智能农业管理系统论文

现代化智能灌溉技术推广困难与发展方向论文

在学习、工作中，大家都接触过论文吧，通过论文写作可以培养我们独立思考和创新的能力。那么，怎么去写论文呢？以下是我为大家整理的现代化智能灌溉技术推广困难与发展方向论文，仅供参考，大家一起来看看吧。

摘要： 本文阐述了农业灌溉技术的现状和发展方向，对物联网、无线传感器、大数据以及智能感知等人工智能技术与灌溉技术相结合，实现农业灌溉的智能化、规模化管理，以及农业生产的灌溉环节面临的困难和挑战做出了深入的分析，对农业生产的智能化有一定的参考意义。

关键词： 智能灌溉；传感器；无线；物联网；大数据；

农业是社会生产和生活的基础。随着科技的发展，各项技术不断应用到农业生产中，“智慧农业”以智能感知、物联网、大数据和机器学习为依托，逐渐成为现代农业建设的主方向。

水资源的储备和利用技术与现代农业的发展休戚相关，水资源的不合理利用，甚至浪费，成为农业现代化发展的瓶颈。另外，水资源的地域分布不均和季节分布不均，干旱缺水与水资源短缺已成为制约现代农业可持续发展的重要因素。一方面是水资源严重不足，一方面是不科学的灌溉方式，这不仅造成了水资源的浪费，更加剧了水资源的短缺。另一方面，气候变化及其影响也是现代化智能灌溉要面临的挑战。气候变化会导致水质的下降，水和土壤盐分的增加，进而加大灌溉需求，最终导致农业生产成本的提高。

农业智能化灌溉技术通过基于无线传感器技术的物联网技术、云计算技术、大数据技术以及人工智能技术等，集智能感知、智能预报、智能决策、智能分析为一体，为农业生产灌溉提供智能预测与决策方案，达到精确化灌溉的目的，是高品质农作物产品生产的重要一环。

因此，发展农业智能化灌溉技术，实施旨在改善水资源管理的技术创新，实现水资源的合理利用，同时，能够实施水肥一体的灌溉技术的革新，在大幅减少灌溉水用量的同时，能够降低农作物生产成本，提高作物的产量和质量，是目前我国农作物生产的一个战略目标。

1、我国农业灌溉技术的现状

灌溉行业发展迅速，在欧美发达国家已经有了成熟的应用。以滴灌、喷灌为主的水肥一体化灌溉模式在国外已经非常普及，但国内，农业生产企业总体上对于水肥一体化的认知程度还是不够。

我国大部分地区，特别是北部地区，由于干旱气候决定的资源性缺水比较严重，而中部地区则同时面临着严重的水质性缺水和资源性缺水。即使是南方地区，也存在季节性缺水的情况，给农业生产发展带来了阻碍。同时，气候环境、温室效应等因素也使得水资源的供需矛盾日渐显现，在一定程度限制了这些地区的经济发展和繁荣。

目前，农业生产灌溉技术主要采取滴灌、喷灌、微灌等节水灌溉措施，虽然相对于大水漫灌而言，已经实现了较高的效率，但从综合效果看，还无法根据农作物的生产环节进行按需灌溉，精细化程度远未满足当下生产的需要。公开资料显示，生产一公斤粮食耗水量高达800公斤，相对于先进国家，生产一公斤粮食耗水量约为500公斤，差距还是很明显。

传感器的兴起使农业生产更加精准和安全，比如，现在许多灌溉公司正在开发跟气候环境、土壤环境相关的传感器技术，通过物联网技术，来实现对农业灌溉的精细化管理和控制，但目前，特别是国内，对这些技术的应用，还处于探索初级阶段。

