智能灌溉系统毕业论文.docx
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智能灌溉系统毕业论文.docx
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智能灌溉系统毕业论文
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摘要:
摘要智能灌溉技术是近年来发展起来的一种应用于草坪和园林植物灌溉的技术。
这些技术是基于蒸发蒸腾量的灌溉控制器,用于计算局部小气候的。
然后,控制器创建一个程序,用于自动加载和与滴灌或喷水系统控制器通信。
本研究的主要目的是评估新型传感器在干旱气候条件下灌溉农业作物和保护作物用水方面的有效性。
本文介绍了采用智能灌溉系统应用技术的节水实例。
采用喷灌系统和滴灌系统对小麦和番茄作物进行灌溉调度自动化试验。
另一个灌溉调度系统也被安装并作为另一种处理方式运行,这是基于从自动气象站获取的天气数据。
该灌溉控制系统与原系统并联运行,作为对照试验。
然而,本文讨论了IIS的实现、各种组件的安装、测试和校准。
在2009-2010年的一个生长季节进行的实验和结果在本文中进行了陈述和讨论。
分析了各地块的土壤水分状况、耗水量和作物产量等数据。
初步结果表明,与控制方式相比,智能灌溉在保持竞争产量的同时,节水率可达25%。
结果表明,在整个生长季节,对照试验的作物蒸散量均高于ET系统,且趋势一致。
分析指出,只有在发育初期,两种处理方法的值才有点接近。
总之,系统经过一定的改进,对灌溉用水的控制精度较高,是确定作物需水量、自动安排灌溉时间的良好手段。
这篇文章通过对国内外智能灌溉系统的现状进行充分的分析,希望能够让大家更好的了解我们的智能灌溉系统,以及更多的了解我们的这个系统。
关键词:
智能、灌溉、蒸发系统
Intelligentirrigationsystem
Abstract:
Intelligentirrigationtechnologieshavebeendevelopedinrecentyearstoapplyirrigationtoturfandlandscapeplants.ThesetechnologiesareanET-basedirrigationcontroller,whichcalculatesforlocalmicroclimate.Then,thecontrollercreatesaprogramforloadingandcommunicatingautomaticallywithdriporsprinklersystemcontrollers.Themainobjectiveofthisstudywastoevaluatetheeffectivenessofthenewsensorsinabilitytoirrigateagriculturalcropsandtoconservewateruseforcropinaridclimaticconditions.Thispaperpresentsthecaseforwaterconservationusingintelligentirrigationsystemapplicationtechnology.TheIISforautomatingirrigationschedulingwasimplementedandtestedwithsprinkleanddripirrigationsystemstoirrigatewheatandtomatocrops.Anotherirrigationschedulingsystemwasalsoinstalledandoperatedasanothertreatment,whichisbasedonweatherdatathatretrievedfromanautomaticweatherstation.Thisirrigationcontrolsystemwasrunninginparalleltotheformersystemtobecontrolexperimentsforcomparisonpurposes.However,thisarticlediscussestheimplementationofIIS,itsinstallation,testingandcalibrationofvariouscomponents.Theexperimentsconductedforonegrowingseason2009–2010andtheresultswererepresentedanddiscussedherein.Datafromallplotswereanalyzed,whichwereincludingsoilwaterstatus,waterconsumption,andcropyield.Theinitialresultsindicatethatupto25%watersavingbyintelligentirrigationcomparedtocontrolmethod,whilemaintainingcompetingyield.ResultsshowthatthecropvaluesforcontrolexperimentswerehigherthanthatofET-Systeminconsistenttrendduringwholegrowthseason.Theanalysispointsoutthatthevaluesofthetwotreatmentsweresomewhatclosetoeachonlyintheinitialdevelopmentstages.Generally,theET-System,withsomemodificationwaspreciseincontrollingirrigationwaterandhasbeenproventobeagoodmeantodeterminethewaterrequirementsforcropsandtoscheduleirrigationautomatically.Thisarticle,throughathoroughanalysisofthecurrentsituationofintelligentirrigationsystemsathomeandabroad,hopestobeabletobetterunderstandourintelligentirrigationsystems,andtolearnmoreaboutoursystem.
