智能灌溉系统初步研究与设计

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.