制。一般包括動力設備、水泵、過濾器、加藥器、泄壓閥、逆止閥、水表、壓力表，以及控制設備，如自動灌溉控制器、恒壓變頻控制裝置等。本工程為人工噴灌系統，首部樞紐工程較簡單，由動力設備（電機）、水泵、加藥器、泄壓閥、逆止閥、水表、壓力表及控制設備組成。水源為污水處理廠再生水，其SS可到達綠地灌溉要求，可不設置過濾器。再生水余氯達不到GB/T18920-2002的要求時，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。由于人工噴灌系統自動控制要求低，故控制系統較為簡單。

5.景觀帶需水量

5.1景觀帶需水量參數

設計灌溉定額應依據設計代表年的灌溉試驗資料確定，或按水量平衡原理確定。由于缺乏相關基礎資料，故參照表1中所列經驗數據選取。

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。《室外給水設計規范》（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《建筑給水排水設計規范》（GB50015-2003）確定，其相應的給水定額系小區綠化給水定額，小區綠化植物與市政道路綠化植物種類配置不同，需水量不同，故不能硬套該標準中的定額。

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

5.2景觀帶灌溉系統設計流量

5.2.1最大允許噴灌強度

確定了日需水量(6mm/d)，要確定噴灌系統的流量，必須確定噴灌強度。土壤的噴灌強度是指單位時間內噴灑在地面上的水深，灌溉系統的設計噴灌強度不得大于土壤的允許噴灌強度，噴灌強度過大將形成積水或地表徑流，使得土壤板結或破壞土壤結構，造成水土流失。昆明市的土壤為壤土，最大允許噴灌強度為11mm/h。6mm/d的需水量在1h內噴灑完畢即噴灌強度為6mm/h，低于最大允許噴灌強度，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――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，風速低于3.4m/s，η=0.8~0.9，風速為3.4~5.4m/s，η=0.7~0.8。

經計算并做適當調整，本工程灌水周期為1d。

5.2.3 系統設計需水量

根據4.2.1和4.2.2確定的參數，本工程噴灌系統設計流量為

式中Q――系統設計流量，m3/d；

S――綠地面積，m2。

經計算，本工程噴灌系統設計流量為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.管道水力計算及管道布置

6.1管道水力計算

6.1.1管徑計算

（1）快速取水閥

當取水閥用于澆灌時，其服務半徑一般為20m，不得超過50m，本工程中取服務半徑為30m。在道路兩側60m寬景觀帶中央各布置1條主管。經計算，本工程快速取水閥總數為210個。

為了減少水頭損失，避免在主管上安裝過多管件，故在每個標段各安裝1根支管，將快速取水閥安裝在支管上，可降低水損，減少管件數量，節省投資。

（2）支管管徑

噴灌系統的工作制度可分為續灌和輪灌。應業主要求，為了方便招標、施工、管理及明晰責任，本工程15個標段的噴灌系統既是一個整體，又具有一定的獨立性。采用輪灌制度，將每個標段作為一個輪灌區。由于是人工澆灌，假設建成后15標段最多有1個工人同時使用取水閥澆灌，各標段輪灌1小時，則每區平均水流量為q1=Q/15=226.28m3/h

平均每區取水閥個數為14個，則平均每個取水閥流量為q2=16.16m3/h，取管內流速為v=2.0m/s。綠化噴灌系統管內經濟流速一般為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。

支管管徑由下式計算確定：

經計算并適當調整，本工程支管徑取63mm。

（3）主管管徑

在道路兩側60m寬景觀帶中央各布置1條主管，假設建成后15個標段每標段最多有1個工人同時使用取水閥澆灌，則噴灌系統最大流量為Q1=15q2=242.44m3/h，管內設計流速V=2.0m/s，則主管管徑由下式計算確定：

經計算并適當調整，本工程主管管徑取160mm。

6.1.2 水頭損失

應業主要求，噴灌管網采用塑料管，則沿程水頭損失采用魏斯巴赫-達西公式計算，即

式中λ――沿程阻力系數，按勃拉休斯公式計算，即

（1）主管沿程水頭損失

按最不利點計算，本工程主管沿程水頭損失為32m。

（2）支管沿程水頭損失

按最不利點計算，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%，經計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