Keywords:
intelligent,irrigationandevaporationsystem
1绪论
科罗拉多州立大学的区域水资源专家乔尔·施内克洛斯说:
“你真正想要的是蒸腾作用,但是你永远不能消除蒸发作用。
”灌溉作物时会发生蒸发损失。
减少这些损失是种植者提高灌溉效率和节约用水的一个简单步骤。
提高土壤水分入渗速率是减少蒸发损失的一种途径。
免耕技术减少了对土壤结构的干扰,良好的土壤质地有利于更好的入渗。
施内克洛斯说:
“所有的土壤都是一个容器,用来盛放水和作物的养分。
”“良好的土壤质地确实有助于土壤管理。
”使用塑料或有机覆盖物将有助于土壤保持水分,减少蒸发水损失和灌溉需求。
他说,少浇水,深浇水会提高任何灌溉系统的效率。
过水和过水同样糟糕。
过多的水分会导致养分从土壤中流失,侵蚀和饱和根系。
水太少,植物无法蒸腾。
保持土壤湿度不变,而不是走极端,是至关重要的。
不同的作物需要不同的水。
土壤不仅在不同地区或不同农场之间存在差异,而且在同一田地甚至同一排土壤中也存在差异。
不可避免地,总会有一个持有量低的地方。
因为那个地方需要额外的水,所以整个田地都会得到不需要的水。
有针对性的区域灌溉可以消除这个问题。
虽然这类系统需要资金、时间和劳动力,但它将最大限度地提高水的效率。
虽然大多数种植者无法获得这样的系统,但还有其他方法来优化用水。
正确监测土壤水分,根据当地土壤和作物特点调整灌溉,是实现高效灌溉管理的途径。
施奈克洛斯说:
“目前最大的节水措施是积极安排灌溉计划。
”有许多智能灌溉系统(可用,并用于根据气候数据计算作物需水量。
通常,智能灌溉与智能控制器集成,利用小气候数据调度灌溉用水。
灌水控制器的功能是控制灌水过程中的电磁阀(控制动作)。
最终,控制器决定何时开始灌溉以及灌溉时间,以使控制变量达到所需的值(设定值)。
智能或智能灌溉技术被认为是实现景观节水和减少非点源污染的一种有希望的工具。
目前,有许多智能灌溉系统可以在没有人为干预的情况下运行。
智能控制器整合了许多学科,以显著改善作物生产和资源管理。
智能灌溉控制器在自动化灌溉系统中的应用已成为草坪工业发展的新趋势。
有许多智能灌溉控制制造商,它们已经存在或正在市场上出现。
最近在北卡罗来纳州卡里进行了一项研究,以评估两个智能系统的有效性,沙特阿拉伯王国的智能灌溉技术最近成为灌溉用水调度的一个重要和关键。
因此,农业产量增加,需要确保粮食满足日益增长的人口需求。
提高灌溉效率可以大大降低农作物的生产成本,使农业更具竞争力和可持续性。
毫无疑问,智能灌溉的广泛应用将节省大量的过量用水。
灌溉实践中面临的大多数问题都是通过采用智能灌溉控制器来解决的。
该控制方法采用不同的数学模型,测量稳态感测值与期望值之间的误差。
如果误差超过某些给定的公差,则控制器使用修改模型和控制参数的自适应算法。
大多数系统采用计算机作为中央控制单元,能够自动、远程或通过电话实时传输准确的数据。
由于我国独特的地理环境及气候,降雨时空分布不均,农业生产对水的依赖性很强,有水才能做到稳定高产。
但是从长远的角度来看,随着工业、城市、生态用水的不断增加,如何通过各种措施来有效的提高灌溉水资源的使用效率是如今最首要的任务。
因此,本文旨在研究什么是智能灌溉系统、智能灌溉系统的优势、国内外发展现状以及该如何更好的发展我们的智能灌溉系统。
