自動化在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

1、. .學(xué)院：班級：*：學(xué)號：自動化科學(xué)概論概論結(jié)課論文- 優(yōu)選. .自動化控制在農(nóng)業(yè)灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要:未來幾十年，在世界范圍內(nèi)，水資源的矛盾將日趨緊X。我國的水資源嚴重短缺，且分布很不平衡。農(nóng)業(yè)用水占總用水的80%。在農(nóng)業(yè)灌溉中推廣自動化控制，不僅可以緩解水資源嚴重短缺的矛盾，同時可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的本錢。本文詳細介紹了應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉中的自動控制的多種方法。我國的幅員遼闊，可以根據(jù)本地區(qū)的實際情況，采用不同的控制方法。關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)灌溉;自動控制;無線控制、農(nóng)業(yè)灌溉控制系統(tǒng)我國是一個水資源短缺，水旱災(zāi)害頻繁的國家。雖然水資源的總量居世界第6位，但是人均占有量只有2500m3

2、，約為世界人均水量的1/4，在世界排110位。已被聯(lián)合國列為13個貧水國家之一。同時，我國水資源的分布很不均勻，北方有些地區(qū)人均占有量僅為900m3，低于國際公認的1000m3的水資源下限;有些地區(qū)的人均占有量甚至低于世界最貧水的國家埃及和以色列的水平。我國農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的80%，農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下，就全國范圍而言，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國家已達70%80%。因而，建立灌溉水自動化控制系統(tǒng)，提高灌溉水的利用率，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。1󰀁灌溉系統(tǒng)的有線控制有線控制就是通過線路將控制信息傳輸出去，同時也可將各種信息返回到控制中心。下面

3、以沙地節(jié)水滲灌自動控制系統(tǒng)為例闡述有線控制的原理。1.1󰀁系統(tǒng)的構(gòu)成此控制系統(tǒng)主要有:(a)土壤水份監(jiān)測儀;(b)滲壇水位指示器;(c)灌溉自動控制儀;(d)灌水閥門;(e)灌水指示燈。1.2󰀁各局部的功能a.土壤水份自動監(jiān)測儀。通過接收土壤水份感應(yīng)器(感應(yīng)探頭)感測土壤水份信息，并予以處理、記錄和存儲。同時，將處理后的土壤水份信息傳輸給灌溉自動控制儀。b.滲壇水位指示器。感測滲壇中儲水水位是否到達上限臨界點(假設(shè)到達上限臨界點，表示滲壇水已注滿)，并將滲壇中的儲水信息傳輸給灌溉自動控制儀。c.灌溉自動控制儀。接收土壤水份監(jiān)測儀提供的土壤儲水信息、滲壇水位指示器

4、提供的滲壇儲水信息和植物需水信息，予以處理，并將處理后的供水信息傳輸給灌水閥門，控制灌水閥門的開啟和關(guān)閉，同時開啟和關(guān)閉供水信息指示燈。通過線路傳輸控制信息，能夠保證信息準確可靠地傳送，其自動化的程度也是比較高的。但由于農(nóng)業(yè)灌溉的特殊性，有線控制在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用有一定的局限性，尤其是長距離的架設(shè)線路，需要很大的投資，因而長距離的有線控制在農(nóng)業(yè)灌溉中很難實施。有線控制一般適宜在小范圍的區(qū)域中應(yīng)用。采取無線遙控可以省去線路的架設(shè)，因而在農(nóng)業(yè)灌溉中有著廣泛的應(yīng)用前景。2󰀁灌溉系統(tǒng)的無線控制2.1󰀁單向無線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通過設(shè)在中心站的無線發(fā)射機和各子站點的接收機

5、來完成。由于傳輸系統(tǒng)為單向無線傳輸方式，其子站的現(xiàn)場數(shù)據(jù)不能傳輸?shù)街醒肟刂剖?，需要人工干預(yù)，因此，其自動化程度較低。但目前我國灌區(qū)由于受管理水平和管理條件所限，采用此種方式再加上管理人員的巡視，還是可行的。尤其是這種通信方式既操作簡單、易于管理又十分經(jīng)濟。因為農(nóng)業(yè)耕種的需要和其它客觀條件的限制，我國有許多地區(qū)無法將電力線路架到灌溉區(qū)域。針對這樣的情況，筆者設(shè)計了一種方案，通過控制輸水管道中閥門的開啟和關(guān)閉來到達對農(nóng)田灌溉的控制。在子站只需要2節(jié)干電池便能提供能源。其中子站可以有假設(shè)干個。2.1.1󰀁系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)由主站(中央控制室)和子站組成?？刂品绞綖橹髡鞠蜃诱締蜗騻鬏斆睿?/p>