（1）水泵流量

由于有2條主管，故設置2臺水泵，水泵流量為系統流量的一半，即Q1/2=121.22m3/h。

（2）水泵揚程

綠化灌溉給水管網從地面算起最小服務水壓應為0.10MPa，即10m服務水頭。水泵揚程為

H=H設+hz+∆H

式中，H――水泵揚程，m；

H設――設計服務水頭，10m；

hz――水泵至最不利點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快速取水閥高差，本工程所在地地勢平坦，高差很小，故取0.5m。

經計算，水泵揚程為53m。

6.2 管道布置

綠化灌溉系統的設計、施工與市政給水管道的設計、施工要求基本相同，因此可按市政給水管道設計與施工的相關原則、做法、相關標準、規范來做，不再贅述。值得注意的是，綠化灌溉系統應盡量將閥門井、泄水井布置在綠地周邊區域，以便于使用和檢修；管道盡量避免穿越灌木和喬木的根區，以滿足綠地種植要求。

7.結束語

完善的灌溉條件是城市綠地的重要保障，使其發揮良好的景觀效益、環境效益、生態效益，成為城市一道靚麗的風景。本文結合實際工程探討了城市綠地人工灌溉系統設計的通用原則、一般步驟及注意事項，以期為類似工程提供一定借鑒。

灌溉系統范文第2篇

關鍵詞：農田水利;灌溉系統;滴灌工程;分析;設計

0 前言

隨著我國經濟的不斷發展，農業用水也成為了我國需要解決的問題之一，而農業滴灌作為一種現代化的高效節水的灌溉技術，在農田水利的灌溉當中發揮著非常重要的作用。

1 農田水利灌溉系統工程的基本概況

（1）農田水利灌溉系統老化現象嚴重

我國大部分的農田水利灌溉系統工程都是在人們公社時期進行建造的，所以說有的部分根被沒有任何科技含量可言，滲漏現象非常的嚴重，溝渠中全是泥沙和雜草，每年不僅要話費大量的人力物力來對溝渠進行清理。

（2）重視農田水利灌溉系統工程的程度不高

我國投資建設的大型農田水利灌溉系統工程大多數還是停留在之前的水平上，已經滿足不了現代化農業水利灌溉系統工程的需要，在灌溉系統中，經常會出現爭水、偷水的現象，有的縣的農田水利灌溉系統工程經費方面是不足的，使得農田水利灌溉系統年久失修，想修有擔心經費問題，使得水利灌溉系統一直是處于維持現狀的狀態。

2 農田水利灌溉系統滴灌工程的設計方案

（1）滴灌工程設計的相關參數

我們根據節水灌溉的相關規則以及國內外的滴灌技術發展所積累的經驗，將各項技術的參數確定為以下各值：微灌土壤的濕潤比：P=40%～50%;微灌水的利用系數一般在0.90～0.95;設計灌水的均勻度為90%～95%;設計濕潤度為0.80m;

（2）滴灌工程設計的目標

滴灌工程設計的最終目標是能夠選擇合理的滴灌技術形式，真正意義上確定滴灌的制度，運用典型設計作為例子對灌水區進行合理的布局，進行輪灌區的劃分，實現滴灌系統首部樞紐設計。

（3）滴灌管線的特點

滴灌管線所用的滴頭是內鑲式的結構，這是其他的灌溉系統所不具備的，而且滴頭在生產過程當中是直接焊在滴灌管內側的，這樣不僅可以最大限度的防止機械出現損傷，而且還節省了機械的空間。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作物的生長、作物種類以及種植的方式是有著非常密切的關系的，不同的農作物所選用的滴頭類型也是不同的，與此同時我們還要著重的考慮施工、管理等外界因素對農作物的生長是否有影響，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比，所以滴灌管沿行向進行布置，一膜最少要一到兩根，為了更好的確保最佳的灌溉濕潤效果，滴灌的管線比較適宜鋪設在地上。

3 農田水利灌溉滴灌工程設計

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

（2）管網布置的形式。管網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，由于我國的地形是非常復雜的，所以所有的干管都是采用魚骨形進行布置，這樣能夠最大限度上減少水源的浪費，干管要深埋地下，支管可以放在地面。

