基于單片機(jī)的茶苗苗圃微噴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)

托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時(shí)代！基于單片機(jī)的茶苗苗圃微噴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)摘要：節(jié)水農(nóng)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。在概述節(jié)水灌溉的意義和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)分析和總結(jié)目前噴灌中存在的問(wèn)題，研究了一套茶苗苗圃微噴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：節(jié)水灌溉；噴灌；PLC控制系統(tǒng)；苗圃噴灌系統(tǒng)營(yíng)林育苗是林業(yè)發(fā)展的重要組成部分，為林業(yè)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。對(duì)于林業(yè)苗圃的灌溉管理由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)等原因，我國(guó)目前基本上是以簡(jiǎn)易的灌溉設(shè)施或自然降雨為主。這種灌溉方法只能改變土壤濕度，對(duì)苗圃植物生長(zhǎng)發(fā)育的小氣候影響小，灌水定額較大，不能實(shí)行適時(shí)適量灌溉，水的利用率低…。本文設(shè)計(jì)了夏云農(nóng)場(chǎng)的茶苗苗圃微噴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)。茶苗苗圃總面積38．5畝，根據(jù)夏云農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際情況和要求，苗圃管網(wǎng)設(shè)計(jì)采用三級(jí)管道豐字型布置，即主干管—干管一支管，采用固定懸掛式微噴灌系統(tǒng)。噴灌系統(tǒng)由一級(jí)泵站，二級(jí)泵站和動(dòng)力機(jī)，輸配水管道系統(tǒng)，噴頭以及附屬設(shè)備等組成。一級(jí)泵站由蔭臺(tái)300JCl30-12×13深井泵(包含兩臺(tái)配套1IOKW電機(jī))構(gòu)成，二級(jí)泵站由兩臺(tái)犁號(hào)為JSl00—80—160水泵機(jī)組構(gòu)成。一級(jí)泵站從井中抽水至水塔，二級(jí)泵站從水塔抽水送至噴頭對(duì)茶苗苗圃進(jìn)行加壓灌溉。l噴灌系統(tǒng)工作原理及設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)了一套由PLC可編程控制器和變頻器聯(lián)合控制的自動(dòng)噴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)能精確控制一級(jí)泵站和二級(jí)泉站水泵電機(jī)啟停，從而使苗圃噴灌自動(dòng)化，并且實(shí)現(xiàn)恒壓噴灌，保證了苗圃噴灌的均勻度。該控制系統(tǒng)主要包括水位控制子系統(tǒng)、恒壓供水子系統(tǒng)和濕度控制子系統(tǒng)。1．1水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一級(jí)泵站水位控制系統(tǒng)由PLC作為控制單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，安裝在水塔內(nèi)的水位變送器能將水塔內(nèi)時(shí)刻變化的水位信號(hào)變換成電流信號(hào)(4mA----20mA)，(設(shè)定水位變送器1秒鐘采集水位數(shù)據(jù)1500次，即采樣頻率為1500Hz)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理傳送給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A／D)，然后到達(dá)PLC，PLC把該電流信號(hào)與程序中設(shè)定的水位值進(jìn)行比較分析和處理后，經(jīng)過(guò)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，從而控制電機(jī)水泵的啟停。當(dāng)水位達(dá)水塔的低限位時(shí)，PLC控制系統(tǒng)給出啟動(dòng)水泵的信號(hào)，水泵將從水井中抽水到水塔。當(dāng)水位達(dá)高限時(shí)，PLC控制系統(tǒng)將給出停止水泵運(yùn)行的信號(hào)。1．2濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二級(jí)泵站濕度控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)來(lái)自于苗圃內(nèi)十壤中安裝的濕度傳感器?？