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智能自动灌溉系统的设计与实现

发布时间:2020-07-01 01:40:06 阅读: 来源:双层玻璃杯厂家

O 引言 水是生命的基础,植物正常的生命活动就是建立在不断地吸水、传导与运输、利用和散失的过程之上。在我国水资源却严重不足,使我国成为世界上13个淡水资源最贫乏的国家之一。人均占有淡水资源仅为世界人均占有量的四分之一。水资源的匮乏给我国农业发展带来了极大的障碍和困难。农作物生长的土壤需要保持一定的湿度,人们通常根据种植的经验对农作物进行灌溉,不能及时或不能精确地控制浇水的多少,往往造成大水漫灌,在很大程度上白白地浪费掉一大部分水资源。如何利用有限的水资源,走“节水农业”已经成为农业生产获得最佳的效益和持续稳定发展的增长点。因此使用自来水发电的智能灌溉系统,控制喷灌和微灌系统,能有效地减少田间灌水过程中的渗漏和蒸发损失。现有的灌溉系统都要外接电源,存在一定的安全隐患且较麻烦。本系统可在无供电条件的地区使用,其最大优点为节水、节能、节约劳动力。1 设计目标与实现方案描述 针对现有的自动灌溉系统都需要外加电源供电,存在一定安全隐患,而且现有的自动灌溉装置的程序一般固化在系统的程序存储器内,只能简单地设置灌溉时间及循环时间,不能灵活根据季节不同自动调节等缺点,该系统将小型直流发电机接上风叶至于密封特制的盒子中,用水流带动风叶旋转来发电,再将电能储存到蓄电池中以给监控电路和电磁阀供电。该装置是以湿敏电阻和光敏电阻检测信号,自来水发电用作供电的一种无需外接电源的自动灌溉装置。该装置监控电路由信号采集部分,灌溉控制部分,电源部分,执行部分4部分组成。如图1所示。

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1.1 信号采集部分1.1.1 土壤湿度检测 采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器,它在25℃时响应时间小于5 s,检测土壤含水量范围为O~100%。 当湿敏传感器插入土壤时,由于土壤含水量不同,使得湿敏传感器的阻值也不同。通过湿敏电阻和IC1NE555判断湿度强弱,如果是土壤较干燥,湿敏电阻阻值较大,NE555翻转,输出高电平(约为电源电压)。 调整时,将湿敏电阻插入水内,调Rp1使NE555的3脚输出为12 V,然后将湿敏电阻从水中取出并擦干,调Rp1使输出0 V,这样反复调节多次即可达到要求。1.1.2 日光强弱检测 通过光敏电阻和NE555判断光线是否强烈,如果是中午光线较强烈,IC2 NE555的3脚输出低电平,此时无论土壤干燥与否均不浇水。此处用NE555进行判断,当傍晚日光较弱,光敏电阻阻值较大NE555翻转,输出高电平(为电源电压)。1.2 灌溉控制1.2.1 与门判断 当IC1和IC2同时输出高电平时,IC3 CD4073输出高电平。无论IC1和IC2中任一不满足条件,IC3都输出低电平。1.2.2 延时电路 通过CD4060和电容电阻和可调电阻组成的震荡电路实现延时从CD4060开始工作到进入保持状态这段时间就是灌溉时间。可调节Rp3的阻值来改变延时时间。1.3 电源部分 由于自来水在水管中流动的速度较快,可以把其中的部分动能回收利用。用自来水压力推动风叶片带动微型的发电机,将发电机发出电能存储到锂电池中,再通过升压电路将锂电池中电能转存到6 V或者12V蓄电池中。用这部分电能为自动灌溉监控电路提供电能。1.4 执行部分 使用湿度检测部分输出的电压来控制继电器的吸合,进而控制电磁阀的通断,实施自动灌溉。 电磁阀与电源间加一开关,使其可强制打开和关闭。当想欣赏灌溉美景时,强制打开电磁阀即可。2 结语 试验证明该装置具有下述优点: (1)系统稳定性好。电路主要由模拟电路构成,要求精度不高,稳定性好,监控范围和延时时间都可调节。 (2)安全性高。本装置由自来水发电,输出为低电压,无任何安全隐患。 (3)成本低。该装置无需外接电源,无噪音、造价低、体积小、适用范围广泛,很容易推广使用。 (4)环保。自来水发电节约能源,无污染,保护,环境。 (5)可与园林开发商合作,可为种植业节省大量的人力、物力,该节能设备将成为种植业的受益点。 (6)可用于偏远山村,电力不发达的地方,使当地的经济作物生长的更好。

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