（3）輸配水管道規格。農田水利灌溉系統是一項非常重大的關乎民生的系統，它的建設一定要安全可靠，所以對于系統中輸配水管道的規格和材質都要有一個非常明確的標準，這一標準是根據不同地區的設計流量所決定的，一般情況下滴灌管的材質是由低密度的聚乙烯拉制形成的，滴灌管材質的化學配方可以有效的低抗外界環境的應力破壞，同時材質當中還含有抗老化的添加劑成分，這樣可以有效的預防管線老化，能夠有效的延長管線的使用壽命，此外，為了確保每一個灌區都能夠得到水資源，我們要結合當地的實際情況，在各個灌水區的首部安裝一個能夠調壓的減壓閥，設定一個統一的壓力，這樣的話，可以方便穩定滴灌管線所要求的壓力數值，從而達到所有的灌區都能夠均勻用水的目的。

（4）首部樞紐設計。首先要考慮的是過濾系統，因為過濾設備一直是滴灌系統長期以來安全運行的保障，因為任何一個項目區的水源水質當中都是有泥沙的，還有一些藻類以及漂浮物，這些漂浮物當中有的還有一些化學成分，要確定選用過濾系統的組合，設計要求這類系統具有堅固耐用、過濾性能可靠等優點，后期維護也要比較方便。

現階段我國相對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;介質過濾器加行網式過濾器組，離心力式的過濾器組比較適合沒有藻類和漂浮物的水源，因為這一水源當中含有大量的泥沙，這是離心力式過濾器組比較適合的，而介質過濾器組對河流水源的微生物和漂浮物具有較好的過濾效果。如果是水質很好的地區，其水源的過濾可以直接使用網式過濾器。其實不管選用哪種過濾器都是為了降低堵塞的程度。

參考文獻：

[1]康權.農田水利學[M].北京：水利電力出版社，1992.

灌溉系統范文第3篇

關鍵詞：自動控制；濕度傳感器；頻域反射計（FDR）；土壤灌溉系統

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0204-01

1 引言

相比一些國家，我國水資源較少。根據科研工作者研究的數據表明，我國的灌水使用率低至40%。為了緩解這一困境，國務院曾在2012年印發的節水綱要中設定以下目標――新增高效節水灌溉工程面積需要達到1.00 × 107hm2以上，農田灌溉水有效利用系數需高于 0. 55。然而，現今我國的節水狀況仍與2012年所定目標相差甚遠。高效的灌溉設備是節水灌溉得以發展的前提條件。根據所觀察國內外節水灌溉設備發展狀況，剖析中國節水灌溉設備存在的缺陷及發展前景，提出的發展思路與建議，將有益于節水灌溉設備行業全面發展。[2]從節流的角度出發，通過自動灌溉系統檢測到植物土壤的濕度過低時合理地對植物進行澆水保濕，而加大節省灌溉水的力度，使得灌溉的操作變得更加準確。[1]因此，設計出一種可以實時檢測土壤中含水量并作出快速正確響應（即灌溉操作）且造價相對便宜的自動灌溉系統是相當有必要的。[3] 而本文進行的土壤自動灌溉系統研究也是必然的。

2 自動灌溉系統的設計

該設計是基于繼電器模塊的自動灌溉控制器，其主要對土壤濕度及灌溉控制進行設計研究。該設計主要是通過土壤濕度傳感器獲取土壤濕度的數據，進而將數據傳送到繼電器模塊，從而控制進水閥的開關以完成自動灌溉。

2.1系統結構及原理

圖1為土壤自動灌溉系統的結構簡圖，該設計由繼電器模塊，控制器，土壤濕度傳感器，進水閥，220V電源等基本模塊組成。系統由220V電源為整個電路提供能量。土壤濕度傳感器充當觀察員的角色，時刻監測土壤中的水分含量，并將信息利用電信號傳遞給控制器。控制器則是整個系統的大腦，其通過對電信號所攜帶的土壤中水分含量大小與系統給定的供水臨界值進行比較處理，遵循控制規則發出控制信號，并通過電路驅動放大控制繼電器模塊的供電與否，直接操作整個系統電路的開或斷，從而直接影響進水閥的開閉工作，進而實現灌溉功能。在工作過程中，土壤濕度傳感器始終給予控制器反饋，實現了自動控制功能，同時通過設定適當的供水閾值，使土壤濕度達到一定水平后便自動停止供水以達到節水的效果。

