华北理工大学 建筑工程学院 给排水科学与工程 唐山 063210
摘要：水资源缺乏而绿化用水量增加严重制约了校园园林绿化的发展，节水灌溉是促进和保持园林可持续发展的重要途径。根据测水仪的原理和作物灌水与土壤水分分布的特点，提出了一套校园绿化自动控制节水喷灌系统的设计方案。
关键词：节水灌溉 智能喷灌
引言
目前全国大多数高校仍沿用传统型灌溉方式，存在以下弊端：第一，现有的灌溉系统无法实现自动化控制，少数能实现自动化控制的其控制方式也较单一，无法实现与现有多种智能通信设备相结合，浪费时间和人力；第二，已有的自动化灌溉控制系统尚且没有与校园现有的灌溉设备进行结合；第三，管理、维护费用高。为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种基于环境反馈控制的校园绿化带自动灌溉系统[1]。
1校园智能喷灌系统背景
校园的绿化建设不同于其他文化性、商业性的绿化，也不同于一般的居住区绿化，高校校园的绿化规划建设是承载高校的人文历史，是大学生接受知识的场所，典雅、庄重、自然、朴素应该是其本质特征。我们主要通过对华北理工大学新校区绿化建设进行现场调查实测，并在文中提出相应的改进建议。
华北理工大学位于唐山市曹妃甸唐山湾生态城，占地4500余亩建筑面积100万平方米，土质以沙为主，土质的特殊性也就决定了植被需水的特殊性。现华北理工大学校园绿化主要以人为控制喷灌为主，人工水管浇灌为辅，人为喷灌的喷灌时间存在着较大问题，常常连夜浇灌，大量水并未被利用，而是流到甬道、墙壁；人工水管浇灌方式，耗费大量人力、物力、财力，最终也难以达到校园绿化节能减排的目标。
根据我们校园的现状，综合其他院校喷灌系统，我们设计出校园智能绿化喷灌系统，实时监测土壤情况，植被缺水情况下喷灌系统自动启动，对校园绿化进行喷灌，到达适宜条件下自动关闭，从而达到水资源的节约和合理利用[2]。
2系统设计概述
2.1总体思路
为了实现上述研究内容，我们实验准备步骤如下：进行文献资料的查阅、调查华北理工大学校园土质情况地质条件等，进行数据整理和分析；寻找研究合适的土壤干湿情况监测仪，对华北理工大学新校园实施土质检测；研发相关软件，连接所用的土壤干湿检测仪，进行数据的采集和分析，对相应的情况发出相应的命令即开始喷灌和停止喷灌；对此系统进行性能及稳定性测试，先安装在我校部分绿化区域进行试用，对反馈数据进行整理分析，对系统进一步完善；将完善后的校园智能绿化喷灌系统在各高校大范围推广并申请相关专利。
2.2设计理念
进行校园智能绿化喷灌的目的在于改善校园的传统喷灌对水资源造成大量浪费的现象，对水资源进行合理的应用。充分发挥此系统的综合效益，对于促进学校建设文明校园具有十分重要的意义[3]。校园智能绿化喷灌系统应遵循以下原则：
①智能喷灌系统作为改善校园水资源利用的重要组成部分，应该纳入校园总体规划之中。
②校园智能绿化系统的设计应遵循为教学服务的宗旨，坚持实用、经济、美观的原则。
③要充分利用校园原有的地形、植被、水体等自然条件，与校园的文化建设有机地结合起来，形成特有的风格。
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④校园智能绿化喷灌系统实施最根本的原则就是节约水资源，避免不必要的浪费，水资源的合理利用。
3与传统自动灌溉系统对比
3.1自动灌溉控制系统
自动灌溉控制系统是将计算机技术、检测技术、传感技术、通讯技术、灌溉节水技术、施肥技术、农作物栽培技术及节水灌溉工程的运行管理技术有机结合起来，通过计算机通用化和模块化的设计程序，构筑成集土壤水分、作物生长信息和气象等资料为一体的自动监测系统，并依据监测设备回传的检测结果来决定灌溉量与灌溉时间的自动调控系统。此自动化喷灌系统尽管是一种先进的节水高效灌溉技术，但也有一定的适宜范围[4]。我国幅员广阔，各地自然条件、经济条件和管理水平都差别较大，必须按照喷灌技术的适宜范围，按经济规律办事，因地制宜地发展喷灌技术和选择最佳的喷灌方式。
