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        科教融合模式下的智能灌溉系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究設(shè)計(jì)

        2021-09-10 07:22:44倪冰倩盧彪張仕遠(yuǎn)
        客聯(lián) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:灌溉系統(tǒng)單片機(jī)智能

        倪冰倩 盧彪 張仕遠(yuǎn)

        摘 要:隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)已不能滿足人們的現(xiàn)代生活,除此之外,近些年水資源的不足與污染問題嚴(yán)重加劇。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)推動(dòng)了農(nóng)業(yè)種植的快速發(fā)展,促使灌溉系統(tǒng)智能化越來越普遍。

        關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);智能;灌溉系統(tǒng)

        一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

        (一)國(guó)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

        國(guó)外的灌溉智能技術(shù)到目前為止已有50多年的歷史。在一些機(jī)械化種植技術(shù)較為發(fā)達(dá)或水資源極度匱乏的地區(qū),智能灌溉技術(shù)已得到了普及。通過智能灌溉技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度與溫度的實(shí)施監(jiān)測(cè),通過數(shù)據(jù)智能化來保證灌溉質(zhì)量和對(duì)灌溉標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新設(shè)置。一些國(guó)家的節(jié)水智能灌溉系統(tǒng)功能已實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代非充分灌溉方式的良好改革與過渡,朝著全自動(dòng)化灌溉方向不斷探索。

        (二)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

        我國(guó)的智能灌溉系統(tǒng)源于90年代,由于起步的時(shí)間較遲,其還未形成系統(tǒng)化。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)的智能灌溉產(chǎn)品種類較為單一,尚未形成專業(yè)化的質(zhì)量檢測(cè)與控制體系,在其方面還應(yīng)不斷探索與研究。我國(guó)的智能化灌溉目前在大棚設(shè)施中較為普遍,大田農(nóng)業(yè)很少涉及,丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)更是為一片空白。園林是智能灌溉未來發(fā)展的主要市場(chǎng),在日后國(guó)內(nèi)將會(huì)加快研發(fā)、提高速度,搶占國(guó)內(nèi)外園林市場(chǎng)。

        二、系統(tǒng)原理

        (一)技術(shù)路線

        (二)光照檢測(cè)電路和高亮LED燈照明電路

        此光照系統(tǒng)我們采用了光敏電阻來進(jìn)行檢測(cè),該電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。隨著光照強(qiáng)度的升高,其阻值降低,最小可至1KΩ以下。該電阻對(duì)光線極為敏感,在黑暗環(huán)境下,呈高阻狀態(tài),電阻一般可達(dá)1.5MΩ。本系統(tǒng)中,采用串聯(lián)一個(gè)光敏電阻的方式不僅實(shí)現(xiàn)光敏電阻的分壓,還起到了保護(hù)電阻的功效。

        在本設(shè)計(jì)中,LED為高亮燈。當(dāng)光照不足時(shí),單片機(jī)的控制引腳將轉(zhuǎn)化為低電平,燈亮,給予光照。否,則燈不亮。

        (三)DS18B20溫度傳感器模塊電路和5V散熱風(fēng)扇控制電路

        DS18B20溫度傳感器的測(cè)溫范圍為-55℃~+125℃,工作電源:為3.0~5.5V/DC,測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送。其擁有獨(dú)特的單線接口方式、使用時(shí)不需要任何外圍元件、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫,在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線便可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊,數(shù)量不多于8個(gè)DS18B20可并聯(lián)在唯一的三線上,但若超過8個(gè)將會(huì)使供電電源電壓過低,造成信號(hào)傳輸不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

        風(fēng)扇的散熱工作原理是依照能量轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的,即為電能→電磁能→機(jī)械能→動(dòng)能。考慮到單片機(jī)無法直接使風(fēng)扇工作,所以該系統(tǒng)選擇三極管9012來解決此問題。該電阻為限流電阻,除了起到限流的作用外,還可以保護(hù)三極管。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到種植環(huán)境溫度過高時(shí)單片機(jī)的相關(guān)控制引腳將變?yōu)榈碗娖?,三極管導(dǎo)通,風(fēng)扇正常工作;否則,風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)。

        (四)TRSD土壤濕度傳感器模塊電路

        該供水系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)出的導(dǎo)電率值來判斷灌溉所用的水源是否達(dá)標(biāo),若達(dá)標(biāo)則可進(jìn)行水源供水,否則不供水。其土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤的濕度,將濕度值顯示在液晶顯示器上,更具不同的植物可通過按鍵設(shè)置濕度閾值,當(dāng)土壤濕度小于設(shè)定的閾值,繼電器打開,繼電器可以外接水泵適量供給植物水分,否則繼電器斷開,水泵不工作。該土壤濕度傳感器采用鍍鎳,加寬傳感器感應(yīng)面積、提高導(dǎo)電性來延長(zhǎng)傳感器使用壽命等作用。

        三、智能灌溉的價(jià)值

        (一)節(jié)約水資源

        據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),我國(guó)的東北、西北等地區(qū),大范圍旱災(zāi)發(fā)生頻繁,我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域每日平均缺水量已經(jīng)超過960×104t,由此導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)問題將會(huì)十分嚴(yán)峻。此外,原本一些降水量較為豐富的南方地區(qū),最近幾年也呈現(xiàn)出水量不斷減少的趨勢(shì)。從總體來看,我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的水資源供需不平衡問題將會(huì)越來越嚴(yán)峻??偨Y(jié)當(dāng)下現(xiàn)有的智能灌溉技術(shù),其大致分為滴灌、涌泉灌以及地下滲灌等方式,其在很大程度上解決了水資源供應(yīng)不足的問題。

        (二)減輕勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)量

        世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家在不斷改良與優(yōu)化本國(guó)的灌溉技術(shù),已實(shí)現(xiàn)了將每立方米水資源的糧食產(chǎn)量提高至2kg以上的優(yōu)秀成果。當(dāng)前我國(guó)的智能灌溉系統(tǒng)主要以進(jìn)口為主,在汲取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,開始創(chuàng)新與自主研發(fā)更加優(yōu)秀的專利產(chǎn)品。我國(guó)的智能化灌溉技術(shù)發(fā)展前景十分開闊,其通過對(duì)溫度、濕度、光照等因素的智能監(jiān)測(cè)和控制,從而在減少大棚農(nóng)業(yè)種植者的成本和精力的情況下還能保證農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境達(dá)到一個(gè)較佳的狀態(tài),進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

        四、結(jié)束語

        無論從全球缺水的實(shí)際情況來看,還是從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度分析,節(jié)水節(jié)能都是當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的大勢(shì)所趨?,F(xiàn)代化社會(huì)使用的智能灌溉技術(shù),不僅比傳統(tǒng)方式節(jié)約了60%以上的水資源,同時(shí)還節(jié)約了大量的人力物力,降低了養(yǎng)護(hù)成本。隨著現(xiàn)代化科技的飛速發(fā)展,智能化灌溉系統(tǒng)正朝著綠色環(huán)保的方向不斷探索與邁進(jìn)。在未來,相信會(huì)有越來越多的智能化灌溉設(shè)備將被應(yīng)用于更多相關(guān)方面的規(guī)劃與建設(shè)中。

        參考文獻(xiàn):

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