具體系統結構如下：

2.2 FDR原理

在本文提出的自動灌溉系統中，土壤濕度的實時監控，便是基于FDR原理――即介電法實現。FDR的水分探頭內有一對電極組成的電容器，當水分探頭插入土壤內時，土壤便成為了電介質。而電容器與振蕩器形成了一個調諧電路，當土壤電容的變化時，振蕩器工作頻率也隨之同時變化。當發生共振的頻率有所不同時，說明土壤含水量發生了變化，而介電法就是通過使用掃頻頻率來檢測共振頻率從而監控土壤的濕度。從研究者的實踐得出：在大多數土壤中，介電常數的平方根與土壤容積含水量具有線性關系；并且土壤的介電常數大小基本取決于土壤體積含水量的多少。而實驗證明土壤中水的介電常數明顯要遠大于土壤基質材料，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量得到的土壤介電常數正確地表達出來。[3]

2.3土壤自動灌溉系統工作過程

土壤自動灌溉系統的運作首先是由土壤濕度傳感器收集土壤中含水量的實時數據，然后在繼電器中對數據進行分析，從而通過控制繼電器的開關來實行對進水閥的控制。將繼電器連接在220V的開關電源上、把土壤濕度傳感器插在干燥土壤中，打開電源開關，當土壤濕度低于繼電器模塊中設置好的最小值時，繼電器打開使得電流可以通過電路以打開進水閥進行灌溉；當灌溉土壤濕度高于繼電器模塊中已設定的最大值時，繼電器模塊則自動斷開，電流將不能通過電路，進水閥關閉，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，電流無法通過電路，進水閥不打開，不進行灌溉。

3 結束語

提出的自動灌溉系統是通過實時檢測土壤含水量，利用控制單位對實時數據和定額數據來進行比較，從而實現自動灌溉。本文描述了通過基于FDR原理的土壤濕度傳感器搜集數據，繼電器根據輸出信號的大小控制進水閥的通斷來實現快速、準確感知的節約型自動灌溉。該系統能夠簡單直接地處理土壤濕度數據，具有響應快，低功耗的特點，且設計簡潔，可適應大部分環境，充分利用水資源，同時解放大量人力物力。

本文的未來研究工作還可以對灌溉系統的電源進行優化，對于太陽能資源豐富這個條件，可以將電源的轉化改成利用太陽能電源，可節省用電，有效利用資源。在實際生產過程中，該系統可能還需要面對惡劣天氣如雷暴、冰霜及蟲害等意外情況的挑戰，這需要我們在實踐中不斷改進。

在經濟發展需求不斷增大、水資源日益緊張，電子技術也在進步的大背景下，自動控制技術在節水灌溉中的使用越來越普遍。[4]在此情況下，自動灌溉系統的自動化、精細化便成為了農業灌溉發展的重要趨勢。[5]電子技術的發展，不應該只是媒體網絡上的發展，還應該發展到生活中去，發展到農業生產上來，減輕農民的工作負擔，更好地進行農業生產，使得農業產品質量的到保證。

參考文獻：

[1] 王會. 基于單片機的太陽能自動澆灌系統的設計[J]. 電子技術與軟件工程，2015（20）：257-258.

[2] 袁壽其，李紅，王新坤. 中國節水灌溉裝備發展現狀、問題、趨勢與建議[J]. 排灌機械工程學報，2015（1）：78-92.

[3] 張瑞卿，戈振揚，單偉，等. 基于FDR原理的自動灌溉系統設計[J]. 傳感器與微系統，2014（2）：80-82+86.

