微灌技术是当前世界上节水率最高的一种先进节水灌溉技术，包括滴灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。微灌属局部灌溉、精细灌溉，水的有效利用程度最高。但微灌的工程投资也高，一般只用于温室中水果、蔬菜、花卉等产值高、收益高的经济作物。我国微灌技术还处于初级发展阶段，即使搞了一些灌溉工程自控系统，也只是从国外引进或者是小规模的局部控制，国内开发的自动灌溉控制器目前还处于研制、试用阶段。

现代智能型控制器是进行灌溉系统田间管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于灌溉过程的科学管理、降低了操作者本身素质的要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、定时、定量、高效地给作物自动补充水分，以提高产量、质量，节水、节能。我国传统的喷、微灌技术中存在一些问题，因此，研究开发自己的先进的低成本、使用维护方便、系统功能强且扩展容易的国产化自动微灌溉控制器是一项极有意义的工作[2]。

2 微灌系统总体设计

本设计采用AT89C51单片机为自动微灌溉控制器的核心，通过传感器检测土壤水分，根据土壤含水量设置程序确定供水时间、供水量，采用预编定时程序的时间控制和根据水分信息决定灌溉指标的闭环控制两种工作方式，并能实现故障报警功能，使微灌向适时、适量、按需灌溉发展，达到节约用水、省工省时、增产增收的目的[3]。

自动灌溉控制器的设计方案如下：

（1） 自动控制器采用ATMEL公司的AT89C51系列单片机；

（2） 土壤水分测量时采用先进的HM1500电容式土壤水分传感器；

（3） 系统控制多路输出；

（4） 传感器自动闭环控制，时间控制等多种灌溉控制方式；

（5） 具有灌溉水分超出设定范围自动报警功能；

（6） 本控制器采用4位LED显示和4个按键来完成多种功能操作。

2.1 自动化微灌系统的介绍

自动化微灌系统是指利用微机技术对微灌工程的主要设备进行监视、控制以及信息处理，及时地对设备运行情况进行全面地分析和准确的判断，确保灌溉工程安全、合理和经济地运行。它由传感器、控制器和水源控制系统三大部分组成，系统的简图如图2-1所示：

图2-1  自动化微灌系统图

2.2 微灌灌水技术的简介  

植物生长过程中，水是重要溶剂，矿物养分及光合作用产物在植物体内只能以水溶液形式传输。由此可见，水与作物的生命活动有着密切的联系。近代水分生理学的研究认为，适当地水分“干、湿”交替对于促进群体的高产更为有效。因此控制土壤水分是使得农作物高产、稳产的必要措施[4]。

2.2.1 微灌灌溉制度的选定

    两个临界点的选择要依据土壤的水分特性、作物的需水特性及灌溉管理的要求确定，相当于确定农田灌溉管理用的土壤含水量上限(关闭值)和下限(开启值)。田间持水量是指土壤中毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量，当灌溉水量超过田间持水量时，只能加深土壤的湿润深度，而不可能再增加土层中含水量的百分数，它是土壤中对作物有效水的上限，可用作灌溉的上限和计算灌溉量的依据。灌水定额=（田间持水量-灌水前土壤含水量）。一般田间持水量的65%左右，可用此作物灌水的下限。用灌溉控制器闭环控制灌溉农田的土壤含水量动态变化可用图2-2描绘。