劉理云

(婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 婁底 417000)

我國農(nóng)村推行以家庭為單位進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植,每個(gè)家庭種植的種類較多,但種植規(guī)模不大,灌溉方法、設(shè)備傳統(tǒng)單一,勞動(dòng)力成本高,水資源與肥料浪費(fèi)嚴(yán)重,產(chǎn)量與質(zhì)量受自然條件的影響較大,效益低.為此許多科技工作者推行水肥一體智能灌溉,且大都采用了PLC控制、無線智能控制等現(xiàn)代高科技手段,對(duì)大中規(guī)模農(nóng)業(yè)種植很適用,但對(duì)農(nóng)業(yè)種植家庭來說,存在設(shè)備成本高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝、使用、維護(hù)專業(yè)性很強(qiáng)的問題.通過調(diào)研與反復(fù)實(shí)驗(yàn)探究,設(shè)計(jì)一種成本低,安裝、使用、維護(hù)簡單,能適時(shí)適量灌溉的智能滴灌系統(tǒng),為家庭農(nóng)業(yè)種植節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)勞動(dòng)力,提高種植產(chǎn)量與質(zhì)量.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與原理分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示.系統(tǒng)有手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式,手動(dòng)控制時(shí),人為閉合手動(dòng)控制開即可.自動(dòng)控制時(shí),濕度傳感器采集土壤濕度,為避免晴天中午灌溉,由光照傳感器采集日光強(qiáng)度.單片機(jī)運(yùn)行程序,根據(jù)土壤濕度和日光強(qiáng)度,輸出控制信號(hào),經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊后,控制電磁繼電開關(guān)的通斷,從而控制水泵的啟停.水泵的出水經(jīng)過濾網(wǎng)后,送至分支管,分支管上布滿滴灌噴頭,用于灌溉.當(dāng)要進(jìn)水肥混合灌溉時(shí),先打開肥料罐進(jìn)水閥,根據(jù)預(yù)算的肥料濃度蓄水,然后放入肥料攪拌均勻;肥料液調(diào)好后,打開水肥混合液控制閥,進(jìn)行水肥一體化混合灌溉.

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 關(guān)鍵技術(shù)解決方案

2.1 土壤濕度與光照強(qiáng)度采集

土壤濕度與光照強(qiáng)度采集電路如圖2所示.采用濕敏電阻作為檢測(cè)土壤濕度的傳感器.濕敏傳感器插入土壤,由于土壤含水量不同,濕敏傳感器的阻值也不同,從而將土壤濕度轉(zhuǎn)化為電信號(hào),然后通過IC1NE555判斷濕度強(qiáng)弱.如果土壤較干燥,濕敏電阻阻值較大,NE555翻轉(zhuǎn),輸出高電平(約為電源電壓)送給單片機(jī).調(diào)整時(shí),將濕敏電阻插入水內(nèi),調(diào)Rp1使NE555的3腳輸出為12 V,然后將濕敏電阻從水中取出并擦干,調(diào)Rp1使輸出0 V,這樣反復(fù)調(diào)節(jié)多次即可達(dá)到要求[1-3].

圖2 土壤濕度與光照強(qiáng)度采集電路

由于光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化,從而將日光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào),然后通過NE555判斷光線是否強(qiáng)烈.如果中午光線較強(qiáng)烈,IC2 NE555的3腳輸出低電平,此時(shí)無論土壤干燥與否均不灌溉,當(dāng)傍晚日光較弱,光敏電阻阻值較大時(shí),NE555翻轉(zhuǎn),輸出高電平(為電源電壓)送給單片機(jī).

單片機(jī)運(yùn)行程序,根據(jù)土壤濕度和日光強(qiáng)度,輸出控制信號(hào),經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊后,控制電磁繼電開關(guān)的通斷,從而控制水泵的啟停.

2.2 水肥混合灌溉設(shè)計(jì)

文丘里施肥器安裝簡便,價(jià)格低,在水肥混合灌溉中,目前用得較多.通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試,一個(gè)滴灌系統(tǒng)在使用文丘里施肥器后,會(huì)導(dǎo)至灌溉的壓力減小,導(dǎo)至灌溉面積減小.通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)探究,設(shè)計(jì)了如圖1所示的水肥混合灌溉方案.在水泵吸水入口處鉆一個(gè)孔,將肥料管接入水泵吸水入口處,為了防止雜物吸進(jìn)水泵,鉆孔處用紗布包裝處理.這樣利用水泵抽水時(shí)的吸力,不僅將水吸入水泵中,而且也將肥料液吸入水泵中,水肥混合后送入灌溉管道中進(jìn)行灌溉,保證了灌溉的壓力不會(huì)減小,從而提高了灌溉設(shè)備的利用率.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過在婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)林實(shí)習(xí)基地進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證,穩(wěn)定性好,安全性高,成本低,有效地提高了灌溉設(shè)備的利用率.采用硅濕敏電阻作為檢測(cè)土壤濕度的傳感器,它在25 ℃時(shí)響應(yīng)時(shí)間小于5 s,檢測(cè)土壤含水量范圍為0～100%.