农业电气自动化中智能控制仪表系统的应用

文/韩亮 滨州市杰润低碳节能工程咨询有限公司 山东滨州 256600

随着科学技术的发展，微电子技术和计算机技术也在飞速发展，这导致了传统仪器结构的根本性变革。我们利用计算机技术和仪器检测技术将这些元素有机地结合起来，从而形成了新一代的智能仪器。该智能仪器软件系统不仅解决了传统仪器难以解决的问题，而且简化了仪器电路，提高了仪器的可靠性，使得实现高性能、高精度变得容易。随着世界的变化和科学技术的进一步发展，智能仪表的智能化程度必将越来越高，农业作为民生之本，将不可避免地加入到社会进步的洪流中去。

1、智能仪表系统的工作原理

智能仪表系统要想在农业电气自动化中达到彻底的应用，有关人员必须对其工作原理完全了解，依据其工作原理，将其恰到好处的应用在农业中。传感器是智能仪表系统的一个组成部分，可以说是系统的核心。传感器采集被测参数的信息，并将其转换为电信号，经过滤波去除干扰，然后发送到多通道模拟开关。模拟开关由单片机选通，输入通道的信号逐个送至程控增益放大器，放大后的信号由A/D转换器转换为相应的脉冲信号送至单片机。MCU根据仪器设定的初始值进行相应的数据计算和处理。操作结果转换为相应的显示和打印数据，同时，MCU将操作结果存储在芯片或EEPROM(Electrical Erasable Memory，针对存储器中的设置参数进行比较，然后根据操作结果和控制要求输出相应的控制信号。

2、智能仪表系统的功能优势

2.1 能够进行自动化操作

智能仪表系统应用在农业中，使得农业生产逐渐的摆脱了人类劳动，农户可以从土地中解放出来，去从事其他方面的工作。农业自动化是现代化的典型标志，因此智能仪表系统的应用是我国农业走向现代化的重要表现。智能仪表系统每一个测量环节，都是微控制器进行操作，因此每个测量环节都是自动化。

2.2 能够进行自测

智能仪表系统的自测功能有比较多，比如能够自动凋零、自动诊断、自动检验等。如果系统出现了异常情况，系统会进行自动检测，将故障部位查找出来，如果系统十分高级，甚至能够诊断出故障原因。此种功能可以在仪表启动时就发挥作用，在仪表运行过程中也能够发挥作用，因此不必再派专门的人员进行监控。系统运行期间发生故障，自会发出警报，诊断出故障部位，这对检查人员来说，十分方便。

2.3 能够进行数据处理

这是智能仪表系统最为显著的特点。因为绝大多数智能仪表系统应用的是单片机或者是微控制器，这样如果某些问题硬件逻辑难以解决，软件系统可以解决。比如数字万用表基本不具备处理数据功能，只能进行电流、电压测量，而智能仪表系统中的万能表，除了能够测量数据外，还能够对测量结果进行数据处理，比如取平均值、统计分等。这使得用户不必为自己进行数据处理，同时也确保仪器测量精度。

2.4 能够进行人际对话

智能仪表系统能够进行人机对话，这使得人们只要输入相关的数据信息，就能够找到相应的信息，以便能够及时采取对策。智能仪表系统应用的是键盘，其与传统的切换开关相比，更加的方便灵活，工作人员只需要掌握键盘输入命令，即可进行测量。另外，智能仪表系统还能够将数据信息处理结果报告给操作人员，操作人员通过显示屏即可了解数据信息，这样仪表操作不仅方便，还具有直观性。

2.5 能够进行可程控操作

由于这一功能，它受到了广大农业科研人员的欢迎。大多数现代智能仪表系统都具有GPIB、RS485等通信接口，可以与PC机或其他仪表连接形成完整的测量系统，该系统更完整，可以测试复杂的任务。

3、智能仪表系统在农业中的应用

仪器内装有GPS全球定位装置，可准确确定试验点的方位（经纬度）和高度。在土壤方面，可准确测定土壤中氮、磷、钾和有机质的含量，并可测定土壤的pH值、盐（电导）、其他微量元素和形成温度。现场测定体积含水量，并对肥料进行试验。在水质测试中，可以测试水中的溶解氧、水的浊度、温度、pH值和水的导电率。此外，测量点空气的温度和湿度的实时在线监测是可能的。该仪器是数字化智能仪器，不仅可以设置操作菜单、数据存储和打印，还可以与计算机连接，以满足用户对被测对象数据的测试、记录和存储的要求，是土壤肥力站、农业科研院所和有关农业环境监测部门的首选仪器之一。

4、智能仪表系统的优化

4.1 测量精度的提高

在智能仪表设计时，以测量精度作为主要的参数之一，为了提高仪表的测量精度，一般除了选择性能好和精度高的元器件外，同时也可以利用微处理器对测量数据进行加工与处理，以减少测量过程中产生的随机误差和系统误差。

4.2 系统的低功耗设计

高效率，低耗能是每个仪器的最终目标。智能仪表系统的低功耗设计是系统优化设计的一个重要方面。在低功耗设计时，应重点考虑以下几个方面：一是可选用CMOS集成电路，这是由于CMOS电路具有功耗低、抗干扰能力强和工作温度范围宽等特点；二是系统功耗和系统供电电压存在着一定的关系，一般来说，供电电压越高，系统功耗越大，因此低功耗单片微机系统应尽量采用低电压供电，这样既能减少系统功耗，又有利于电池供电。

总结：

综上所述，研究智能仪表系统在农业电气自动化中的应用是十分必要的。农业作为我国第一大产业，直接关系到我国国民经济的发展和农民的生活水平。智能化仪表系统在农业上的应用，能够尽快促进我国农业的现代化。虽然该系统目前还不完善，甚至存在许多缺点，但它在农业电气自动化中的应用是农业发展的必然。随着社会的发展，智能仪器系统将成为农民日常生活中不可缺少的设备，也是我国农业科研人员研究的重点。