【正文】 。這樣，種植人員可以隨身攜帶一個(gè)設(shè)顯儀去巡查所有作物的種植生長(zhǎng)狀況，十分方便。 以上是控制儀設(shè)計(jì)方案的總體構(gòu)思，下面就對(duì)自動(dòng)節(jié)水灌溉控制儀設(shè)計(jì)進(jìn)行具體介紹。 一、檢測(cè)結(jié)果處理 測(cè)控儀的首要工作就是要將土壤水分傳感器和溫度傳感器傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。一般的信號(hào)轉(zhuǎn)換都采用A/D轉(zhuǎn)換器，但是A/D轉(zhuǎn)換器比較貴，需要根據(jù)轉(zhuǎn)換精度來(lái)選擇且轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)間的關(guān)系計(jì)算比較復(fù)雜。除A/D轉(zhuǎn)換器外，V/F轉(zhuǎn)換也是近年來(lái)使用得較多的信號(hào)轉(zhuǎn)換方法。LM331是用得較多的一種V/F轉(zhuǎn)換芯片，它的體積小，成本低，精度高，所需外圍元件少且輸入與輸出即V、F成線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換關(guān)系簡(jiǎn)單。基于LM331的上述優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)控儀檢測(cè)結(jié)果的處理中使用LM331進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。 LM331與溫度傳感器LM35只需使用少量元器件就能構(gòu)成線性關(guān)系很好的V/F轉(zhuǎn)換。土壤水分傳感器傳送過(guò)來(lái)的是標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA電流，只要經(jīng)過(guò)250歐姆的標(biāo)準(zhǔn)電阻取樣就能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，與LM331也能夠成線性關(guān)系很好的V/F轉(zhuǎn)換。 : 式中，RS是RSI和RsZ的電阻之和，Vin的單位為伏特，輸出頻率Fout的單位是HZ。 從上面的公式可以看出，只要選擇好Rs、RL、Rt、Ct的參數(shù)值，輸入和輸出就會(huì)有很好的線性關(guān)系。 二、灌溉的控制 ，目前我國(guó)各設(shè)施農(nóng)業(yè)中灌溉輸水控制設(shè)備很不統(tǒng)一，有電機(jī)、水泵、電磁閥等，要使測(cè)控儀的控制信號(hào)具有通用性就要用測(cè)控儀的控制信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)，而這個(gè)開關(guān)去控制灌溉輸水控制設(shè)備的電源的通斷，從而達(dá)到測(cè)控儀控制灌溉的目的。繼電器是目前使用得最廣泛的可控開關(guān)，性能也比較可靠，因此在測(cè)控儀設(shè)計(jì)時(shí)就選用繼電器來(lái)作控制灌溉輸水控制設(shè)備電源的開關(guān)。 繼電器有大有小，有交流控制也有直流控制，它的觸點(diǎn)開關(guān)既能通過(guò)直流也能通過(guò)交流。由于是測(cè)控儀直接控制繼電器開關(guān)的吸合，因此，要選用直流控制的繼電器。這種直流控制的繼電器功率一般較小，不能承受大電流交流電流過(guò)。對(duì)于交、直流供電且電流較小的灌溉輸水控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，可以直接用這種繼電器來(lái)控制。但是對(duì)于交流供電且電流較大的灌溉輸水控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，就不能直接用這種繼電器來(lái)控制電源。這時(shí)，可以再加一個(gè)可通過(guò)較大電流的交流繼電器，用直流小功率繼電器去控制大功率交流繼電器，大功率交流繼電器又去控制灌溉輸水控制設(shè)備的交流電源，這樣測(cè)控儀同樣可以實(shí)現(xiàn)灌溉的控制。