以便使整个农田系统能实现合理的循环,减少不必要的水资源浪费,从而达到节约水资源的目的。
2智能灌溉系统的优势
2.1智能灌溉系统的分类
有灌溉规划,景观设计就不完整。
如果你从第一天起就没有一个有效的系统来保持花园和草坪的活力和繁荣昌盛,那么种植花园和草坪是一个代价高昂的错误。
如果你明智地选择你的植物,灌溉系统应该不难管理,特别是如果你认为植物有类似的水需求。
灌溉可能是你规划过程中一个耗时的部分,但它对你的景观的成功至关重要。
一系列的管道,每个管道的中心都永久性地附着一个直径约1.5米的轮子,以及沿着其长度的洒水器,被连接在一起。
一端用一根大软管供水。
在对一条农田进行充分灌溉后,移除软管,排出系统中的水,并用手或专用机械装置滚动总成,以便将喷洒器移到田间的不同位置。
重新连接软管。
这个过程是以一种模式重复的,直到整个田地都被灌溉了。
该系统的安装成本比中心支点要低,但操作起来要耗费更多的人力——它不会自动穿过田地:
它在固定带中加水,必须排干水,然后卷成新的带。
大多数系统使用100或130毫米(4或5英寸)直径的铝管。
这根管子既是水的运输工具,又是转动所有轮子的轴。
驱动系统(通常位于轮线中心附近)将夹紧在一起的管段作为单轴旋转,从而滚动整个轮线。
如果系统错位,可能需要手动调整各个车轮位置。
有很多的系统是我们现在在用的,轮系系统在可携带的水量和可灌溉作物的高度方面受到限制。
横向移动系统的一个有用特征是,它由容易断开的部分组成,在移动直线时适应场的形状。
他们最常用于小,直线,或形状奇怪的领域,丘陵或山区,或在劳动力价格低廉的地区。
2.1.1滴灌
滴灌系统是植物和花坛、蔬菜园、树木和观赏植物的理想选择。
滴灌机把少量的水放在需要的地方——根部——缓慢而稳定地滴入土壤深处。
应根据每个工厂的需要放置发射器。
抗旱耐旱植物应将发射器放在远离根系的地方,以避免受到冲击。
滴灌在我们的农业方面发挥着非常大的作用,为我们节约了很多的水分,这些在某一程度上来说都是非常的重要的。
比较草坪和花园的顶部智能喷水系统。
减少用水,使用无线网或以太网连接从Android或苹果手机远程监控和控制区域。
智能喷头和灌溉控制器可以简化家庭草坪和花园护理,并减少水的消耗。
这些系统不是固定的计时器,而是利用传感器、天气预报和植物护理数据库中的数据来确定浇水需求,并在适当的时间提供足够的水分。
降低水费,使用移动和网络应用从世界任何地方检查你的工厂。
地面灌溉是最古老的灌溉方式,已经使用了数千年。
在地面(洪水或水平流域)灌溉系统中,水穿过农田表面,以湿润农田并渗入土壤。
地表灌溉可分为沟灌、边带灌溉和盆灌。
通常被称为洪水灌溉,当灌溉导致耕地被洪水淹没或接近洪水时。
历史上,这是最常见的灌溉农业土地的方法,在世界大部分地区仍然使用。
如果灌溉水源的水位允许,水位由堤防控制,通常由土壤堵塞。
这种情况经常出现在梯田(稻田)中,在梯田中,该方法用于洪水或控制每个不同田地的水位。
在某些情况下,水是由人或动物的力量泵送或提升到土地的水平。
地表灌溉的水分利用效率一般低于其他灌溉方式。
2.1.2自动喷水灭火系统
洒水器将水抛向空中,将植被处理成雨。
洒水系统只应在清晨启动。
大量的水分通过蒸发而流失,特别是当太阳在午后达到顶峰时,系统正在输送水分。
滴灌系统最适合深根植物,而草坪需要洒水器。
大多数船厂都得益于两者的结合。
