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节水灌溉自动控制系统的设计


□ 范钧

范 钧

(成都工业学院电气与电子工程系,成都 611730)

摘要:针对目前农业水资源紧缺且农业用水浪费严重的问题,提出了一种节水灌溉自动控制方案。该方案以微控制器为核心器件,采用无线通信的方式,通过远程控制系统实时采集参数,并以此为依据实时调整阀门开合程度,从而达到节水灌溉的目的。该设计具备较好的实用性,有效地实现了节水灌溉。

关键词:无线通信;节水灌溉;实时;微控制器

中图分类号:S24;S275    文献标识码:A    文章编号:0439-8114(2013)19-4795-05

中国农业发展目前面临着两大主要问题:一方面国民经济、生态建设的迅猛发展导致对水资源的需求量越来越大,但是,中国目前的水资源严重不足;另一方面中国农业用水量约占总用水量的80%左右,但有效利用率仅在45%左右,而欧美发达国家一般在70%~80%,这导致中国农业用水浪费现象非常严重[1]。

因此,在水资源严重不足的情况下,如何有效解决农业用水短缺问题显得迫在眉睫。方法大致有两种:开发新的水资源,但是,此方法投资大、见效慢,受地理环境影响异常明显;另一种方法是发展节水灌溉。节水灌溉是遵循作物不同生长发育阶段的需求规律而进行的适时灌溉,利用尽可能少的水获得尽可能多的农作物产出的一种灌溉模式[2]。此方法投资相对较小,既有可能实现农业灌溉的自动化,又可能极大提高水资源的利用率。

基于此,提出一种节水灌溉自动控制系统设计方案,设计了一个基于单片机的节水灌溉自动控制系统,具有实时显示检测数据和实时上传检测数据的功能,并能根据采集到的有关作物生长的环境参数及所需水量来控制给水的时间和流量。

1 系统总体设计方案

目前,国外普遍采用大型分布式微机测控技术实现节水灌溉自动控制。该技术方案摆脱了传统的全凭经验灌溉的灌溉模式,为多种技术的融合,根据采集到的土壤参数、温湿度等环境参数来决定灌溉量与灌溉时间。因此,系统分中央控制系统和远程测控系统两部分进行设计,其系统结构图如图1。其中N为远程测控系统的个数[3]。由图1可见,中央控制系统(主站)主要由微控制器与主PC机构成。远程控制系统(子站)主要实现参数的选定与测量、信息数据传输与处理、控制执行机构的动作等功能。系统选择无线通信方式实现主站与子站之间的信息传输,其系统框图如图2[3]。

系统主要分为信号采集模块、数据处理模块、数据无线处理模块、控制模块、软件模块这5大功能模块。因此,选择土壤水分、空气的湿度、空气的温度3个参数作为灌溉的因素,测量元件就是测量这3个参数。具体器件选择如下:①空气温湿度测量元件选用CHT-WV02温湿度变送器;②A/D转换器选用ADC0808;③电磁阀选用分布式电磁阀;④无线通信模块选用2FSK解调方式的 PTR8000;⑤核心控制器选用常见的AT89系列单片机;⑥土壤水分测量元件采用TDR3型水分传感器。

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