也就是說(shuō)，測(cè)控儀給出的控制信號(hào)具有通用性。 三、傳感器的數(shù)量與工作方式 土壤水分是灌溉控制的最重要參數(shù)，但是一個(gè)土壤水吸力傳感器只能測(cè)一個(gè)小范圍內(nèi)的土壤水分，這一小范圍往往不能代表一大片土壤的含水情況，而一片大田里往往種有很多株作物，要在每一株作物附近插一個(gè)傳感器測(cè)土壤水分又是不現(xiàn)實(shí)的。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)中土壤比較平整均勻，具有一定的一致性，可以在一定面積范圍的土壤內(nèi)設(shè)置幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)，取幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均值來(lái)代表這一面積范圍土壤的含水狀況，這樣既可以不需要太多的成本去購(gòu)置傳感器又可以使土壤水分的 測(cè)量比較平均準(zhǔn)確。因此測(cè)控儀設(shè)計(jì)連接了三個(gè)負(fù)壓式土壤水分傳感器，用四個(gè)傳感器稍嫌太多，而兩個(gè)又太少，三個(gè)比較合適。 對(duì)于溫度傳感器數(shù)量的選擇，考慮到一塊地的溫度不會(huì)有太大的差別，且土壤溫度只是起參考的作用，因此在簡(jiǎn)化系統(tǒng)、減少成本的前提下只需用一個(gè)溫度傳感器測(cè)土壤溫度就可以了。 此外，對(duì)于三個(gè)土壤水分傳感器測(cè)控儀可以有兩種不同的控制方式。第一種方式，當(dāng)測(cè)控儀用來(lái)控制較大一片土壤的灌溉時(shí)，可以將三個(gè)傳感器均勻分布埋設(shè)在這片土壤里，再取三個(gè)傳感器測(cè)量的平均值來(lái)表示整片土壤的含水狀況，根據(jù)這個(gè)平均值來(lái)控制灌溉。第二種方式，三個(gè)傳感器可以獨(dú)立的控制灌溉。測(cè)控儀設(shè)置了三組獨(dú)立的繼電器，在第二種控制方式下，每一組繼電器對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器，每組繼電器可以獨(dú)立的設(shè)定不同的灌溉方式，根據(jù)對(duì)應(yīng)的傳感器所測(cè)的土壤水分 數(shù)據(jù)獨(dú)立的控制灌溉。這樣，在控制土壤面積不大的情況下，測(cè)控儀就可以獨(dú)立控制三塊地，這也就增大了測(cè)控儀的工作量，從分發(fā)揮的測(cè)控儀的潛力。同時(shí)第二種控制方式還可以用于花卉、盆景等經(jīng)濟(jì)植物的栽培中，分別將三個(gè)傳感器插在不同種類的花卉盆或盆景中，根據(jù)不同種類花卉或盆景對(duì)水分的不同要求設(shè)置不同的土壤缺水判斷標(biāo)準(zhǔn)和灌溉方式。一般花卉和盆景對(duì)水分的要求是比較苛刻的，用自動(dòng)化節(jié)水灌溉控制儀來(lái)培養(yǎng)花卉或盆景，可以收到不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效果。目前，國(guó)外也有一些專門針對(duì)花卉培養(yǎng)的自動(dòng)控制灌溉設(shè)備，也都收到了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效果。 四、灌溉方式 ，針對(duì)不同的作物和不同的土壤測(cè)控儀需要有不同的土壤缺水判斷標(biāo)準(zhǔn)和灌溉方式。這里所說(shuō)的土壤缺水判斷標(biāo)準(zhǔn)指的就是作物缺水或是不缺水狀態(tài)下土壤水吸力的界限值。測(cè)控儀根據(jù)要求設(shè)置了三種灌溉方式以供操作者在面對(duì)不同土質(zhì)時(shí)選擇使用。 (1)上下限澆灌方式 在這種澆灌方式下，可以設(shè)定土壤水吸力上限值(Pu)、下限值(Pd)和溫度(T)三個(gè)參數(shù)。 當(dāng)測(cè)控儀檢測(cè)到土壤水吸力大于上限值時(shí)，表示作物缺水，控制儀給出控制信號(hào)，控制澆水。當(dāng)測(cè)控儀檢測(cè)到土壤水吸力低于下限值時(shí)，表示澆水足夠，停止?jié)菜?。