这种智能的灌溉系统为我们的生活提供了更多的便利。
有许多类型的软管末端洒水器。
它们中的许多是大型农业和景观洒水器的较小版本,其尺寸适合与典型的花园软管一起使用。
有些有一个加了钉子的底座,允许它们暂时卡在地面上,而另一些则有一个雪橇底座,设计成当连接到软管时可以拖动。
2.1.3浸渍软管
浸润软管是滴灌的一种形式,没有自动化。
你把它们连接到水源上,它们就会沿着水龙带的长度从小孔中“流出”水,通常宽度为2到3英寸。
你可以把它们放在地上或埋在地膜下。
几根软管可以互相连接以进行广泛的灌溉。
浸水软管也可以通过切割到花园的尺寸,并在需要的地方,在掩埋前放置端盖或软管配件,使其更持久。
草坪洒水系统是永久性安装,而不是软管端洒水,这是便携式。
洒水系统安装在住宅草坪、商业景观、教堂和学校、公共公园和公墓以及高尔夫球场上。
这些灌溉系统的大部分部件都隐藏在地下,因为美学在景观中很重要。
典型的草坪洒水系统将由一个或多个区域组成,其大小受水源容量的限制。
每个区域将覆盖景观的指定部分。
景观部分通常按小气候、植物材料类型和灌溉设备类型划分。
景观灌溉系统还可以包括包含滴灌、起泡器或除洒水器以外的其他类型设备的区域。
尽管仍使用手动系统,但大多数草坪洒水系统可以使用灌溉控制器(有时称为时钟或计时器)自动运行。
很多人都知道的是,大多数自动系统都采用电磁阀。
每个区域都有一个或多个连接到控制器的阀门。
当控制器向阀门送电时,阀门打开,允许水流到该区域的喷水装置。
有两种主要类型的喷灌器用于草坪灌溉、弹出式喷头和转子。
喷头具有固定的喷射模式,而转子具有旋转的一个或多个流。
喷头用于覆盖较小的区域,而转子则用于较大的区域。
高尔夫球场的转子有时太大,以至于一个喷水器和一个阀门结合在一起,称为“阀在头”。
当用于草皮区域时,喷头安装时,喷头顶部与地面齐平。
当系统加压时,阀头将从地面弹出并给所需区域浇水,直到阀门关闭并关闭该区域。
因此,我们不能过分的去追求这些外在的东西,这些都是很没有必要的,我们必须知道的。
一旦侧线不再有压力,喷头就会缩回地面。
在花坛或灌木区,洒水器可以安装在地面上的立管上,甚至可以使用更高的弹出式洒水器,并与草坪区一样平齐安装。
2.1.4雨水收集
我们国家有着特殊的气候条件,没有什么事情是特别完美的,我们都无法做一个完美的人,就像我们的国家来说,我们的人口,土地都是非常多的,我们一定要仔细的把这些东西全都做好。
所有水井和城市供水系统的替代方案是雨水收集。
你把雨水收集在桶或大型地下蓄水池里,然后用它来浇灌庭院。
雨水收集的技巧是通过保持一个封闭的系统来防止蒸发。
几个世纪以来,大型地上装饰性水池一直用于花园灌溉和饮用水供应。
收集雨水是可行的,因为水是昂贵的,不可能为需要浇水的地区供电。
软管可连接在套管或输出装置上,并在需要时导向。
2.2智能灌溉系统的优势
2.2.1可以更好的为我们保存水分
如今我们的生活水平在不断的提高,我们对于水资源的利用更是非常的娴熟,我们希望越来越多的植物能够享有被浇灌的权力,这对于我们的农业的发展起着无比重要的作用。
为使作物获得适当的营养,需要一定量的水。
如果降雨量不足,将无法满足用水需求。
灌溉试图消除降雨不足造成的这种不足。
因此,在干旱的年份,灌溉才得以拯救。
灌溉提高了农作物的产量,使人们富裕起来。
人民生活水平由此提高。
灌溉也从两个方面增加了国家的财富。