灌溉系統范文第4篇

關鍵詞： ZigBee； 無線傳感器； .Net； 智能灌溉系統； 上位機

中圖分類號：TP315 文獻標志碼：A 文章編號：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，要實現灌溉農業的可持續發展，就需要灌溉更加精確智能。在不影響農作物生長發育的前提下，按照農作物需水要求準確及時地預報，并實現水量的自動控制，精確施予。目前，主要采用先進的物聯網技術與傳統農業生產相結合的辦法，通過研發先進的傳感器、灌溉控制設備、功能強大的計算機灌溉管理軟件等來實現科學灌溉，提高農業效益[1]。

由于全球氣候的惡化和水污染等原因，水資源短缺已經成為全球性的問題。在各大園林、農業及高爾夫灌溉項目中，越來越多的人認識到了節水灌溉的重要性。為了保證人工植被和農作物的正常生長，節水灌溉系統起到了至關重要的作用。

1 系統主要功能

我們設計并制作出具有監視、控制、環境數據的不間斷采集、整理、統計、繪圖功能的智能灌溉系統，以實現優化科學灌溉。該系統適用于庭院、園林、農田等灌溉場所。主要包括以下功能：

⑴ 根據CO2濃度自動控制電磁閥的開關，與CO2發生器配套使用；

⑵ 根據土壤的干濕度自動控制電磁閥的開關，與噴灌、微灌、滴灌等管道系統配套使用；

⑶ 根據空氣的干濕度自動控制電磁閥的開關，與加/降溫、加/除濕等設備配套使用。

2 總體結構設計

Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。

無線網關實現了ZigBee、GPRS、以太網、串口的網絡互聯和協議轉換，集成了符合ZigBee協議標準的JN5121系列通訊模塊，GPRS模塊，以太網接口，RS232接口。并具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網靈活等優點和特性；可實現一點對多點、多點對多點的串口設備間的數據透明傳輸，也可以根據用戶的需要定制軟件；可按照星形網絡、網狀網絡以及樹狀網絡組網。兼容FCC Part 15， ETSI ETS 300-328和日本的ARIB STD-T16標準。主要應用領域：煤礦/油田設備遠程監控、電力/水利設備遠程監控、遠程智能抄表/線纜取代、工業、農業自動化控制、樓宇、路燈智能控制[2]。

本系統設計由三個部分組成：監控中心、無線網關、無線路由節點。其中，監控中心主體是服務器和上位機；無線網關集成了符合ZigBee協議標準的JN5121系列通訊模塊，GPRS模塊，以太網接口，RS232接口，負責將各節點的數據發送給上位機處理，或接收上位機發送的指令并傳送給各節點；無線路由節點可以有多個，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。系統組成框圖如圖1所示。

3 硬件原理

本系統的傳感節點硬件采用CC2530，如圖2所示。CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總材料成本建立強大的網絡節點。CC2530結合了領先的RF 收發器的優良性能，業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存，8-KB RAM和許多其他強大的功能。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具有不同的運行模式，使得它特別適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短，進一步確保了低能源消耗[3]。

4 上位機的設計

4.1 功能需求

以太網通信方式是物聯網智能灌溉系統與計算機最主要的通信方式，采用UDP通信協議層，多線程方式進行數據交互。

上位機需要單獨具備以太網通信界面，除了實現物聯網智能灌溉系統以太網通信命令中列出的各項命令之外，還需要以下幾個重要功能。

⑴ 網絡拓撲，顯示物聯網智能灌溉系統所有已經注冊的設備節點物理區域視圖，主要用于直觀地反映設備節點的分布概況，用于設備故障定位。在視圖上，雙擊設備節點圖標能夠自動顯示該節點的實時數據信息；如果設備有故障或告警，節點圖標應該改變自身顏色警示操作人員。

⑵ 數據查詢，實時記錄物聯網智能灌溉系統的當前和歷史數據，提供用戶對數據按日期和設備標識查詢的功能。根據數據容量和數據訪問并發性的要求，建議數據庫采用專用的數據庫管理軟件，例如SQL Server 2005。

⑶ 數據分析，根據數據庫內查詢的數據繪制圖表（折線圖或餅圖等），顯示數據的分布和趨勢，提供用戶環境參數的歷史數據和做出灌溉決策的參考信息。

⑷ 分布式軟件，可以在多個計算機上同時打開上位機軟件，軟件之間相互協調，每個上位機作出的參數修改都能在其他上位機軟件上顯示出操作記錄，參數設置具有并發性，多個上位機軟件進行同一參數的設置不會沖突，參數設置完成后，其他上位機界面會同步更新。

