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        遠(yuǎn)程花卉節(jié)能灌溉系統(tǒng)

        2015-05-12 01:35:14鄭鐵張皖哲王潤濤馬云飛郭青青
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年34期
        關(guān)鍵詞:節(jié)水灌溉土壤濕度花卉

        鄭鐵 張皖哲 王潤濤 馬云飛 郭青青

        摘 要:該文闡述的為一款基于無線技術(shù)的遠(yuǎn)程控制花卉太陽能智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì),將土壤作為研究對(duì)象,采用濕度傳感器精準(zhǔn)測(cè)量土壤溫濕度,通過光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)鋰電池充電,為系統(tǒng)提供電能。以單片機(jī)為核心的控制部分,對(duì)花卉土壤濕度與應(yīng)注水量之間的關(guān)系、灌溉控制技術(shù)及系統(tǒng)的硬件材料與設(shè)計(jì)、軟件編程等多個(gè)部分進(jìn)行研討。

        關(guān)鍵詞:花卉 土壤濕度 太陽能 節(jié)水灌溉

        中圖分類號(hào):S274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)12(a)-0002-02

        合理灌溉是花卉生產(chǎn)中不可替代的一環(huán),因此節(jié)水設(shè)備在花卉培植行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,隨著節(jié)水、高效、環(huán)保概念的推廣,花卉溫室對(duì)精度、高端灌溉要求越來越高。而花卉品種繁多,每一類花卉對(duì)灌溉的要求各不相同。該設(shè)計(jì)采用太陽能電池供電,檢測(cè)土壤濕度控制出水量,按鍵輸入花卉濕度閾值。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能環(huán)保、精度高、適用范圍廣泛,為解決上述問題提出了新思路。

        1 系統(tǒng)材料與設(shè)計(jì)

        1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        該系統(tǒng)主要由電源部分、土壤濕度檢測(cè)部分、無線模塊、顯示模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、電磁閥儲(chǔ)水容器、花盆主體、花卉組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示。

        實(shí)地使用時(shí),應(yīng)根據(jù)不同花卉品種需水量的不同,先遠(yuǎn)程設(shè)置土壤濕度標(biāo)準(zhǔn)值。系統(tǒng)通過溫濕度傳感器不斷采集花盆內(nèi)濕度并與預(yù)設(shè)濕度值比較,當(dāng)前濕度值小于預(yù)設(shè)濕度值時(shí)。

        主控制器發(fā)出信號(hào)使電磁閥打開,儲(chǔ)水容器中的水經(jīng)電磁閥進(jìn)入花盆主體。當(dāng)前濕度值大于等于預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)主控制器發(fā)出信號(hào)給電磁閥,電磁閥關(guān)閉,阻止儲(chǔ)水容器中的水進(jìn)入花盆主體。液晶顯示預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值以及當(dāng)前濕度值。

        1.1.1 系統(tǒng)電源電路

        花卉太陽能智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)由太陽能電池供電,在需要供電的模塊中,電磁閥、電源模塊、單片機(jī)系統(tǒng)和濕度檢測(cè)模塊電源為5 V,鋰電池的充電管理芯片和電源保護(hù)裝置的電源為3.7 V,故需要對(duì)電池保護(hù)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。使用MC34063三端穩(wěn)壓芯片,將兩端電壓由3.7 V電壓升至5 V從而為單片機(jī)系統(tǒng)、濕度檢測(cè)模塊、無線裝置,液晶顯示模塊、電磁閥供電。

        1.1.2 單片機(jī)系統(tǒng)

        在該智能花卉系統(tǒng)中,單片機(jī)為系統(tǒng)核心處理各項(xiàng)參數(shù)。單片機(jī)負(fù)責(zé)接收濕度檢測(cè)模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)和按鍵模塊輸入的預(yù)設(shè)值同時(shí)控制電磁閥出水量,接收并在液晶上顯示預(yù)設(shè)值和當(dāng)前數(shù)值。

        該系統(tǒng)中所選用的單片機(jī)是MSP430G2553,其工作電源電壓3 V,待機(jī)電流極小,工作模式下耗電為250μA/MIPS。是一種超低功耗、低壓工作的、高性能的16位單片機(jī)。其可基本滿足編寫程序的需要并支持在線編程方便操作。高集成度、體積小、可靠性強(qiáng),具有極高的性價(jià)比;從而使花卉太陽能智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比。

        1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        單片機(jī)主要作用是控制系統(tǒng)所連接的外圍器件,并實(shí)現(xiàn)一定的通信及數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)在進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)采集時(shí),所采集的數(shù)據(jù)偶爾會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)誤差,隨機(jī)誤差是由隨機(jī)干擾引起的。隨機(jī)誤差是在相同測(cè)試狀況下測(cè)量某一量時(shí),其數(shù)值與符號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)無規(guī)則的變化且無法人為估測(cè),但在多次測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果符合統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算規(guī)律。故為克服隨機(jī)干擾引起的隨機(jī)誤差,在編程時(shí)可采用軟件算法實(shí)現(xiàn)剔除一定的隨機(jī)誤差。數(shù)字濾波算法往往是系統(tǒng)測(cè)控算法的一個(gè)重要組成部分,實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。

        限幅濾波是數(shù)字濾波的一種,其基本計(jì)算公式如下:

        其中Yn和Yn-1為兩次相鄰時(shí)刻系統(tǒng)的采樣值,ΔY為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的兩次采樣允許的最大偏差值。若|Yn-Yn-1|≤ΔY;則Yn有效;若|Yn-Yn-1|>ΔY;則認(rèn)為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)發(fā)生了隨機(jī)干擾,最后一次Yn采集值應(yīng)以Yn-1替代。

        此數(shù)字濾波法的輸出效果與ΔY值的設(shè)定有絕對(duì)的關(guān)系。一般來說,若ΔY值越小,則系統(tǒng)允許的偏移量越小,反之亦然。

        針對(duì)該系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作時(shí),單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中偶爾會(huì)出現(xiàn)的隨機(jī)不可控干擾,考慮到花卉所處環(huán)境光強(qiáng)、溫度變化及控制系統(tǒng)實(shí)際情況,在此該系統(tǒng)選取3 min為采集數(shù)據(jù)的單位時(shí)間。系統(tǒng)工作流程圖3如圖所示。

        2 系統(tǒng)試驗(yàn)

        精度測(cè)試,取一組實(shí)驗(yàn)為例,見表1。

        系統(tǒng)平均精度達(dá)97.6%,證明該花卉太陽能智能灌溉系統(tǒng)精度高。

        3 結(jié)語

        這款花卉太陽能智能灌溉系統(tǒng)將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、水肥一體化技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)與自動(dòng)控制原理結(jié)合在一起,具有較高的科技性,并彌補(bǔ)了國內(nèi)花卉溫室市場(chǎng)上澆灌設(shè)備各方面的不足。該系統(tǒng)成本較低,在試驗(yàn)中運(yùn)行穩(wěn)定,具有較高的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、環(huán)保節(jié)能性。

        參考文獻(xiàn)

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