我國人均水資源短缺，尤其是農業灌溉用水，地域性分布極其不均，大力發展農田灌溉節能節水控制系統是目前我國農業灌溉急需攻克的關鍵性課題。隨著計算機技術以及工業自動化技術的進步，越來越多的自動控制系統應用在農田灌溉方面。這些自動化灌溉技術較多地應用于農田廣闊的地區，通常耕地分塊不一，或零散或集中，設備的工作條件、工作環境有較大波動。當前，我國應用的農業灌溉自動化系統多為進口，這些系統功能十分全面，適用性比較廣泛，但是價格太高，多數地區無力承擔，無法大范圍推廣。
針對我國農業灌溉的國情，許多學者對開發適合我國應用的農田自動灌溉系統這一課題表現出了濃厚的興趣，并取得了一系列成果。本文主要就目前研究較多的基于可編程邏輯控制器\\( PLC\\) 的智能系統、基于單片機的智能節水灌溉系統，以及手機短信\\( SMS\\)遠程控制灌溉系統的原理和硬件選擇進行了討論。
1 基于 PLC 的農田智能灌溉系統
作為智能灌溉控制系統的三大類控制核心之一的PLC，與單片機和工控機相比具有其特殊優勢。PLC 較之單片機，具有穩定性良好的特點，較之工控機又具有較高的普及性，同時還具有單片機低成本、高靈活性的特點，目前在智能灌溉系統中應用較多。
1. 1 基于 PLC 的智能灌溉系統工作流程
該系統采用模糊控制的理論模型來實現對系統的控制，該模型對于農作物需水量的推理比較可信。硬件系統采用 DCS 系統，以日本某公司 PLC 產品作為下位機，輸入點與輸出點一一對應，共計 24 對，采用 24V直流電源供電，傳感器為國內某公司 S302H 形濕度傳感器。系統數據處理過程為: 由鋪設在田間的多組傳感器采集濕度信號，經模數轉換之后進入 PLC 系統，并通過上位 PC 機實現對數據的批量處理、儲存以及模糊模型的模擬，進而對采集到的數據進行圖形化處理和顯示工作等，最后將模擬結果作為控制指令通過下位機對灌溉系統實現控制。該控制主要利用光電效應對灌溉硬件系統的電磁閥以及灌溉管道進行管理。
1. 2 控制軟件的設計
對該 DCS 系統的控制由兩部分實現，第一部分是對上位機實現控制，采用 VB 語言設計，主要功能為實現大量數據的保存以及相應參數的實時監控; 第二部分為下位機控制軟件，由下位機生產公司提供的 FXGP_WIN_C 梯形圖編程語言完成軟件開發。上位機和下位機之間的通信軟件采用 VB 語言開發。
1. 3 模糊控制模型特點
模糊控制模型主要以土壤相對濕度及含水率的變化作為控制系統的激勵信號，利用模糊控制原理建立灌水需求量的預測模型，并通過下位機實現對灌溉系統中電磁閥的遠程控制。仿真實驗結果表明，該系統應用模糊控制模型可實現快速計算作物需水量，并對多種作物建立需水量模型，有效實現不同環境下農田灌溉的智能控制。
2 基于單片機的智能控制系統
該系統基于 16 位單片機進行設計，主要對以下幾個方面進行針對性改進: \ue591大功率電動機的軟啟動以及軟停止控制方式; \ue592低壓條件下無功補償策略; \ue593實現對多用戶灌溉系統的控制。
2. 1 創新設計說明
電動機軟啟動與軟停止可有效防止電機突停突起給電網帶來的沖擊，降低電網故障的可能性，保證農田灌溉的順利進行。該設計軟啟動模塊設計中，在電源以及大功率電動機的轉子間加入調壓模塊，該模塊采用 MJSY-QKJL\\( 三相反并聯晶閘管\\) ，可將檢測到的電壓信號與基準值進行比較，確定啟動方式并調整晶閘管導通角進行輸出電壓的控制，使電動機轉速逐漸變化，以達到軟啟動和軟停止的目的。
2. 2 實現策略