4.2 上位機架構

本系統采用.Net三層架構。三層架構（3-tier application） 通常意義上的三層架構就是將整個業務應用邏輯上劃分為：表示層（USL）、業務邏輯層（BLL）、數據訪問層（DAL）。三層架構是一個支持可抽取、可替換的“抽屜”式架構，符合“高內聚，低耦合”的思想，所以這些層可以單獨開發，單獨測試[4]。具體的三層架構的分層結構圖，如圖3所示。

4.3 開發工具的選擇

.NET是一個開發平臺，它定義了一種公用語言子集（Common Language Subset， CLS）。.NET統一了編程類庫，提供了對下一代網絡通信標準，可擴展標記語言（XML）的完全支持，使軟件的開發變得容易。.NET與Windows平臺緊密集成，是一種面向網絡、支持各種用戶終端的開發平臺環境。

SQL SERVER 2005對SQL Server 2000中已經存在的特性進行了加強。加強了T-SQL（事務處理SQL），整合了符合.NET規范的語言（可以在數據庫管理系統中執行.NET代碼以充分利用.NET功能），使自身帶有支持對用戶自定義數據庫中存儲的數據進行加密的功能，生成多活動結果集（允許從單個的客戶端到數據庫保持一條持久的連接，以便在每個連接上擁有超過一個的活動請求）等。

基于上述原因，我們選擇.NET架構C#語言開發，作為系統開發的工具。開發人員必須掌握的預備知識和工具有：①UDP通訊編程（UDP包測試工具的使用）；②多線程；③Chart控件的使用；④調試工具的使用。

5 數據庫表結構

數據庫名稱：ZigDB。主要包括設備狀態信息表（如表1所示）、設備信息表（如表2所示）、設備類別表（如表3所示）、系統設置表、權限表、用戶表等。

6 系統功能模塊

系統上位機模塊包括四個主要功能模塊：實時監測模塊、數據查詢分析模塊、權限管理模塊和系統管理模塊。每一個模塊中設計了若干子模塊。系統上位機功能模塊圖，如圖4所示。

[系統上位機模塊][實時檢測模塊][數據查詢模塊][權限管理模塊][系統管理模塊][設備分布概況][節點實時信息][讀寫上下閾值][實時圖形顯示][歷史數據查詢][圖表報表分析][角色管理][權限管理][用戶管理][備份還原數據][設備注冊維護][設備采樣維護]

圖4 系統上位機功能模塊圖

7 上下位機通信的方式

本系統主要采用兩種與上位機通信的方式。

⑴ 本地調試端口，采用RS232串口通信方式，用于和計算機直連后進行數據通信，同時，對智能灌溉系統進行設備注冊和網絡參數配置也使用該通信方式。

⑵ 遠程通信端口，采用以太網通信方式，用于和遠端計算機進行數據通信，主要功能是上報智能灌溉系統各傳感器的數據，以及獲取修改相關參數的上下限閾值。

8 主要窗口與關鍵技術

8.1 主要窗口

上位機軟件主要包括以下幾個窗口。

⑴ 主窗口（FormMain）：主要包括監聽線程Run（）方法，用于實現輪詢，先采樣放入緩沖區然后入庫。

⑵ 網絡拓撲窗口（FormNetworkTop）：顯示AP結點拓撲位置，主要包括AP結點圖標的類型和位置，鼠標MouseDown（）、MouseUp（）、MouseMove（）事件處理等。

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

⑷ 設備序列號的設置窗口（FormEqpSN）：主要包括一些按鈕事件處理btnSave_Click（）、btnDel_Click（）、btnUpdate_Click（），實現對設備序列號的增刪改查的操作。

⑸ 數據查詢窗口（FormBrowseHisData）：主要包括根據查詢條件顯示查詢結果和CHART圖表。涉及btnBrow_Click（）、dgvBrowResult_DataBindingComplete（）等事件處理。

8.2 關鍵技術

8.2.1 輪詢監聽

主程序（FormMain）中監聽線程Run（）方法代碼，主要根據通訊協議的要求，通過輪詢方式，主要采用基于，.Sockets空間的UdpClient類實現UDP通信，向設備發送命令，從而獲取傳感器數據信息，然后解析數據（包括進制轉換），并記錄到數據庫表中。

