智能化微灌监测控制技术在蓝莓设施栽培中的应用

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1、智能化微灌监测控制技术在蓝莓设施栽培中的应用0  引言    近年来．随着经济发展和城市化水平的提高．水资源供需矛盾更加尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素．我国农业灌溉用水量大，占到国民经济用水的70%以上．而农田用水灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在．因此，发展农业节水灌溉技术特别是智能化微灌控制技术非常紧迫．浙江省杭州市萧山区节水灌溉事业近年来有了很大发展，微灌技术在农业园区已经应用非常广泛，据统计，节水灌溉面积已达12khm2。为促进节水型、生态型现代农业发展，实现作物按需供水．智能化微灌监测技术已在萧山美人紫葡萄园、

2、萧山舒兰农业应用示范，但智能化微灌控制技术在设施农业上应用需要进一步研究[1]．为此，萧山区农机监督管理总站等相关科技人员2012年在浙江民望农业科技有限公司蓝莓基地实施了“设施农业智能化微灌控制技术研究与示范项目”，进一步改进了智能化微灌控制技术并得到了很好的应用示范．1  智能化微灌监测控制技术    浙江大学研究开发的智能化微灌监测控制技术主要包括两方面：即信息的自动获取和根据获取信息后的智能决策与控制。在信息获取方面，采用在若干个区域内安装信息监测物联网设备，通过无线传感器网络实时地获取园区内各点土壤与环境参数：并将中心节点布置在管理房办公室．管理房办

3、公室当作园区的总监控室．信息采集节点既当作信息采集功能使用，也用来路由其它节点信息．然后通过计算机软硬件及网络，实时察看每个测试区域的各种土壤与环境等数据。在智能化控制方面，通过自带的无线发射模块，将所监测该位置点的土壤湿度水分通过无线传感器网络传输到信息处理系统，根据试验确定的蓝莓土壤湿度的适宜指标与预警指标．进行信息的智能处理．并通过智能决策系统，自动开启水泵和电磁阀来实现智能化灌溉，实现作物按需微灌供水[2]。1.1  智能化信息获取技术    信息采集节点可配置的传感器主要有农业环境传感器、土壤信息传感器、植物信息传感器三种类型。采样值可通过传感器传感

4、计算模型转换为实际值．该转换模型可以通过采集节点平台配置软件直接配置便可方便接入采集节点．节点平台软件的主体结构如图1所示。    物联网信息采集节点全部采用太阳能供电模式．采集节点设计了太阳能充电管理电路．即在电池充满的情况下将自动断开充电线路．智能管理后备电池的充电与放电。节点配置无线信号发射模块后，在其后端也配置了无线发射信号功率放大器．该放大器的放大倍数由MCU控制．控制信号放大器的倍数主要由组网性质、网络情况和网络质量动态智能管理。    对监控区域的数据访问可分为现场和远程两种方式。在执行初始化配置和现场维护任务时．需要对系统进行现场调试，研究人员

5、可以在现场通过PDA直接查询网络数据内容、系统中的传感器节点运行参数以及其他调试工作[4]。网络信息接收如图2所示。1.2智能化控制技术    智能化控制技术的功能主要有农田作业生产的环境调控、肥水管理及病虫害防治等。农田环境根据设施条件的不同可以分为大田环境、温室环境、大棚环境等农业生产环境．综合来说，农业生产智能化控制主要包括自动灌溉控制、自动施肥控制、自动喷药控制和智能温室环境调控控制。几种不同的控制模式都是从信息到数据处理．再到决策系统发出命令指令进行调节控制的．物联网信息与控制系统相结合的系统构架如图3所示．    在物联网后端控制系统以PLC可编程

6、控制器为核心，控制模式主要以模拟信号输出、频率信号输出、PWM波信号输出和开关量输出实现农业电气化装备控制．变频器由PLC程序控制．PLC的控制终端有两个，即控制柜上的工控触摸可以控制整个系统的运行状态．计算机也可以控制系统运行状态。另外．计算机与控制柜的通信可以是有线通信，也可以是无线通信。选择何种通信手段由实际应用情况而定[5]．控制系统的一般构架模式如图4所示．    控制系统根据物联网所采集到的实时信息进行判断综合分析，启用不同模型的控制策略，同时也可引入专家系统知识库作为控制策略参考[6]．其系统架构如图5所示．2  试验与研究情况    浙江民望农

7、业科技有限公司蓝莓设施栽培基地面积为7.6hm2,已配套建设了连栋钢架大棚、微灌系统与办公管理中心网络系统。在此基础上，引进、试验了浙江大学智能化微灌监测控制技术，共投入设施设备12.5万元。技术在试验应用中存在以下三个问题：一是需要试验、确定蓝莓土壤湿度f含水量1的适宜指标与预警指标：二是土壤湿度监测误差较大，智能化微灌控制技术应用效果难以保证：三是软件系统也存在缺陷，如系统对蓝莓基地根据监测情况直接实行微灌，但蓝莓在高温时期不宜在白天微灌，造成系统与农艺脱节：如蓝莓基地为减少灌溉成本．分四个区进行灌溉，但此系统运行时．当出现多个监测点区域缺水时．会要求水泵

8、同时向这几个区域灌溉，使灌溉系统难以运