为了全面实现我国农业高效灌溉系统的建设，必须要大力推广基于物联网结合无线传感器技术的农业灌溉应用，建立基于物联网和传感器等新技术基础上的节水灌溉体系。

2、实施基于无线传感器的智能化物联网灌溉技术的意义

实施基于无线传感器的智能化物联网灌溉技术，为实现我国从传统农业向现代化、集约化、规模化农业发展提供了一个强有力的.技术支持，是解决我国农业灌溉作业中水资源短缺问题的最佳途径。

农业生产中，灌溉环节是最为重要、也是人力成本花费较高的环节。智能化物联网灌溉技术的应用，不仅能够节约灌溉用水，还能够最大化降低人力成本。

实施基于无线传感器的智能化物联网灌溉技术，能够对植物生长的各个环节进行精细化的监控，提高作物产量；另外，结合水肥一体灌溉技术的应用，还有利于提高和改善农作物的品质和产量，达到增产增收的效果。

实施基于无线传感器的智能化物联网灌溉技术，能够实现灌溉的自动控制、远程控制，减少人为操作的盲目性与随意性，提升农业灌溉的综合管理水平，改变原先粗放式的灌溉模式，全面提高农业生产的效率，为规模化、集约化农业生产奠定基础，有效地缓解我国灌溉水资源紧缺的问题。

综上所述，基于无线传感器的智能化物联网灌溉技术，必然成为今后农业智能化灌溉发展的趋势。

3、现代化智能灌溉技术推广的困难

商业型智能灌溉设备系统成本高昂，中小农业商户承担不起费用，无法使用智能灌溉系统，比如：典型商业传感器非常昂贵，因此提供可连接到节点的低成本传感器用于灌溉管理和农业监控系统，成为推广智能灌溉的一个挑战。

不同土壤类型和土地所需的灌溉水量不同，如果没有因地制宜地实施灌溉方案，使用过多或过少的水量都有可能造成产量损失或质量达不到要求。在过多灌溉的情况下，径流会导致营养物的流失以及水资源的浪费；水量过少，无法满足农作物生长需求。使用智能灌溉调度系统可以帮助用户确定最佳的灌溉方案，有效提高生产力并减少这些不利的环境影响，也是农业灌溉智能化地必要途径，由于前期需要高投入，农民地积极性很难被调动，致使新技术的实施进展缓慢。

基于物联网和无线传感器的智能灌溉技术，涵盖了农业科学，电子科学，计算机信息科学，环境科学等多学科技术，比如，不同类别的的作物对土壤环境和温湿度环境的要求是不同的、地下根部分和地上茎叶部分对水分要求也不同，有的作物的价值在根部，有的作物价值在叶部，因此，就需要灌溉系统根据不同的要求采用不同的灌溉方式。因此，智能化灌溉技术的实施，有比较高的挑战。

4、现代化智能灌溉技术的发展方向

基于物联网和无线传感器等智能感知技术的现代智能灌溉技术，利用无线传感器技术，采集土壤的温度、湿度、酸碱度以及土壤的水分含量、二氧化碳浓度等土壤墒情信息，结合气候环境传感器采集的温湿度、光照强度等环境信息，实时监测周围环境的变化，甚至能够监测到作物表面的水分等作物生理信息，并通过物联网无线通讯网络，将采集的原始信息传送到云端数据中心进行处理、存储，实现信息互通与共享。再通过大数据技术对这些信息进行综合对比分析，根据分析结果对灌溉实行智能化的判断，制定出最适宜作物生长的灌溉方案，根据需要实时、自动驱动相应的灌溉设备，对农作物实施智能化、精细化的灌溉，灌溉阶段完成后，作物生长监控系统可以对灌溉结果进行对比分析，提供更合理的灌溉调整方案，形成闭环，最大化减少人工干预，使得各功能模块达到互相协作的目的，有效帮助农业生产者计划和管理灌溉的时间、灌溉的频率和用水量，将作物生长需要的水分和土肥环境调整到最优状态，减少水的浪费，节约生产成本，并最大程度地减少过量灌溉，从而确保灌溉的准确性与高效性。另外，通过土壤传感器对土壤成分的分析，进行灌溉系统施肥操作，实现水肥一体的灌溉作业，是现代化智能灌溉技术的发展方向之一。