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； //發送標識符

buffer[2]=0x06； //發送長度

//序列號組的規則為拆封設備序列號為3個字節

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； //命令字為單字節表示

//命令選項為命令字的輔助標記部分，區分同一類型命令的不同功能

//命令參數的長度不定，在設置類命令中為需要設置的具體參數數值

buffer[7]=0x00；

//校驗和為從應答標識符到應答參數包含的字節內數值累加和

byte x=0；

for （int i=0； i

buffer[8]=x；

StaticCommon.lstbuffer[ii]=buffer； //送到臨時緩沖區

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

Thread.Sleep（200）；

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

AddData（StaticCommon.lstrev[ii]）； //記錄到數據庫表

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

//間隔用戶指定時間

ii++；

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

//在指定的設備數中循環

}

catch （Exception ex） //異常處理

{……}

}

}

以上各傳感器數據信息參數的計算公式如下：

二氧化碳濃度：CO2數據=CO2數據1×256+CO2數據2

土壤濕度：SOIL數據=SOIL數據

日照度：SUN數據=SUN數據1×256×256×256+SUN數據2×256×256+SUN數據3×256+SUN數據4

空氣溫度：TEMP數據=TEMP數據-40

空氣濕度：HUMI數據=HUMI數據

8.2.2 跨線程訪問控件

在多線程編程中，經常要在工作線程中去更新界面顯示，而在多線程中直接調用界面控件的方法是錯誤的做法，一般采用Invoke和BeginInvoke解決這個問題。它們的共同之處是參數為delegate（委托），委托的方法是在Control的線程上執行的，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窗口句柄的線程上執行指定的委托；而BeginInvoke則在創建控件的基礎句柄所在線程上異步執行指定委托。本系統主要采用Invoke方法。

實現輪詢式訪問多節點設備，調用UpdateUI方法多線程實時更新采樣數據，圖形化各設備各傳感器的參數狀態，如果當前某參數值超出上下限閾值范圍，及時顯示警告信息，并記錄在庫表中，供操作者進行分析。

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 調試效果

在歷史數據查詢界面操作中，用戶根據條件查詢，圖形化顯示不同時間段及不同設備的CO2濃度、空氣溫濕度、土壤濕度和日照強度等歷史信息。數據查詢顯示結果圖，如圖5所示。

10 結束語

經過學校、企業、農業部門的共同努力，智能灌溉系統順利通過了驗收，在省農業廳進行了應用推廣，效果良好。在系統地、不間斷地采集環境數據后，上體機軟件對這些數據進行整理、統計、繪圖。使用者不但能實時掌握田間農作物的信息，而且能根據設置的參數自動控制設備，達到了農業的智能化和高效化。隨著我國移動互聯網的發展，我們將進一步研發本系統的智能移動客戶端應用軟件，使用戶更方便地掌控作物環境，更好地為農業現代化服務。

參考文獻：

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研究[J].計算機科學，2012.36（4）：118-122

[3] 倪瑛，傅大梅.基于無線傳感器網絡的溫室監測系統的設計[J].南京

工業職業技術學院學報，2010.4：39-41

灌溉系統范文第5篇

【關鍵詞】zigBee；自動監控；節水灌溉

【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

我國是個水資源非常缺乏的國家，傳統的溫室節水控制系統存著以下缺點：

1）單獨依靠灌溉流程的最后環節來解決，沒有將水資源的開發、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）在實際的農業生產應用時，需要密布傳感器節點，才能實現對監測區域的有效覆蓋，這將導致農業設施內部線纜縱橫交錯，系統安裝及維護成本急劇增加。

本研究擬將物聯網架構的無線傳感器技術應用于節水灌溉系統中。以ZigBee無線網絡技術為依托構建物聯網架構的溫室節水灌溉系統。內容包括：利用ZigBee無線網絡技術的低功耗、低成本、免許可無線通信頻段等特點，將其引入到溫室灌溉系統中，避免了大量信號線的敷設；

另外，因為溫室是采光建筑，透光性較好，本項目將太陽能供電技術應用到溫室土壤溫、濕度檢測之中，利用太陽能供給環境檢測所需電力，在不利于電力線路敷設的區域也可以實現電力供給，并且節能、環保。

