《電子技術(shù)應(yīng)用》
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智能自動灌溉系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
現(xiàn)代電子技術(shù)
李凱 歐丹 吳云
摘要: 水是生命的基礎(chǔ),,植物正常的生命活動就是建立在不斷地吸水、傳導(dǎo)與運輸,、利用和散失的過程之上,。在我國水資源卻嚴重不足,,使我國成為世界上13個淡水資源最貧乏的國家之一。人均占有淡水資源僅為世界人均占有量的四分之一,。水資源的匱乏給我國農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了極大的障礙和困難,。農(nóng)作物生長的土壤需要保持一定的濕度,人們通常根據(jù)種植的經(jīng)驗對農(nóng)作物進行灌溉,不能及時或不能精確地控制澆水的多少,,往往造成大水漫灌,,在很大程度上白白地浪費掉一大部分水資源。如何利用有限的水資源,,走“節(jié)水農(nóng)業(yè)”已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得最佳的效益和持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的增長點,。因此使用自來水發(fā)電的智能灌溉系統(tǒng),控制噴灌和微灌系統(tǒng),,能有效地減少田間灌水過程中的滲漏和蒸發(fā)損失?,F(xiàn)有的灌溉系統(tǒng)都要外接電源,,存在一定的安全隱患且較麻煩,。本系統(tǒng)可在無供電條件的地區(qū)使用,其最大優(yōu)點為節(jié)水,、節(jié)能,、節(jié)約勞動力。
Abstract:
Key words :
</a><自動灌溉系統(tǒng)" title="自動灌溉系統(tǒng)">自動灌溉系統(tǒng)" title="自動灌溉系統(tǒng)">自動灌溉系統(tǒng)都需要外加電源供電,,存在一定安全隱患,,而且現(xiàn)有的自動灌溉裝置的程序一般固化在系統(tǒng)的程序存儲器內(nèi),只能簡單地設(shè)置灌溉時間及循環(huán)時間,,不能靈活根據(jù)季節(jié)不同自動調(diào)節(jié)等缺點,,該系統(tǒng)將小型直流發(fā)電機接上風(fēng)葉至于密封特制的盒子中,用水流帶動風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)來發(fā)電,,再將電能儲存到蓄電池中以給監(jiān)控電路和電磁閥供電,。該裝置是以濕敏電阻和光敏電阻檢測信號,自來水發(fā)電用作供電的一種無需外接電源的自動灌溉裝置,。該裝置監(jiān)控電路由信號采集部分,,灌溉控制部分,電源部分,,執(zhí)行部分4部分組成,。如圖1所示。

實現(xiàn)方案

  1.1 信號采集部分

  1.1.1 土壤濕度檢測

  采用硅濕敏電阻作為檢測土壤濕度的傳感器,,它在25℃時響應(yīng)時間小于5 s,,檢測土壤含水量范圍為O~100%。

  當濕敏傳感器插入土壤時,,由于土壤含水量不同,,使得濕敏傳感器的阻值也不同。通過濕敏電阻和IC1NE555判斷濕度強弱,,如果是土壤較干燥,,濕敏電阻阻值較大,NE555翻轉(zhuǎn),輸出高電平(約為電源電壓),。

  調(diào)整時,,將濕敏電阻插入水內(nèi),調(diào)Rp1使NE555的3腳輸出為12 V,,然后將濕敏電阻從水中取出并擦干,,調(diào)Rp1使輸出0 V,這樣反復(fù)調(diào)節(jié)多次即可達到要求,。

  1.1.2 日光強弱檢測

  通過光敏電阻和NE555判斷光線是否強烈,,如果是中午光線較強烈,IC2 NE555的3腳輸出低電平,,此時無論土壤干燥與否均不澆水,。此處用NE555進行判斷,當傍晚日光較弱,,光敏電阻阻值較大NE555翻轉(zhuǎn),,輸出高電平(為電源電壓)。

  1.2 灌溉控制

  1.2.1 與門判斷

  當IC1和IC2同時輸出高電平時,,IC3 CD4073輸出高電平,。無論IC1和IC2中任一不滿足條件,IC3都輸出低電平,。

  1.2.2 延時電路

  通過CD4060和電容電阻和可調(diào)電阻組成的震蕩電路實現(xiàn)延時從CD4060開始工作到進入保持狀態(tài)這段時間就是灌溉時間,。可調(diào)節(jié)Rp3的阻值來改變延時時間,。

  1.3 電源部分

  由于自來水在水管中流動的速度較快,,可以把其中的部分動能回收利用。用自來水壓力推動風(fēng)葉片帶動微型的發(fā)電機,,將發(fā)電機發(fā)出電能存儲到鋰電池中,,再通過升壓電路將鋰電池中電能轉(zhuǎn)存到6 V或者12V蓄電池中。用這部分電能為自動灌溉監(jiān)控電路提供電能,。

  1.4 執(zhí)行部分

  使用濕度檢測部分輸出的電壓來控制繼電器的吸合,,進而控制電磁閥的通斷,實施自動灌溉,。

  電磁閥與電源間加一開關(guān),,使其可強制打開和關(guān)閉。當想欣賞灌溉美景時,,強制打開電磁閥即可,。

  2 結(jié)語

  試驗證明該裝置具有下述優(yōu)點:

  (1)系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電路主要由模擬電路構(gòu)成,,要求精度不高,,穩(wěn)定性好,,監(jiān)控范圍和延時時間都可調(diào)節(jié)。

  (2)安全性高,。本裝置由自來水發(fā)電,,輸出為低電壓,無任何安全隱患,。

  (3)成本低,。該裝置無需外接電源,無噪音,、造價低,、體積小、適用范圍廣泛,,很容易推廣使用,。

  (4)環(huán)保。自來水發(fā)電節(jié)約能源,,無污染,,保護,,環(huán)境,。

  (5)可與園林開發(fā)商合作,可為種植業(yè)節(jié)省大量的人力,、物力,,該節(jié)能設(shè)備將成為種植業(yè)的受益點。

  (6)可用于偏遠山村,,電力不發(fā)達的地方,,使當?shù)氐慕?jīng)濟作物生長的更好。

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