随着农业物联网平台的建设的不断推进，结合气候预报信息和相关传感器收集的气候信息，对可能发生的气候灾害采取预防性措施，例如：针对干旱气候，可以提前布局，储蓄水量，以备干旱来临，有充足用水，实施预防性灌溉，提高农作物抵抗灾害的能力。

综上所述，构建一个多功能，高效率、低能耗的基于智能灌溉技术的节水灌溉平台具有十分重要的意义，也是未来物联网智能化灌溉发展的必然趋势。总之，随着科技的发展，新的技术不断出现，智能灌溉技术融合到农业生产的整个过程，形成完整的闭环系统，不断提升农业生产管理水平，是现代化智能灌溉技术发展总的方向。

5、结论

物联网结合无线传感器技术作为新一代信息化技术的高度集成与综合性应用，已经成为了当今科技发展的战略发展方向之一。我国农业生产规模的不断扩大和农业发展的需要，水资源管理至关重要。物联网与农业的相结合，为农业信息化技术与农业产业的发展，提供了新的机遇和挑战，同时农业生产也为互联网技术提供了一个广阔的应用平台，尤其是智能灌溉技术的应用，可以直接有效地解决当前农业发展中遇到的问题，为农业的现代化进程提供强劲的动力，实现高效的精准化灌溉，全面提高农业生产效率。

建设我国农业高效智能化灌溉体系，必须要大力推广基于物联网结合无线传感器技术的农业灌溉应用，以提高农业生产效率和水资源的利用率，保证粮食生产和消费用水的充足和节约。