首先,由于灌溉产生了丰收的作物,它使国家在粮食需求上自给自足。
其次,当灌溉水供应给耕耘者时,它是征税的,这增加了收入。
灌溉使种植经济作物成为可能,这些作物比在没有灌溉的情况下种植的普通作物有很好的回报。
果园、甘蔗、马铃薯、烟草等都是经济作物。
有时,大型灌溉渠道可以用作沟通手段。
通过灌溉渠道的瀑布可以用来生产水力发电。
国内优势不容忽视。
灌溉有利于洗澡、浇牛等,改善淡水循环。
灌溉可以提高地下水的储存量,因为渗漏造成的水分流失会增加地下水的储存量。
我没得国家有很多的大型的灌溉系统,在大型灌溉渠道的沿岸,可以成功地进行人工种植,这不仅有助于引入社会林业,而且有助于改善该地区的环境状况。
在饥荒时期开始新的灌溉工程,为大量人口提供就业机会。
这些工程叫做饥荒工程或救济工程。
一般来说,由于灌溉、蒸发和过度用水效率低下,传统的灌溉方法可浪费多达50%的用水。
智能灌溉系统使用传感器实时或历史数据通知浇水程序,并修改浇水计划以提高效率。
智能灌溉有两个重要方面:
控制类型——灌溉的控制方式——和供水类型——所使用的供水系统类型。
智能灌溉系统还有两种基本的控制类型:
基于天气的和基于土壤的,每一种都在其传感和提供信息的技术方法上有所不同。
基于天气的智能灌溉系统使用从可靠的天气来源、传感器或历史数据中获取的当地天气信息,以支持有关灌溉计划的知情决策。
基于天气的灌溉系统也被称为蒸散(ET)系统,是指通过土地蒸发和植物蒸腾损失的水。
使用对当地温度、湿度、日晒和风力组合的分析评估来确定水位表。
基于土壤的智能灌溉系统使用从地面传感器中提取的本地土壤湿度数据来支持有关灌溉计划的明智决策。
用户可以配置这些系统来按需管理灌溉,例如,当特定的土地区域过于干燥并开始灌溉程序时,或者当达到特定的饱和点时,因为达到了土壤湿度水平而停止灌溉。
控制这两个设定点可通过将其与特定作物所需的土壤湿度联系起来,减少所用水量。
智能灌溉系统的另一个主要优点是,智能灌溉中的精确灌溉也能提高供水效率。
通常有四种输送方式:
表面输送、洒水、滴流和地下输送。
地面灌溉是最传统的灌溉方式,它通过灌溉沟渠分配水,让重力来完成这项工作。
洒水器像雨一样通过空气分配水,可以固定或移动。
滴灌把水很局部地传播到地表。
地下方法埋在植物根系附近,并在地下浇水。
由于滴流系统和地下方法能够减少蒸发损失,因此通常可以节约最多的水。
2.2.2灌溉方式
根据系统建设区域的具体情况,我们可以根据具体的情况选择不同的灌溉方式,希望能够在最大限度上提高灌溉水的利用率;同时,我们还可以采用无线网络技术实现农田灌溉远程监控,降低劳动强度;在作物灌溉决策软件中引入专家决策系统,在一定程度上,可以对不同地区不同生长阶段的不同作物进行决策。
需水量信息定量评价;在灌溉设备中增加流量计,精确控制灌溉水量。
该系统满足了提高高效精准农业灌溉用水利用率的需要,达到了节水灌溉的目的,实现了灌溉过程的自动化,具有很强的推广应用价值。
基于土壤的智能灌溉系统使用从地面传感器中提取的本地土壤湿度数据来支持有关灌溉计划的明智决策。
用户可以配置这些系统来按需管理灌溉,例如,当特定的土地区域过于干燥并开始灌溉程序时,或者当达到特定的饱和点时,因为达到了土壤湿度水平而停止灌溉。
控制这两个设定点可通过将其与特定作物所需的土壤湿度联系起来,减少所用水量。
智能灌溉系统的另一个主要优点是,智能灌溉中的精确灌溉也能提高供水效率。