刂葡到y(tǒng)由PLC作為控制單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，安裝在十壤中的多個(gè)濕度傳感器能將土壤中時(shí)刻變化的濕度信號(hào)變換成電壓信號(hào)，(設(shè)定濕度傳感器1秒鐘采集濕度數(shù)據(jù)1500次，即采樣頻率為1500Hz)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理后傳送給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A／D)，然后到達(dá)PLC，PLC把該電壓信號(hào)所對(duì)應(yīng)的濕度信號(hào)與程序中設(shè)定的濕度值進(jìn)行比較分析和處理后，經(jīng)過(guò)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，從而控制四級(jí)泵站的電機(jī)水泵的啟停。2恒壓噴灌控制原理(1)在噴灌過(guò)程中，為了保證灌區(qū)噴灌效果的均勻度，就要使噴頭噴灑出的水滴覆蓋面積相等。因?yàn)楸疚乃x的噴頭型號(hào)相同、工作壓力是相同的，而噴頭的覆蓋半徑是由供水壓力決定的，當(dāng)保證供水壓力相等時(shí)，苗圃區(qū)內(nèi)的每個(gè)噴頭噴灑出去的水滴的覆蓋面積就能大致相同，這樣就能保證噴灌均勻。換言之，只有管網(wǎng)中的壓力保持恒定，才能確保噴灌均勻。所以為了實(shí)現(xiàn)恒壓噴灌，使噴灌均勻度更好，本文采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)分干管末端的壓力進(jìn)行檢測(cè)控制，變頻器使電機(jī)有效的進(jìn)行調(diào)速，從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，這樣使噴頭獲得更好的噴水壓力，以獲得更好的節(jié)能效果和噴灌效果n1。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)組成方框圖，如圖l所示。(2)變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，噴灌管網(wǎng)中的壓力傳感器對(duì)分干管末端時(shí)刻變化的水壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器傳給PLC，PLC把該電壓信號(hào)與程序中設(shè)定的水壓值進(jìn)行PID處理(PID就是比例加微分加積分控制規(guī)律，具有提高系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度等優(yōu)點(diǎn))，然后將PID處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)過(guò)D／A轉(zhuǎn)換模言，所有這些應(yīng)用都有著相似的要求，即以較低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)更高的性能。本文選擇TI。V2543型A／D轉(zhuǎn)換器。4PLC選擇原則PLC(可編程邏輯控制器)是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子控制裝置。它采用可編程的儲(chǔ)存器，用來(lái)儲(chǔ)存用戶的指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入／輸出。完成一系列的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等確定的功能，來(lái)控制各種類型的機(jī)電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬暈的控制裝置，例如電機(jī)的啟停，電磁閽的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的這些自動(dòng)控制問(wèn)題，用PLC來(lái)解決已成為最有效的工具之一…。本文選用三菱FX2N-32MT型PLC。I／O總數(shù)：32，輸入數(shù)目：16，輸出數(shù)日：16。5PLC控制系統(tǒng)程序框圖一級(jí)泉站PLC程序框圖(見圖2所示)。二級(jí)采站PLC程序框圖(見圖3所示)。6結(jié)論本文采用PLC對(duì)茶苗苗圃微噴灌系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，提高了系統(tǒng)對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)能力，增加了系統(tǒng)的可靠性和安全性；特別是采用變頻調(diào)速系統(tǒng)控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了恒壓噴灌，保持了整個(gè)茶苗苗圃噴灌區(qū)噴灌的均勻度。實(shí)現(xiàn)J，如卜．效益：一是由于應(yīng)用了變頻技術(shù)，因此減少了無(wú)功功率，水泵電機(jī)功率得以提高；二是電機(jī)水泵啟動(dòng)電流大幅度減小，有效地減少了電機(jī)啟動(dòng)大電流對(duì)設(shè)備用電網(wǎng)的沖擊，減少了維修費(fèi)用；三是由于管網(wǎng)巾的水壓可任意調(diào)節(jié)，因此町將水泵揚(yáng)程調(diào)節(jié)到比較理想的值，以最大限度地節(jié)約能源；四是由于該系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)，因此大幅度減少了因人工操作失誤而引起的事故，從而提高了控制的精確性和可靠性，同時(shí)達(dá)到了節(jié)水的目的。參考文獻(xiàn)：[1]李遠(yuǎn)華．節(jié)水灌溉理論與技術(shù)[M]．武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，1999，1，