6、参考文献

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基于PLC的智能温室控制系统的设计摘要：温室环境系统是一个非线性、时变、滞后复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动态性能。根据温室环境控制的特点，设计了一个基于PLC的智能温室控制系统。关键谝：PLC；智能控制：温室控制智能温室系统是近年逐步发展起来的一种资源节约型高效设施农业技术。本文在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，对温室温度、湿度、CO，浓度和光照等环境因子控制技术进行研究，设计了一种基于PLC的智能温室控制系统。1智能温室控制算法的研究1．1温室环境的主要特点温室环境系统是一个复杂的大系统，建立精确的控制模型很难实现。由于作物对环境各气候因子的要求并不是特别的精确，而是一个模糊区间，比如作物对温度的要求，只要温度在某一时间段在某一区间内，该作物就能很好地生长，因此，也没有必要将各种参数进行精确控制。温室气候环境作为计算机控制系统的控制对象，有以下特点：非线性系统、分布参数系统、时变系统、时延系统、多变量藕合系统。1．2智能温室控制对象微分方程智能温室温度微分方程为：式中，为智能温室的放大系数；为智能温室的时间常数；为智能温室内外干扰热量换算成送风温度的变化量；为智能恒温室室内温度。2系统总体结构与硬件设计2．1系统总体结构2．1．1控制系统设计目标温室控制系统是依据室内外装设的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO，传感器、室外气象站等采集或观测的温室内的室内外的温度、湿度、光照强度、CO，浓度等环境参数信息，通过控制设备对温室保温被、通风窗、遮阳网、喷滴灌等驱动／执行机构的控制，对温室环境气候和灌溉施肥进行调节控制以达到栽培作物生长发育的需要，为作物生长发育提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。2．1．2控制模式以时间为基准的变温管理。根据一天中时间的变化实行变温管理，根据作物的生长需要将l天分成4个时间段，4个时间段中根据不同的控温要求对温室进行控制。1天中4个时间段的分段方法用户可以灵活的更改，而且4个时间段中的温度设定值用户也可以设定修改。不同季节的控制模式不同，只是自动控制系统启动的调节机构不相同，但不同季节的控制目的是相同的，即将环境参数调控到设定的参数附近。随着季节的变化，以及随作物生长阶段的变化，各时间段所需要的温度也是变化的，这时可通过修改设定温度值来调整温室的温度控制目标。2．1-3控制方案本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对温室的自动控制，提高设备运行的可靠性。在运行时可通过按钮对这两种控制方式进行切换。手动控制简单可靠，由继电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。自动控制模式采用计算机自动控制。通过传感器对环境因子进行监测，并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发出信号自动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因子控制在设定的范围内。其运行成本较低，可大大节约劳动力，降低劳动者的劳动强度。2．2系统的硬件组成为了实现智能温室的环境监控，本设计建立了温室环境控制参数的长时间在线计算机自动控制系统。实现了温室内温度、湿度、CO，浓度、光照强度等参数的长期监测。并可根据智能温室温湿度的需求，对天窗、侧窗、降温湿风扇、风机、湿帘、内外遮阳网等设备自动控制。采用计算机作为上位机安装有组态t6．02监控软件，能将数据汇总、显示、记录、自动形成数据库，并实现了温室调控设备的自动设置与远程监控。为了确保系统的可靠性，温室设备的控制采用手动／自动切换方式，即在某些特殊情况下系统可以切换成手动，使用灵活方便。3系统的软件设计3．1温室控制系统PLC软件的设计根据基本要求和技术要求列出以下几点：(1)防止接点误动作：可利用自锁电路加以解决；(2)系统自诊断功能：PIG本身具有此项功能；(3)风机控制：温室设有一组风机，能同时启动与停止，当温室内的温度超出预定值时，受PLC的控制先是4个侧窗自动打开，延时5s后风机启动，再延时5s后湿帘水泵启动，从而使温室的温度降低；(4)侧窗控制：温室中设有4个侧窗，侧窗受电机控制，通过电机限位的设定来控制侧窗行程。解决方法类似上一点，但考虑到程序的精炼性，可配合PGI的中断功能命令加以解决；(5)系统自动／手动控制：可利用一个开关量作为PLC的输入信号，实现控制程序的转换；(6)湿帘泵控制；(7)遮阳网控制；(8)CO，补气(控制；(9)补光灯控制；(1O)可扩展性：在PLC中预留一定的存储空间和端口即可解决。3．2控制系统软件设计系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的控制是通过PLC发出开关指令，通过交流接触器控制相关机构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度，能够把温室内的扰动快速反应出来，同时由于温室较大的传递滞后，执行机构动作频繁，从而影响使用寿命。为此，在程序中加有时间可调的延时模块，使用时可根据具体情况调整延时，使控制效果达到最佳。3．3系统的组态监控软件的设计组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包。其主要功能如下：(1)远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温室的当前状态，包摇‘户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信号、室内温度、室内湿度、控制器温度、三组独立通风窗的位置和开关状态、内外遮阳幕的位置和开关状态以及一级二级风扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、C0，补气阀、水暖三通阀的状态和多种形式的报警监视，还能监视各灌溉阀的照强度、风速、室内温度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全月的、全周的、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。(3)温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温度、目标湿度和室内湿度，并能打印输出。(4)远程设定功能。可以通过通讯线远程修改可编程控制器的全部设定参数。(5)生成曲线图功能。它能以平面图或立体图的方式同时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内温度、目标湿度、室内湿度、CO，浓度、水暖温度等全年的、全月的、全周的、全日的变化曲线并打印输出。4结语本文通过分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影响，将可编程控制技术、变频技术、组态监控技术和传感器技术应用于温室控制系统的设计，开发了基于PLC的智能温室控制系统。圜状态(2)数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光[2]。它可以统计任意时刻的户外温度、光14O[参考文献】邓璐娟，张侃谕，龚幼民．智能控制技术在农业工程中的应用．现代化农业，2003(12)：1～3申茂向等．荷兰设施农业的考察与中国工厂化农业建设的思考．农业工程学报，2000，16(5)