溫室自動(dòng)滲灌控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

溫室自動(dòng)滲灌控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0保證作物生長條件的確定在溫室里，需要一定的環(huán)境條件來促進(jìn)農(nóng)業(yè)、水、光、空氣、土壤、物理機(jī)械、營養(yǎng)液的溫度和組成。農(nóng)作物生長發(fā)育的好壞,產(chǎn)品產(chǎn)量的高低,質(zhì)量的好壞關(guān)鍵在于環(huán)境條件對(duì)于其作物的適合程度。溫室自動(dòng)控制應(yīng)根據(jù)作物及其不同生長階段對(duì)環(huán)境條件的具體需要,隨時(shí)調(diào)整控制參數(shù)的量。溫室、大棚滲灌系統(tǒng)具有節(jié)水、增產(chǎn)、降濕、省工、省時(shí)和高效等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用滲灌技術(shù)較好地解決了因傳統(tǒng)的人工灌溉方式所引起的土壤板結(jié)、養(yǎng)分流失、病蟲害嚴(yán)重等問題,有效地保證了作物生長條件。在滲灌的過程中,濕潤峰是以滲灌管為中心向四周擴(kuò)散的,由于滲灌管埋得較深,土壤的濕度難以確定,可能導(dǎo)致灌溉過量或灌溉不足,土壤濕度有可能達(dá)不到作物生長的需求。為了能夠及時(shí)地獲得土壤的濕度信息準(zhǔn)確地進(jìn)行滲灌,設(shè)計(jì)了溫室滲灌控制系統(tǒng)。1人工控制灌溉溫室滲灌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖,如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)主要由水箱、滲灌主管道、滲灌管、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。控制系統(tǒng)由土壤濕度傳感器、單片機(jī)控制器、電磁閥等構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人工控制灌溉和系統(tǒng)自動(dòng)灌溉。電磁閥的通斷控制灌溉的啟停。在人工控制模式下可以設(shè)定灌溉的時(shí)長,以分鐘為單位,設(shè)定之后及時(shí)地啟動(dòng)電磁閥進(jìn)行灌溉。在上、下限,設(shè)置灌溉的時(shí)長,由傳感器檢測土壤的濕度,信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后送入單片機(jī)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,從而決定灌溉與否。在人工控制模式下,系統(tǒng)將屏蔽傳感器的信號(hào)。2硬件設(shè)計(jì)2.1儲(chǔ)器里的電路控制系統(tǒng)的電路主要由單片機(jī)控制器、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、輸入電路,傳感器構(gòu)成。控制器采用89C51單片機(jī),該單片機(jī)為EEPROM型單片機(jī)。這種單片機(jī)不但可將程序“加載”到芯片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器中,而且只要5V或12V電壓,即可輕松、快速地清除程序存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0804,該芯片為CMOS、8位、逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,具有類似于電阻網(wǎng)絡(luò)的差分電位梯型網(wǎng),差分模擬電壓輸入可以提高共膜抑制并減小失調(diào)模擬電壓值。此外,可調(diào)節(jié)的電壓參考輸入允許編碼任何小的模擬電壓轉(zhuǎn)換到8位的分辨率。數(shù)據(jù)寄存器采用AT93C46,該集成電路為128字節(jié)的串口EEPROM,操作電壓為2.7～5.5V,寫入AT93C46的數(shù)據(jù)可以維持100年的時(shí)間,而且AT93C46可以反復(fù)地清除后再重新寫入100萬次。顯示電路由4顆共陽極七段數(shù)碼顯示管構(gòu)成,數(shù)碼管由7447硬件譯碼器驅(qū)動(dòng)。輸入接口由4個(gè)彈跳按鈕構(gòu)成。傳感器采用北京澳作公司生產(chǎn)的AZS-2型測試探頭(SoilMoistureProbetypeAZS-2),AZS-2型土壤水分探頭采用頻域反射(FDR)原理來測量土壤中水分的含量。2.2土壤中l(wèi)ed顯示和圖像顯示設(shè)計(jì)的控制電路框圖,如圖2所示。