基于單片機的茶苗苗圃微噴灌自動化控制系統(tǒng)

托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時代！基于單片機的茶苗苗圃微噴灌自動化控制系統(tǒng)摘要：節(jié)水農(nóng)業(yè)是我國農(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，本文通過分析和總結(jié)目前噴灌中存在的問題，研究了一套茶苗苗圃微噴灌自動化控制系統(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。對于林業(yè)苗圃的灌溉管理由于經(jīng)濟技術(shù)等原因，我國目前基本上是以簡易的灌溉設(shè)施或自然降雨為主。這種灌溉方法只能改變土壤濕度，對苗圃植物生長發(fā)育的小氣候影響小，灌水定額較大，不能實行適時適量灌溉，水的利用率低…。本文設(shè)計了夏云農(nóng)場的茶苗苗圃微噴灌自動化控制系統(tǒng)。茶苗苗圃總面積38．5畝，根據(jù)夏云農(nóng)場的實際情況和要求，苗圃管網(wǎng)設(shè)計采用三級管道豐字型布置，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)由一級泵站，二級泵站和動力機，輸配水管道系統(tǒng)，噴頭以及附屬設(shè)備等組成。一級泵站由蔭臺300JCl30-12×13深井泵(包含兩臺配套1IOKW電機)構(gòu)成，二級泵站由兩臺犁號為JSl00—80—160水泵機組構(gòu)成。一級泵站從井中抽水至水塔，二級泵站從水塔抽水送至噴頭對茶苗苗圃進行加壓灌溉。l噴灌系統(tǒng)工作原理及設(shè)計本文設(shè)計了一套由PLC可編程控制器和變頻器聯(lián)合控制的自動噴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)能精確控制一級泵站和二級泉站水泵電機啟停，從而使苗圃噴灌自動化，并且實現(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)計一級泵站水位控制系統(tǒng)由PLC作為控制單元實現(xiàn)自動控制，安裝在水塔內(nèi)的水位變送器能將水塔內(nèi)時刻變化的水位信號變換成電流信號(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)，通過信號調(diào)理傳送給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A／D)，然后到達(dá)PLC，PLC把該電流信號與程序中設(shè)定的水位值進行比較分析和處理后，經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，從而控制電機水泵的啟停。當(dāng)水位達(dá)水塔的低限位時，PLC控制系統(tǒng)給出啟動水泵的信號，水泵將從水井中抽水到水塔。當(dāng)水位達(dá)高限時，PLC控制系統(tǒng)將給出停止水泵運行的信號。1．2濕度控制系統(tǒng)設(shè)計二級泵站濕度控制系統(tǒng)的反饋信號來自于苗圃內(nèi)十壤中安裝的濕度傳感器?？刂葡到y(tǒng)由PLC作為控制單元實現(xiàn)自動控制，安裝在十壤中的多個濕度傳感器能將土壤中時刻變化的濕度信號變換成電壓信號，(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)，通過信號調(diào)理后傳送給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A／D)，然后到達(dá)PLC，PLC把該電壓信號所對應(yīng)的濕度信號與程序中設(shè)定的濕度值進行比較分析和處理后，經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，從而控制四級泵站的電機水泵的啟停。2恒壓噴灌控制原理(1)在噴灌過程中，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。因為本文所選的噴頭型號相同、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，苗圃區(qū)內(nèi)的每個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)。通過對分干管末端的壓力進行檢測控制，變頻器使電機有效的進行調(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)變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)工作原理。系統(tǒng)正常運行時，噴灌管網(wǎng)中的壓力傳感器對分干管末端時刻變化的水壓信號進行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號通過A／D轉(zhuǎn)換器傳給PLC，PLC把該電壓信號與程序中設(shè)定的水壓值進行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)，然后將PID處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換模言，所有這些應(yīng)用都有著相似的要求，即以較低的價格實現(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)字計算機技術(shù)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置。它采用可編程的儲存器，用來儲存用戶的指令，通過數(shù)字或模擬的輸入／輸出。完成一系列的邏輯、順序、定時、計數(shù)、運算等確定的功能，來控制各種類型的機電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過程。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，例如電機的啟停，電磁閽的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，用PLC來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)程序框圖一級泉站PLC程序框圖(見圖2所示)。二級采站PLC程序框圖(見圖3所示)。6結(jié)論本文采用PLC對茶苗苗圃微噴灌系統(tǒng)進行自動化控制，提高了系統(tǒng)對突發(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)控制水泵電機的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)實現(xiàn)了恒壓噴灌，保持了整個茶苗苗圃噴灌區(qū)噴灌的均勻度。實現(xiàn)J，如卜．效益：一是由于應(yīng)用了變頻技術(shù)，因此減少了無功功率，水泵電機功率得以提高；二是電機水泵啟動電流大幅度減小，有效地減少了電機啟動大電流對設(shè)備用電網(wǎng)的沖擊，減少了維修費用；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，同時達(dá)到了節(jié)水的目的。參考文獻：[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，