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智能灌溉系统初步研究与设计

2022-06-23李剑

民族文汇 2022年33期
关键词:智能设计

李剑

摘 要:农业的发展离不开灌溉,精确合理的灌溉不仅能使粮食增产,还能节约水资源。我国农业生产存在水资源短缺等现象。本文结合模糊控制技术和单片机技术,设计了智能灌溉控制系统,该系统对农作物进行合理的灌溉,提高农作物对水分的充分利用率,从而达到高产、高效、和节约水资源的目的。

关键词:智能;灌溉系统;设计

1绪论

1.1研究的目的

在过去,整个社会科学技术和经济发展缓慢,人口相对较少,对水等资源的需求较少,且人们一致认为“水取之不尽,用之不完”,由于这种观念根深蒂固,同时节约用水也只是嘴上说说,人们并未采取实际行动,这直接导致很多国家陷入缺水的困境。

在传统的农业中,灌溉都是靠个人经验,无专家或者学者指导,这也导致了很大程度上的浪费,同时由于无专业技术设备支撑,我们更无法得知土壤湿度等各方面的指标,一方面水资源浪,另一方面农作物无法更好的生长。

1.2研究的意义

我国水资源总量大,但是人均拥有量则是世界上最贫乏的国家之一[7],我国是农业大国,水资源的消耗非常巨大,但是整体利用率不高。同时我国有着严重的地域性缺水,在云南地区近几年存在着严重的缺水状况。

农业灌溉系统是一个复杂的非线性系统,实现按期、按需自动供水灌溉,从而避免人工粗放灌溉造成的水资源浪费。近年来,随着现代智能农业的发展,农业经营模式正在向集约化、大型化,智能化方向发展。

2整体方案设计

2.1整体方案设计原理

经过各阶段的全面分析,本设计智能灌溉控制系统可以由以下的几个模块构成。单片机模块(整个模块的核心系统,模块的控制核心)、显示模块、电源模块、检测模块、灌溉模块等模块。在对智能灌溉控系统的实现过程中,首先用软件进行程序编写,并进行认真检查,直到能在软件上模拟出来。之后我们在根据已画好的电路图画出焊接实物。智能灌溉控制系统采用了土壤湿度传感器检测土壤的湿度,在通过ADC转换芯片将土壤湿度转换成数字量传送至单片机,并根据内置的模糊控制规则执行灌水动作,当需要灌溉时,单片机控制电机,并根据内置的控制规则控制电机的转速;当测得的土壤湿度不在控制灌溉范围内,控制单元不动作,电机处于常态。土壤湿度的实时变化情况在显示屏上显示出来。智能灌溉控系统的总设计框图如图2-1所示:

智能灌溉系统设计的具体要求:

(1)降压电路将12v电压转换为5v;

(2)土壤湿度传感器检测出土壤湿度并根据蜂鸣器来提示是否需要灌溉;

(3)有手动模式和自动模式

(4)电机转速能根据预想的进行;

2.2 传感器的选择

传统的模拟量传感器运用电流、电压、电阻等表示被测参数的大小,可靠性差,检测数据精度不高,响应时间较慢。数字式传感器很好的弥补了模拟量传感器的不足,抗外界干扰能力强,一致性好,在工程应用领域得到了广泛的使用,大大提高了生产效率。但是本文检测的是单一的盆栽农作物根系周围土壤湿度,盆栽的土壤湿度受外界光照、土壤类型、气候条件、环境温度等因素影响不大,情况比较简单。此外,数字式土壤湿度传感器造价成本高,价格昂贵,功能全面,大多运用在科技研发、工程应用以及家电行业领域。所以选择性价比高,经济适用的模拟传感器更符合自动灌溉控制系统的要求。综合考虑,本文选用土壤湿度传感器作为土壤湿度检测模块。

2.3 控制系统的选择

科技的迅速发展,让PLC和单片机在各种领域得到了全面的應用。PLC主要用于工业自动化等领域,大都采用梯形图编程,也可以用组态软件,其特点是非常可靠。而单片机作为一种可编程集成芯片,体积小,使用简单,在一定场合配合外围电路,可以用来设计所需要的各种功能。本文是基于传感器的工作方式,采用单片机作为控制系统更为合适,因此选用STC89c54单片机作为智能灌溉控制系统的主控制器。

2.4 小结

本章节主要介绍了智能灌溉控制系统的整体方案设计,先是通过对比数字量传感器和模拟传感器,最终确定使用模拟传感器。然后确定控制系统。

3期望与总结

3.1 论文总结

智能灌溉控制系统以土壤湿度为灌溉指标,通过模糊控制算法来实现,对土壤湿度的智能控制,使得灌溉更加实时同时水资源也得到充分利用。相信以后在这方面会不断完善,使农业更加智能化,经过测试和设想的效果一样:手动模式可自行改变电机转速的档位,在自动模式下根据土壤湿度不同电机转速的档位也不同,实现了智能灌溉的效果。符合了现代农业的需求,批量生产的话,市场空间无限大。

3.2 工作展望

随着自动控制技术的迅速发展,自动灌溉控制技术正在越来越多的应用到农业的生产管理中,所以基于模糊控制的智能灌溉控制有很大的需求价值。本设计能按预期的方案予以实现,完成智能灌溉的功能。但是由于研究对象的复杂性再加上水平有限,系统的设计与实现还存在一些不足之处。

(1)仅以土壤湿度作为灌溉指标,精度不高,可以考虑环境温度,各种农作物在不同生长阶段对土壤湿度的要求。

(2)改换更精确的测量土壤湿度的传感器。

(3)灌溉面积有限,应该继续改进,进行功能扩展,将其应用到温室等其他自动灌溉控制的场合。

参考文献

[1]王文婷, 翟国亮, 郭二旺,等. 水肥一体化智能灌溉系统组成与设计[J]. 河南水利与南水北调, 2021.

[2]杨全丽, 李旭, 花元涛,等. 南疆小麦智能灌溉系统的研究与设计[J]. 现代农业科技, 2021(5):4.

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