徐晶霞 焦 健

(長春師范大學物理學院，吉林 長春 130032)

0 引言

近年來，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥噴灑器械是其重要的制約因素，特別是隨著我國專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治工作的全面展開，這種矛盾顯得更加突出。相比于現(xiàn)代化的大型農(nóng)場或種植基地，傳統(tǒng)的農(nóng)田比較分散，田塊之間的情況差異較大，一般很難對所服務的田塊進行統(tǒng)一的整理規(guī)劃進而進行農(nóng)藥噴灑設施。這就要求農(nóng)藥器械不僅能適應各種不同的田間情況，還需要具有良好的流動作業(yè)能力和高效的噴灑效率。

PLC自動化農(nóng)藥灌溉機是針對傳統(tǒng)的種植園灌溉施肥的方法難以滿足我國種植發(fā)展需求這一方面不足而提出的，能夠在很大程度上解決在施肥和灌溉過程中造成的對于人體的危害和資源不必要的浪費。通過對PLC的利用能夠使其自動且實時監(jiān)測水位高度，并完成注水、農(nóng)藥和自動攪拌以及觸發(fā)開關完成施藥的過程。同時傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代化技術的結(jié)合，也為農(nóng)田的規(guī)模化種植提供了支持。

1 研究背景

在現(xiàn)代化的背景下，現(xiàn)代化作業(yè)在各個領域都得到廣泛的應用，但在農(nóng)業(yè)方面的應用還較為罕見。該項研究把PCL應用于農(nóng)田的自動灌溉系統(tǒng)，相比于成本比較低廉的單片機，PCL對環(huán)境的適應能力較強，可靠性較高，編程方法簡單，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展增添一份力量。

2 研究目的

傳統(tǒng)的施肥方式和灌溉農(nóng)藥的方式是通過人力、手工的形式進行施撒，通過溝渠對農(nóng)田進行灌溉，從而來達到對農(nóng)田殺蟲施肥的效果。但傳統(tǒng)方法，不僅浪費時間還浪費人力，并且有些農(nóng)藥和化肥對人體會造成傷害。為了解決以上問題，我們制做該系統(tǒng)，它可以完成自動混合農(nóng)藥和水、自動監(jiān)測混合藥水的水位高度、自動觸發(fā)閥門實行邊灌溉邊施藥。

3 市場分析

現(xiàn)代市場上見到的都是一些噴霧機，需要農(nóng)民背著一行行地走過去，噴灑在農(nóng)作物上。這項工作費時費力。該項研究可以在灌溉農(nóng)田的時候，讓農(nóng)藥隨著水流進入農(nóng)田，既可以節(jié)省人力，也會減少農(nóng)藥對人體的傷害。

4 自動噴灌模糊控制系統(tǒng)的使用方法

準備工作：在水桶里加滿水，在農(nóng)藥桶里添加農(nóng)藥水。

啟動以后按一下順序工作：兩個進水閥工作→監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測→停止輸入水→攪拌系統(tǒng)工作→排水閥工作→監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測→進水閥工作→監(jiān)測水桶和藥桶的水位→報警系統(tǒng)。灌溉機配備一個水桶，一個農(nóng)藥桶和一個混合桶。水桶和藥桶的存在是為了可以操作混合桶的農(nóng)藥和水的比例。系統(tǒng)默認的比例是1∶1，在勞作中，大多數(shù)農(nóng)藥，或者是化合肥和水都是1∶1的比例，同時設有手動開關，可以按時間分配，手動關閉水桶或藥桶的電磁閥。水桶、藥桶和混合桶上均配備密封蓋，可以降低農(nóng)藥的刺激性氣味給勞動者帶來的不適。

前期準備工作：在藥桶中加入備好使用的藥物，或者是顆粒狀的化合肥，此時就可以在藥桶里加入一定的水，手松打開攪拌開關 蓋上密封蓋。在水桶里加入清水，蓋上蓋子。

開始使用，打開啟動開關，農(nóng)藥桶和水桶的電磁閥同時被打開，若為1∶1的比例，則不用進行其他操作，例如，農(nóng)藥和水的比例為1∶3，則在混合桶液體到達一半時，手動關閉農(nóng)藥桶的電磁閥。之后便不需要進行其他操作。在開始灌溉農(nóng)田時，灌溉機的混合桶電磁閥開啟，農(nóng)藥隨著水流流入到農(nóng)田里。在使用過程中，若水桶或農(nóng)藥桶報警，則要像準備工作一樣在里邊分別加入水和農(nóng)藥。

當農(nóng)田灌溉完畢，手動開啟關閉按鈕即可。

5 PLC選用區(qū)

為實現(xiàn)系統(tǒng)的上述控制要求，擬采用三菱FX 2N-24MR型PLC 3個，混合桶系統(tǒng)的I/O端口分配如下：

輸入元件輸出元件作用名稱地址作用名稱地址啟動SA1X0正轉(zhuǎn)控制KM1Y0高水位監(jiān)測SHX1反轉(zhuǎn)控制KM2Y1低水位監(jiān)測SLX2排水電磁閥YV2Y4電機正轉(zhuǎn)SB1X3電機反轉(zhuǎn)SB2X4自動排水SB5X7

水桶系統(tǒng)的I/O端口分配如下：

輸入元件輸出元件作用名稱地址作用名稱地址高水位監(jiān)測SHX1排水電磁閥YV2Y4低水位監(jiān)測SLX2報警系統(tǒng)KM3Y5自動排水SB5X7

藥桶系統(tǒng)的I/O端口分配系統(tǒng)如下：

輸入元件輸出元件作用名稱地址作用名稱地址啟動SA1X0正轉(zhuǎn)控制KM1Y0高水位監(jiān)測SHX1反轉(zhuǎn)控制KM2Y1低水位監(jiān)測SLX2排水電磁閥YV2Y4電機正轉(zhuǎn)SB1X3報警系統(tǒng)KM3Y5電機反轉(zhuǎn)SB2X4自動排水SB5X7

6 灌溉機硬件控制系統(tǒng)設計

按下啟動按鈕后，水桶和藥桶的排水電磁閥開啟，混合桶內(nèi)開始進水，混合桶內(nèi)的高水位檢測器持續(xù)監(jiān)測，到達高水位時，水桶和藥桶的電磁閥關閉，并且混合桶的電機開始運作3 min。之后混合桶電磁閥開啟，并且此時低水位檢測器持續(xù)監(jiān)測，當水位到達低水位時，水桶和藥桶的排水電磁閥開啟，重復上述過程。當水桶和藥桶到達低水位時，警報響起，人工添加藥物和水。直到啟動關閉按鈕，灌溉機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

7 結(jié)語

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年的糧食可以養(yǎng)活世界上1/5的人口，并且在非洲等較不發(fā)達的國家，溫飽仍是很大的問題，所以還要繼續(xù)努力改善這一狀況。在知識經(jīng)濟迅猛發(fā)展的今天，科學技術作為第一生產(chǎn)力在中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設中將發(fā)揮越來越大的作用。本文將研究基于PLC的自動化農(nóng)藥灌溉機，來解決在灌溉時沖化肥或農(nóng)藥出現(xiàn)的費時費力的問題，從而實現(xiàn)節(jié)省人力，高效作業(yè)。