6、主站給子站下發(fā)信號由電臺完成，子站現(xiàn)場獨立與閥門構(gòu)成閉環(huán)控制。其構(gòu)成如下:a.主站是自動化控制系統(tǒng)的核心，它主要包括486工控微機1臺、多功能接口板1塊、電臺1部、UPS后備電源及打印機等。b.子站為現(xiàn)場控制和測量設(shè)備，由8051單片機、無線接收機、流量傳感器、自控閥門及控制電路等局部組成。2.1.2󰀁系統(tǒng)工作原理a.系統(tǒng)工作原理。系統(tǒng)的拓撲構(gòu)造為星形分布構(gòu)造。主站為星形構(gòu)造的中心結(jié)點，設(shè)在灌區(qū)的中央，星形的外結(jié)點為各子站，分布在灌區(qū)的四周。 在主站操作486工控微機，選中所需發(fā)送信號的子站地址，發(fā)送控制閥門運行的信號。如要改變運行狀態(tài)，可重新發(fā)送數(shù)據(jù)。閥門的控制由系統(tǒng)軟件和寫

7、入單片機的程序來實現(xiàn)。不同的地區(qū)可根據(jù)本地區(qū)灌溉的實際需要來編寫單片機的應(yīng)用程序。一般情況下需要控制的是閥門開啟的時間和通過閥門的流量。對時間的控制可分為兩種情況:(a)每天的定時開、關(guān)，開啟一定時間后自動關(guān)閉;(b)任意時間的開、關(guān)，開啟一定時間后自動關(guān)閉;同樣對流量的控制也分為兩種情況:(a)當通過閥門的總流量到達一定值時，閥門自動關(guān)閉;(b)每次開啟后，當通過閥門的流量到達一定值時，閥門自動關(guān)閉。同時對流量的控制為灌溉用水量進展計費提供數(shù)據(jù)，也可了解灌區(qū)的每次灌溉的水量。主站發(fā)送的數(shù)據(jù)存入磁盤中的數(shù)據(jù)庫文件，以便今后查詢，打印等需要。 子站接收機的接收頻率與發(fā)射機頻率一致，并且解碼是固定

8、的，通過主站對發(fā)射機進展編碼，當發(fā)射機編碼和接收機解碼一致時，收發(fā)建立聯(lián)系，此時主站所發(fā)信息只有本子站能夠接收到，其它子站由于解碼不一致，因而數(shù)據(jù)無法接收。單片機根據(jù)接收到的中央控制室的不同命令去調(diào)用相應(yīng)的子程序，就可以控制閥門的開啟時間和通過閥門的流量。子站既可以通過主站發(fā)出的信號進展監(jiān)控，也可以手動實現(xiàn)獨立運行。由于系統(tǒng)中使用的自控閥門僅靠電池提供微小的功率，因而必須借助流體本身所攜帶的動能使其實現(xiàn)開閉。自控閥門由先導(dǎo)閥和主閥兩局部組成，先導(dǎo)閥控制一個小孔的開閉，小孔的開閉引起主閥的開閉。降低閥門開閉所需功率的關(guān)鍵是減小小孔的孔徑，而小孔的孔徑又影響主閥開閉的性能。此方案中使用的自控閥門在

9、保證主閥的開閉的情況下，不換電池可使用10萬次以上。為保證系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，所有的芯片(如:CPU處理器、并行接口、數(shù)碼顯示等)及無線接收機全部集成于一塊線路板上，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過編程處理和優(yōu)化芯片的制造工藝，以保證系統(tǒng)運行可靠。由于子站的運行情況不能夠自動返回到主站的中央控制室，因而主站和子站無法實現(xiàn)閉環(huán)控制。隨著社會的開展，人們對自動化控制的要求越來越高，在農(nóng)業(yè)灌溉中實現(xiàn)雙向無線傳輸?shù)淖詣踊刂剖潜厝坏拈_展趨勢。2.2󰀁雙向無線傳輸雙向無線傳輸控制模式既有集中管理，又有分散控制，符合控制系統(tǒng)的運行模式，其自動化程度比較高。當然，其投資也是很高的。中央控制室將所需數(shù)據(jù)通過傳輸設(shè)備把信號傳送出去。信號傳輸設(shè)備有調(diào)制解調(diào)器和無線電臺，由微機串口發(fā)出的二進制信號，通過調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制，再由無線電臺發(fā)射出去。子站系統(tǒng)一般由無線電臺，調(diào)制解調(diào)器，控制器組成?？刂破骺刹捎肞LC或單片機，由無線電臺接收到的信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)器得到一組數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)送控制器?？刂破饕环矫娓?/p>