摘要：文章就設(shè)施農(nóng)業(yè)中灌溉技術(shù)的問題研究了以單片機(jī)為核心進(jìn)行控制的智能灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對(duì)灌溉土壤的參量，如濕度、溫度、光照強(qiáng)度等因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)要求進(jìn)行適時(shí)、適量灌溉，系統(tǒng)具有性價(jià)比高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能控制；灌溉；信號(hào)采集

中圖分類號(hào)：S277.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-0432（2012）-10-0229-1

0 引言

我國人口的急劇增長，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，水資源的短缺隨之日益嚴(yán)重。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)用水的利用普遍率較低，渠道灌溉區(qū)只有30%～40%，機(jī)井灌溉區(qū)也只有60%，與當(dāng)前一些發(fā)達(dá)國家有很大差距。因此，緩解水資源緊缺的當(dāng)務(wù)之急就是解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題。

本文就是以設(shè)施農(nóng)業(yè)中實(shí)現(xiàn)智能灌溉為目的，設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)智能灌溉控制系統(tǒng)，具有定時(shí)或即時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)顯示檢測數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)上傳檢測數(shù)據(jù)，并根據(jù)發(fā)回的數(shù)據(jù)制定合理灌溉策略的功能。研究內(nèi)容主要有傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及分析、灌溉實(shí)際控制、大容量存儲(chǔ)和USB主從通訊技術(shù)幾個(gè)方面。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 智能灌溉系統(tǒng)原理

系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過傳感器采集待灌溉區(qū)域土壤中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等實(shí)際信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將此信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)中預(yù)設(shè)參考值，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)與之相比較，得出控制參量，單片機(jī)將控制信號(hào)傳給變頻器，變頻器根據(jù)濕度值調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵抽水，若需要灌溉時(shí)，電磁閥開啟，通過管道輸水，噴頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。經(jīng)檢測后，須停止灌溉，單片機(jī)發(fā)出指令，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。為了避免離水源距離較遠(yuǎn)的噴頭壓力不足的問題，在電磁閥的一側(cè)安裝一塊壓力表，從而保證所有噴頭的水壓均能滿足預(yù)定的噴射程。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1.2 實(shí)施灌溉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令的可編程控制器，通過傳感器采集土壤里的濕度信號(hào)、溫度信號(hào)和光照信號(hào)，判斷是否需要灌溉的傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)噴灌流量，達(dá)到節(jié)水的目的的變頻器、電動(dòng)機(jī)、水泵、電磁閥、噴頭以及灌溉系統(tǒng)輸送水的管網(wǎng)組成。實(shí)施灌溉系統(tǒng)控制圖及終端控制流程如圖2、圖3所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控模塊以單片機(jī)（MCU）為核心，溫度、濕度及光照傳感器采集的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)計(jì)算處理后進(jìn)行控制，起到對(duì)外界擬定區(qū)域進(jìn)行理想灌溉的目的，同時(shí)單片機(jī)具有顯示及強(qiáng)制報(bào)警功能。系統(tǒng)主控模塊框圖如圖4所示。

2.2 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路包括數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、電磁閥控制模塊及報(bào)警模塊組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊包括：濕度采集選擇MP-508B土壤水分傳感器（FDR），溫度采集選擇DS18B20數(shù)字溫度傳感器，光照強(qiáng)度采集選擇HA2003 光照傳感器；A/D轉(zhuǎn)換模塊采用的是TLC2543A/D轉(zhuǎn)換；顯示模塊采用LED-12864點(diǎn)陣液晶模塊；電磁閥控制電路主要由NPN共集-共射復(fù)合管及繼電器組成，當(dāng)單片機(jī)P2.6給出高電平，復(fù)合管導(dǎo)通，繼電器接通，將開關(guān)吸合，電磁閥接通開始放水。

3 結(jié)論

基于溫度、土壤濕度與光照強(qiáng)度等多因子的自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)，由以AT89C51為核心的控制電路、傳感器電路和執(zhí)行器件及機(jī)構(gòu)組成，硬件電路采用成熟的電路設(shè)計(jì)，電路穩(wěn)定，抗干擾力強(qiáng)。系統(tǒng)具有定時(shí)、循環(huán)等控制的功能，靈活性強(qiáng)，用戶可根據(jù)需要方便快速地組建智能灌溉系統(tǒng)。本系統(tǒng)可適用于各種大小、形狀區(qū)域的自動(dòng)灌溉，并且系統(tǒng)容量越大，平均投資成本愈低，生產(chǎn)效率也越高。因此，該系統(tǒng)為集高性價(jià)比較、強(qiáng)靈活性、廣適用性于一身的智能灌溉系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 于振良，劉淑艷，滕云.設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展.吉林蔬菜，2008年卷06期：90-92.

[2] 羅金耀，李少龍.我國設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究進(jìn)展.節(jié)水灌溉，2003年卷03期：11-13.

作者簡介：黃雷（1978-），男，長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院助理工程師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域科研、推廣工作。