设施农业中智能灌溉系统的研究

【前言】设施农业中智能灌溉系统的研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。本文就是以设施农业中实现智能灌溉为目的，设计了一款基于单片机智能灌溉控制系统，具有定时或即时采集传感器数据、实时显示检测数据、实时上传检测数据，并根据发回的数据制定合理灌溉策略的功能。研究内容主要有传感器数据采集、数据传输及分析、灌溉实际控制、大容...

摘要：文章就设施农业中灌溉技术的问题研究了以单片机为核心进行控制的智能灌溉系统，该系统通过对灌溉土壤的参量，如湿度、温度、光照强度等因素进行实时监测，根据要求进行适时、适量灌溉，系统具有性价比高、抗干扰能力强等优点。

关键词：智能控制；灌溉；信号采集

中图分类号：S277.9 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-10-0229-1

0 引言

我国人口的急剧增长，工农业生产水平的不断发展，水资源的短缺随之日益严重。当前，我国农业用水的利用普遍率较低，渠道灌溉区只有30%～40%，机井灌溉区也只有60%，与当前一些发达国家有很大差距。因此，缓解水资源紧缺的当务之急就是解决农业灌溉用水的问题。

本文就是以设施农业中实现智能灌溉为目的，设计了一款基于单片机智能灌溉控制系统，具有定时或即时采集传感器数据、实时显示检测数据、实时上传检测数据，并根据发回的数据制定合理灌溉策略的功能。研究内容主要有传感器数据采集、数据传输及分析、灌溉实际控制、大容量存储和USB主从通讯技术几个方面。

1 系统总体设计

1.1 智能灌溉系统原理

系统工作时，首先通过传感器采集待灌溉区域土壤中的温度、湿度、光照强度等实际信号，经A/D转换模块转换成数字信号，并将此信号输入到单片机，单片机中预设参考值，转换后的数字信号与之相比较，得出控制参量，单片机将控制信号传给变频器，变频器根据湿度值调节电动机的转速，从而电动机带动水泵抽水，若需要灌溉时，电磁阀开启，通过管道输水，喷头自动旋转，实现自动灌溉。经检测后，须停止灌溉，单片机发出指令，电磁阀自动关闭。为了避免离水源距离较远的喷头压力不足的问题，在电磁阀的一侧安装一块压力表，从而保证所有喷头的水压均能满足预定的喷射程。系统总体框图如图1所示。

1.2 实施灌溉的系统结构

智能灌溉系统结构由负责发出和接收各种运行程序指令的可编程控制器，通过传感器采集土壤里的湿度信号、温度信号和光照信号，判断是否需要灌溉的传感器、A/D转换模块、通过改变电动机的转速调节喷灌流量，达到节水的目的的变频器、电动机、水泵、电磁阀、喷头以及灌溉系统输送水的管网组成。实施灌溉系统控制图及终端控制流程如图2、图3所示。

2 系统硬件设计

2.1 主控模块设计

系统主控模块以单片机（MCU）为核心，温度、湿度及光照传感器采集的数据通过单片机计算处理后进行控制，起到对外界拟定区域进行理想灌溉的目的，同时单片机具有显示及强制报警功能。系统主控模块框图如图4所示。

2.2 系统总体电路设计

系统电路包括数据采集模块、A/D转换模块、显示模块、电磁阀控制模块及报警模块组成。其中数据采集模块包括：湿度采集选择MP-508B土壤水分传感器（FDR），温度采集选择DS18B20数字温度传感器，光照强度采集选择HA2003 光照传感器；A/D转换模块采用的是TLC2543A/D转换；显示模块采用LED-12864点阵液晶模块；电磁阀控制电路主要由NPN共集-共射复合管及继电器组成，当单片机P2.6给出高电平，复合管导通，继电器接通，将开关吸合，电磁阀接通开始放水。

3 结论

基于温度、土壤湿度与光照强度等多因子的自动喷灌控制系统，由以AT89C51为核心的控制电路、传感器电路和执行器件及机构组成，硬件电路采用成熟的电路设计，电路稳定，抗干扰力强。系统具有定时、循环等控制的功能，灵活性强，用户可根据需要方便快速地组建智能灌溉系统。本系统可适用于各种大小、形状区域的自动灌溉，并且系统容量越大，平均投资成本愈低，生产效率也越高。因此，该系统为集高性价比较、强灵活性、广适用性于一身的智能灌溉系统。

参考文献

[1] 于振良，刘淑艳，滕云.设施农业节水灌溉技术现状与进展.吉林蔬菜，2008年卷06期：90-92.

[2] 罗金耀，李少龙.我国设施农业节水灌溉理论与技术研究进展.节水灌溉，2003年卷03期：11-13.

作者简介：黄雷（1978-），男，长春市农业机械研究院助理工程师，从事农业机械领域科研、推广工作。