四段數(shù)碼顯示管與微控制器P1口相連,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間、土壤含水量、灌溉時(shí)長的顯示。由P1口的高四位輸出BCD碼,經(jīng)7447譯碼電路轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)四段數(shù)碼顯示管實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。在顯示時(shí)間的狀態(tài)下,由P3.5口輸出脈沖信號(hào)控制顯示器兩個(gè)亮點(diǎn)的閃爍。四位LED顯示由4顆紅色發(fā)光二極管構(gòu)成,與微控制器的P3.0～P3.7口相連,提示當(dāng)前的控制模式和數(shù)碼顯示管所輸出數(shù)字的含義。鍵盤由4顆彈跳按鈕構(gòu)成,分別與P2.4～P2.7口相連,各按鈕的定義如表1所示。其中B鍵為5種模式轉(zhuǎn)換鍵,分別為時(shí)間設(shè)置、含水量上限設(shè)定、含水量下限設(shè)定、灌溉時(shí)長設(shè)定、時(shí)間顯示,5種模式循環(huán)切換,默認(rèn)為時(shí)間顯示。ADC0804的數(shù)字量輸出口與微控制器的P0口連接,由傳感器采集的土壤含水量的模擬信號(hào)送入ADC0804經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后送入微處理器進(jìn)行處理。ADC0804的WR腳和RE腳分別與微處理器的WR腳和RE腳相連,微處理器采用交互式控制的方式獲得數(shù)據(jù)。控制電磁閥啟停的信號(hào)由P3.4口輸出驅(qū)動(dòng)繼電器,由繼電器的通斷來控制電磁閥的啟停。系統(tǒng)各參數(shù)設(shè)置完成后將存入外部存儲(chǔ)芯片93C66,防止斷電之后數(shù)據(jù)的丟失。當(dāng)系統(tǒng)重啟時(shí),程序?qū)⑹紫茸x入93C66的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。3應(yīng)用性和可移植性該系統(tǒng)的程序全部采用C語言編寫,以提高系統(tǒng)的可讀性和可移植性。使用Time0中斷計(jì)時(shí)器定時(shí)中斷,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)時(shí)功能,總共編寫程序316行,編譯之后為1682字節(jié)。3.1主程序的設(shè)計(jì)主程序要實(shí)現(xiàn)的功能為系統(tǒng)的初始化、計(jì)時(shí)、讀取土壤濕度信號(hào),控制繼電器等。程序框圖,如圖3所示。3.2中斷次數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)置Time0工作在Mode1模式下,在該模式下Time0最多可計(jì)數(shù)65536,通過設(shè)置初值的方式讓Time0每數(shù)5000次中斷一次,約為0.005s,中斷200次之后約為1s,利用該中斷來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)時(shí)功能。由于程序由C語言編寫,計(jì)時(shí)功能不太理想。經(jīng)試驗(yàn),24h大約走慢30s。Time0中斷子程序的框圖如圖4所示。4傳感器輸出電壓放先配好各種含水率的土樣,用HH2MoistureMeter接ML2X探頭對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。傳感器輸入+5V電壓,零點(diǎn)時(shí)傳感器輸出電壓為0.035V。測得的數(shù)據(jù)經(jīng)回歸分析得出土壤含水量θ與傳感器輸出的電壓相對(duì)零點(diǎn)電壓差制值u之間的關(guān)系為θ=1.0616u+0.0075,復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方為R2=0.9975,土壤含水量和傳感器輸出電壓的增量值呈線性關(guān)系。傳感器輸出的最大電壓為1V,而ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片在電路中輸入的轉(zhuǎn)換參考電壓為+5V。因此,在程序編制的過程中對(duì)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)值進(jìn)行了放大處理。在標(biāo)定完成之后,分別對(duì)不同含水量的土壤進(jìn)行了測量,以HH2MoistureMeter測量值為對(duì)照,得到的對(duì)比曲線如圖5所示。5測量精度偏低1)濕度傳感器送給ADC0804的信號(hào)電壓的范圍為0～1