3.2校园绿化智能灌溉系统
基于土壤条件反馈控制的校园绿化自动灌溉系统，包括控制台和执行装置，还包括控制终端、土壤条件感应终端和传感器，所述的控制终端双向通信连接控制台并对其控制台发出指令、接收控制台信息，所述的控制台通信连接执行装置并控制执行装置执行灌溉，传感器通信连接土壤条件感应终端并将感应信号传送给土壤条件感应终端，土壤条件感应终端双向通信连接控制台并接收土壤条件终端的土壤信号。
其中，控制终端为安装有上位机软件计算机或者为安装有智能手机软件客户端的手机，通过无线网络传输模块或者短信发送模块实现通信。控制台由32位ARM单片机作为主控芯片，利用PID算法根据终端采集到的信息对环境进行自动控制。土壤条件感应终端采用51单片机，采集并简单处理环境信息以向控制台传输，控制台可与不同数量的土壤条件感应终端组网。
4设计优势及必要性
校园绿化灌溉系统存在着明显的优势，第一，实现由网络、手机短信等多种方式与智能手机、计算机等设备相连，进行设备的控制与实时监测，并设计配备专门的计算机监测软件及手机客户端，可以实现人为干预；第二，实现与灌溉管网的结合，无需大规模更换灌溉设备，从而达到节约资金，节能环保，易于推广有灌的目的；第三，校园绿化智能喷灌系统符合当今节能减排的社会要求，同时还可为学校节约大量的人力物力财力，是当今社会较为推崇的一种方式。
在校园绿化设计中，往往利用植物多元化来增加绿化带的层次感和美感，使得在同一块绿地上同时种有树木、花卉以及草皮等多种植物，不同植物以及同种植物的不同生长时期需水量不同，传统的人工浇灌或摇臂式喷头灌溉方法无法满足现代校园的这些灌溉要求，产生了诸多问题：例如现有的灌溉系统无法实现自动化控制，少数能实现自动化控制的其控制方式也较单一，无法实现与现有多种智能通信设备相结合，浪费时间和人力；已有的自动化灌溉控制系统尚且没有与校园现有的灌溉设备进行结合；管理、维护费用高；管网容易破裂造成漏，灌水时无人开阀、不该灌时又无人关阀，浪费水资源或不能满足植物的水需求，无法使灌溉的水量与植物生长需求相配合等问题。因此，灌溉系统急需改进，它不仅仅是一个单项工程，而是一个需要多方面协调的系统工程，需要方方面面的共同努力才能实现预定的目标。
5总结
节约用水是实施可持续发展战略的重要措施，我们应努力创建节水型城市，实施可持续发展，所提出的校园绿化智能喷灌系统就完全符合这一战略。校园绿化智能喷灌系统，不仅符合国家发展战略的要求，而且可以为学校节省大量的人力物力财力，是当今社会较为推崇的一种方式，有较为可观的发展前景。
参考文献：
[1]兰萍，袁志朋，刘旭光，刘洪春，顿珠.基于61单片机农牧区新能源智能喷灌系统设计与实现[J].电子设计工程，2015，23（16）：144-145+148.
[2]肖传晶，田海清，刘海洋，宗哲英.基于模糊决策的温室喷灌控制系统仿真研究[J].中国农机化学报，2014，35（02）：254-258.
[3]张磊，杜哓岚，兰羽.一种小型智能高效节水喷灌系统设计[J].机械与电子，2015（09）：60-62.
[4]谷立国.水利工程喷灌技术存在的问题及改进措施[J].中外企业家，2015（15）：198.
论文作者:王新玲,张韫,马重阳,董昭才
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/17
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