通常有四种输送方式:
表面输送、洒水、滴流和地下输送。
地面灌溉是最传统的灌溉方式,它通过灌溉沟渠分配水,让重力来完成这项工作。
洒水器像雨一样通过空气分配水,可以固定或移动。
滴灌把水很局部地扩散到地表。
地下方法埋在植物根系附近,并在地下浇水。
由于滴流系统和地下方法能够减少蒸发损失,因此通常可以节约最多的水。
预防疾病和杂草专业的滴灌系统将水专门导向每种植物的根球,而不是像典型的暴雨一样喷洒整个花园。
结果,周围的杂草种子不能发芽,所以除草的工作就更少了。
根部的水分也可以防止因树叶上的水滴而引起的叶病。
因为水不会侵袭树叶或花朵,枯萎病就没有机会繁殖。
节约用水和时间用水管或浇水可以花费大量的时间,早晚的浇水仪式带走了家庭和工作。
滴灌和喷灌系统都有定时器,可以预设为每天或每周浇水,因此您不需要监控浇水,因为定时器会在浇水完成后关闭供水。
如果灌溉系统有效的话,你的水费应该更低。
较大的院子需要很多时间手工浇水,尤其是如果你种水果和蔬菜。
根据你种的植物,它们可能需要在夏天每周浇水两次。
安装灌溉系统似乎是一项昂贵的努力,包括所涉及的劳动力,因此,我们如今使用的智能浇灌系统,不仅能够有效的减少水分的使用,而且能够让我们更加智能的进行浇灌。
2.2.3绿化植物所受到的影响
随着社会经济的不断发展,人们生活条件的不断改善,室内花卉、树木等绿色植物也渐渐受到了人们的青睐,人们可以通过种植花卉来陶冶情操,净化空气,美化家庭环境。
对植物合理的灌溉不仅仅有利于植物的生长,也是对水资源的一种高效的利用。
但是,目前这些绿化浇灌工作仍依赖于人工操作,而人工灌溉质量不能时时得到保证,这就在很大程度上影响了用于花卉浇灌的水资源的利用率。
另一方面,植物的健康成长需要外界提供一定的生长环境。
如果仅仅单一的根据种植经验和用户的直接感官来对植物进行浇灌,那么就会因不能及时或者不能精确地控制浇灌的水量使得植物生长趋于不健康的状态。
除此之外,随着现代生活节奏的不断加快,人们往往会因繁忙的工作行程而忘记及时地为花卉补充水分或者无法保证浇水的持续性,从而导致花卉枯萎的结果等等。
目前,我国在节水和智能农业上的技术主要有地下地下滴灌技术是微灌技术的典型应用形式之一,它是利用水通过地埋毛管上的灌水器缓慢的渗透到附近土壤,同时,借助毛细管作用或重力作用将水分扩散到整个农作物根层的技术。
目前该技术主要应用在大田滴灌、温室大棚、果园及绿化带等,其节水生产效益明显,可大量的节省劳力和资源。
但是其存在滴灌流量小,浇灌时间长及滴灌管行距离无法完全满足种植要求,智能化程度不高的限制条件。
虽然专家系统、智能农业系统和温室监控系统对于节能减排和提高农业系统整体的质量和生产效益有着强有力的保证,但是专家系统需要收集大量的、正确的农作物各方面的数据,建立知识涵盖广的数据库,其实用性和普适性相对较低,而对于智能农业系统和温室监控系统,则需要建立庞大和复杂的系统,成本开销大,并不适用家庭型的浇灌系统。
近几年,市场上也存在着一些自动浇灌的器件,例如利用虹吸和渗透原理,对花卉进行浇灌使得土壤始终处于湿润的状态,这样就能够保证了花卉的正常生长。
但这样的浇灌器件并不能够综合考虑影响植物生长的多种因素来对花卉进行浇灌。
除此之外,大多数的自动浇
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