大功率電動機的軟啟動通常采用兩種方式，即限流啟動與限壓啟動。以限壓啟動為例，限壓啟動一般采用電壓負反饋閉環控制策略實現，調壓模塊中輸入電壓為直流電壓，與電動機運行中的交流電壓成復雜的非線性關系，需對其進行分段分析，輸出兩者比值，直到達到額定電壓值。此時，三相開關旁路，電動機并網運行，實現限壓軟啟動。
在電動機負載不準突降為零必須緩慢下降的工況中，電動機應當采取軟停止。該策略的實現主要依靠三相晶閘管的導通角逐漸減小，使電動機輸入電壓緩慢降低至零，在一段時間內實現電動機的軟停止，避免水擊。
無功補償設計主要依靠電能計量芯片，對無功功率、有功功率、三相電機無功電能完成測量并根據各自的功率因數，確定控制策略，完成相對應電容的接入以及移除，實現末端的低壓段無功補償過程。
3 手機短信\\( SMS\\) 遠程控制灌溉系統
該控制系統主要借助無線通信方式，采用短信對灌溉系統進行遠程控制，基本模式為手機短信可實時查詢農田濕度以及含水率等參數，并分析該參數是否滿足灌溉要求，通過手機短信完成指令發送，進行農田灌溉活動。
3. 1 系統構成
由下圖可知，該系統主要構成為: 在田間鋪設一定數量土壤溫度、濕度傳感器，空氣溫度、濕度傳感器在采集相關信息后進行模數轉換，并通過下位單片機傳輸至上位服務器，這些數據經過上位服務器處理后，得出分析結果，用戶可通過手機、固話或個人 PC 進行查詢，并通過無線數據傳輸模塊對服務器下達指令。單片機實時監控上位服務器的指令發送情況，以完成對電磁閥的控制，實現農田灌溉。
3. 2 系統主要技術
該系統可供農民對農田灌溉實現遠程操控，主要包括的技術有遠程短信控制客戶端，該客戶端主要用于將用戶命令以及用戶 ID 轉換為控制下位單片機的二進制代碼以及將服務器傳來的信息轉換為 PDU 串，供用戶手機接收使用; 無線數據傳輸技術設計與短信文本算法設計，該技術基于 GSM 通信技術，利用 PDU短信格式可發送中英雙語短信，便于用戶控制和使用;遠程傳輸協議，該協議主要完成短信的接收和發送用戶控制指令、完成農田數據信息的傳輸功能。
3. 3 系統特點
該系統利用短信進行遠程操控，有效降低了現場管理的人員成本投入，同時優秀的 GSM 系統可有效地防止信號干擾，實現數據的準確傳輸。另外，由于該系統客戶端基于 Windows 系統開發，因此可以在控制系統以及指令發送方面具備簡單易行的特點，用戶無需具備太多專業知識即可實現對該智能灌溉系統的控制。該控制系統具有足夠大的儲存空間，可常年運行;可集成遠程視頻監控，監測田間情況; 還可構建基于Internet 的本地服務器，實現農田灌溉的網絡管理。
4 結 語
本文主要介紹了我國學者在研究智能農田灌溉控制系統這一課題過程中的三種成果，通過以上分析可知，三種方法各具特點，適用范圍不同，可在不同地區針對不同作物進行推廣使用。大力發展智能控制灌溉系統不僅可以減少大量人力的投入，還可對農田實現科學灌溉，實現節能節水的戰略目標，對于保證我國農田生產和優化水利條件具有十分重要的作用。
參考文獻
［1］ 張兵，黃文生，王榮． 基于可編程邏輯控制器的智能化灌溉控制系統研究［J］． 江蘇農業科學，2013，41\\( 6\\) : 374 －376．
［2］ 張水利． 集散型智能節水灌溉控制系統的設計與實現［D］． 青島: 中國海洋大學，2008．
［3］ 姜吉順，張亮，趙艷雷． 農田灌溉節能節水智能控制系統的研究［J］． 中國農村水利水電，2013\\( 5\\) ．
［4］ 霍戰鵬，魏正英，張夢，席貞強． 手機短信遠程控制灌溉系統［J］． 西安交通大學學報，2012. 10\\( 10\\).