國外灌溉監控系統在運行、管理方面的自動化程度較高，并且系統也相對比較完善。在農業機械化和自動化程度較高的美國、日本、荷蘭、西班牙和以色列等國家中，很多灌溉控制的技術值得我們在農業灌溉現代化過程中借鑒。

1 系統設計原則

結合灌溉系統自身的特點和當前國內外各種精準灌溉的優劣，本系統的設計遵循以下原則：

1）能時時刻刻的監測灌溉區域的土壤含水量，這是我們做精準灌溉的基礎。如果做不到實時監測，空談精準就毫無根據可言。

2）能夠準確的讀取灌溉區域土壤含水量，這是精準灌溉的精髓所在，如果連含水量的監測都無法保證精確，就無從說起控制。

3）方便而實用。用戶不需要過于復雜的操作，而需要經過專業技術人員的培訓之后便能熟練的操作。

4）節能，低碳。系統不需要復雜的交流電連接，這樣既不破壞植被的美觀又能節約能源。

5）低成本。國外很多先進的精準灌溉系統雖然己經做的很好了，但是高昂的價格根本不是我國農民能承受得起的。因此只有價格低廉有利于推廣。

2 系統總體設計方案

3 溫室無線環境檢測系統的方案設計

整個檢測系統由zigbee無線傳感器網絡和上位機檢測平臺兩部分組成。zigbee無線傳感器網絡由傳感器節點、路由節點和協調器節點組成，分布在溫室的各個區域。無線傳感器節點分為傳感器節點和路由節點 協調器節點。系統運行時，傳感器節點周期性地完成數據采集并通過 Zig-Bee 網絡匯總到協調器，協調器將采集的數據通過多跳的方式匯聚到遠程監控中心的基地管理監測平臺。基地管理監測平臺收到所有節點周期性匯聚的數據后，采用 SQLite 數據庫對采集的數據進行存儲、查詢等管理，并可以通過 GPRS 或 Internet 網絡將監測數據發送到遠程監控中心的服務器上，使得用戶可以隨時通過 Internet 登錄到服務器網站查閱或分析處理數據，為多個區域的環境信息集中管理和和綜合應用提供支持。此外，還可以對寫入數據庫的數據進行判斷，當超過管理人員設置的閾值時，通過啟動聲光報警器、GSM 短信等多種方式預警，并根據設計的算法將不同的控制命令發送到控制節點，由控制節點驅動相應的執行機構，完成相應的策略。檢測系統的整體結構圖如圖1所示。

4 無線傳感器網絡節點的硬件設計

無線傳感器網絡節點有三種：傳感器節點、路由節點和協調器節點。這三種節點在硬件設計上有部分內容是重疊的。節點主要由數據處理模塊和無線通信模塊組成。本設計選用了CC2430芯片，從而簡化了電路的設計。傳感器節點采集與環境有關的數據，因此除完成數據收發外，還需要數據采集模塊。另外，所有節點均采用太陽能供電，網絡中節點的結構如圖2所示。

5 太陽能供電模塊

為了更好地解決傳感器節點的能量供給問題，提出了基于太陽能的能量供給系統，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，設計在20年以上；蓄電池容量能滿足設備負載7天連續陰雨天供電。為了降低能耗，采用類似于智能手機的供電方式，即采用鋰電池的供電的設計方案。太陽能控制器控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。供電模塊結構圖如圖3所示。

6 系統軟件設計

系統軟件的設計要實現預想的功能，除此之外應該考慮復雜度和功耗等一些優化措施。本系統的軟件設計包含這幾個部分：協調器節點（coordinator）軟件設計，控制功能節點（router）軟件設計，客戶端軟件設計。這幾部分的關系如圖4所示：

7 結論

針對溫室環境濕度大、基礎設施少、作物眾多且動態變化等特點，本文設計了基于 ZigBee 的溫室自動灌溉系統。設備基于太陽能供電，實現現場實時監測、遠程監控報警、灌溉閾值設置靈活以及休眠等功能，并為用戶提供直觀的系統管理平臺來完成節點管理和數據處理功能。設備使用證明，其具有良好的穩定性，并能滿足不同作物不同時期灌溉的需要。同時，具有系統誤差低、響應速度快、部署靈活、成本低廉、維護簡單等特點。該設備的研制和使用為建立大型遠程智能灌溉系統提供經驗和技術支持。

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