柑橘园水肥一体化滴灌自动控制装置的研制_李加念

第28卷2012年第10期5月农业工程学报

TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVol.28No.10May201291

柑橘园水肥一体化滴灌自动控制装置的研制

李加念1,2,3，洪添胜1,2,3※，冯瑞珏1,2,3，岳学军1,2,3，陈姗1,2,3

（1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州510642；2.国家柑橘产业技术体系机械研究室，

广州510642；3.华南农业大学工程学院，广州510642）摘要：为实现建设有独立水池和独立液肥池的柑橘园的水肥滴灌的自动控制，研制了一个干电池供电的水肥一体化滴灌定时控制装置。该装置通过2个电磁阀的开关操作分别控制2个池中的清水和液肥进入滴灌管网的顺序和时间，实现水肥一体化滴灌的自动控制。充分利用了休眠机制和电源管理技术，其静态电流小于11.2 A。经连续6个月的实际应用试验表明，装置运行稳定可靠，其电池电压仅从初始值9.35V下降为8.50V。该装置操作简单，既可以进行水肥一体化滴灌，又可以进行清水滴灌，还可以将多套装置进行组合实现轮灌以控制更大的灌溉面积，具有推广应用前景。关键词：灌溉，肥料，阀，自动控制，滴灌，水肥一体化，橘园doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.10.015中图分类号：S275.6；S24文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-10-0091-07李加念，洪添胜，冯瑞珏，等.柑橘园水肥一体化滴灌自动控制装置的研制[J].农业工程学报，2012，28(10)：91－97.LiJianian,HongTiansheng,FengRuijue,etal.Developmentofautomaticcontroldeviceforintegratedwaterandfertilizationdripirrigationofcitrusorchard[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(10):91－97.(inChinesewithEnglishabstract)

0引言

在柑橘生产中，灌溉和施肥的管理直接影响着柑橘的产量和品质。滴灌因具有节水节肥增产的效益，被视为发展低碳农业的有效措施之一[1]，得到了越来越广泛的应用。随着滴灌设施被列入农机购置补贴目录，越来越多的柑橘园开始采用滴灌技术进行灌溉和施肥。

由于滴灌属于低压灌水系统，目前有些山地柑橘园根据地势优势在高处建设了蓄水池，利用高度落差产生的压力将液体输送到滴灌管网中进行滴灌。根据调研知，为提高肥料的利用率，农技人员或果农通常是在此类柑橘园中建立独立的水池和肥池，并采用先灌水、后灌肥及再灌水的方式进行滴灌施肥。这种将水、肥分开滴灌的方式简单实用，但整个过程中滴灌的启停以及水、肥滴灌的时间比例的控制需要人工操作，费时费力且效率低下。因此迫切需要一种水肥滴灌自动控制装置来替代人工。

目前研制了一些智能化的灌溉施肥自动控制系统或装置[2-16]，采用电动注入泵的方式，能实时在线地精确控制施肥比例和施肥量，但由于这些柑橘园处于山地往往

收稿日期：2011-09-13

修订日期：2012-04-16

缺乏电力供应，而且多是单家独户种植与经营[17]，对成本比较敏感，制约了这些系统在此类柑橘园中推广应用。此外，李加念等[18]和洪添胜等[19]各研制了一种以电池供电的低功耗滴灌自动控制器，成本低且操作简单，但只能控制单个水池的清水滴灌或者将水和肥料溶于单个池中的水肥滴灌。为此，本文针对此类柑橘园设计一个既满足农艺要求又适合推广应用的水肥一体化滴灌自动控制装置。

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1.1

总体方案设计

基金项目：国家现代农业（柑橘）产业技术体系建设专项资金（CARS-27）；国家公益性行业（农业）科研专项经费（200903023）项目资助

作者简介：李加念（1983－），男，湖南道县人，博士生，主要从事电子信息技术及测控技术应用研究。广州广州华南农业大学工程学院，510642。Email：ljn825@163.com

※通信作者：洪添胜（1955－），男，广东梅县人，博士，教授，博士生导师，农业工程学会高级会员（E041200036S），主要从事农业工程、机电一体化和信息技术应用研究。广州广州华南农业大学工程学院，510642。Email：tshong@scau.edu.cn

设计需求

根据实地调研和分析，装置的设计应满足以下要求：1）以干电池供电，尽量提高电池的使用寿命；2）操作简单，适合果农使用，而且成本低；3）既要适用两个独立的水池或肥池的水肥一体化滴灌控制，又要适用于单个水池的滴灌控制：4）用户可现场设定滴灌的周期、滴灌时长以及启动时间，而且还可以手动控制；5）能随时了解电池电量是否充足，是否需要更换电池。1.2总体结构

根据设计需求提出了如图1所示的原理框图，电池经电源电路转换成合适的电压为电路各单元供电；人机交互单元用来设定滴灌的控制功能及参数；电量检测电路用来检测电池是否有足够的电量；2个电磁阀分别用来控制清水管道的通断和液肥管道的通断；单片机选用TI公司的超低功耗的MSP430F2132单片机，内部集成有10位的ADC（analogtodigitalconverter）转换器，其工作电压为1.8～3.6V，1MHz全速运行时电流为250 A，工作在以32768Hz晶振为时钟源的LPM3休眠模式时电流为0.8μA。控制器根据人机交互单元的设定，通过控制

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