測(cè)控儀在檢測(cè)土壤水吸力的同時(shí)還要檢測(cè)溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)立即停止?jié)菜?，以免在低溫下澆水凍傷作物? 這種灌溉方式是針對(duì)那些滲水快的土壤設(shè)計(jì)的，當(dāng)灌溉后水能很快下滲，不需要延時(shí)等待。 (2)延時(shí)澆灌方式 在這種澆灌方式下，可以設(shè)定土壤水吸力上限值(Pu)、延時(shí)時(shí)間(tl)和溫度(T)三個(gè)參數(shù)。當(dāng)測(cè)控儀檢測(cè)到土壤水吸力大于上限值時(shí)，表示作物缺水，控制儀給出控制信號(hào)，控制澆水。當(dāng)澆水時(shí)間達(dá)到延時(shí)時(shí)間t1后，表示澆水足夠，測(cè)控儀停止?jié)菜?。同樣，測(cè)控儀也需要檢測(cè)土壤溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)立即停止?jié)菜?，以免在低溫下澆水凍傷作物? 這種灌溉方式是針對(duì)對(duì)灌溉系統(tǒng)比較熟悉，預(yù)先知道灌溉量的情況設(shè)計(jì)的。即管理人員對(duì)灌溉系統(tǒng)很熟悉，知道它一分鐘能夠澆多少水，同時(shí)也知道某種作物在缺水后需要補(bǔ)充多少水分，這時(shí)管理員就可以設(shè)定一定的延時(shí)時(shí)間，澆夠確知的作物需水量后就停止?jié)补唷? (3)綜合澆灌方式 在這種澆灌方式下，可以設(shè)定土壤水吸力上限值(Pu)、下限值(Pd)、延時(shí)時(shí)間(tt2)和溫度(T)五個(gè)參數(shù)。 當(dāng)測(cè)控儀檢測(cè)到土壤水吸力大于上限值時(shí)，表示作物缺水，控制儀給出控制信號(hào)開始澆水。澆水時(shí)間達(dá)到延時(shí)時(shí)間t1后，停止?jié)菜⒌却譂B入土壤，當(dāng)?shù)却龝r(shí)間達(dá)到t2后，再檢測(cè)土壤水吸力，如果土壤水吸力低于下限值Pd則表示澆水已足夠，測(cè)控儀就停止?jié)菜?。如果土壤水吸力大于下限值Pd則表示還需要澆水，則控制儀繼續(xù)澆水，時(shí)間達(dá)到t1就停止，再等待，再檢測(cè)，如此循環(huán)，知道土壤水吸力低于下限值Pd。同上面兩種灌溉方式一樣，這種灌溉方式也需要檢測(cè)溫度， 當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)立即停止?jié)菜? 這種灌溉方式是針對(duì)滲水較慢的土壤設(shè)計(jì)的，在灌溉后需要一定的下滲等待時(shí)間，操作人員可以根據(jù)不同土壤不同要求設(shè)定下滲等待時(shí)間。 上述三種灌溉方式是基于可能遇到的土壤類型設(shè)置的，基本上能夠滿足測(cè)控儀工作時(shí)的要求。 測(cè)控儀的功能主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分和土壤溫度，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理，并判斷當(dāng)前作物的生長(zhǎng)狀況是否處于缺水狀態(tài)，若缺水就給出澆水信號(hào)進(jìn)行澆水，若是作物處于不缺水狀態(tài)就不澆水或是停止?jié)菜? 一、前面板。 由于測(cè)控與設(shè)顯分開設(shè)計(jì)成兩臺(tái)儀器，測(cè)控儀上就沒(méi)有工況顯示，但是當(dāng)種植者在田間巡查又不必?cái)y帶設(shè)顯儀修改參數(shù)時(shí)，需要知道測(cè)控儀是否工作正常，或是測(cè)控儀處于哪種工作狀態(tài)，這就需要在測(cè)控儀的前面板上設(shè)置指示燈，讓種植者能夠知道測(cè)控儀當(dāng)前的工作狀態(tài)。 從測(cè)控儀的前面板上可以看到測(cè)控儀的當(dāng)前工作狀態(tài)，如果測(cè)控儀工作正常則工作燈亮，如果正在澆水則澆水燈亮。測(cè)控儀當(dāng)前的工作方式(方式1:取三個(gè)土壤水吸力傳感器平均值控制操作。方式2:三個(gè)土壤水吸力傳感器獨(dú)立工作)和灌溉方式(上下限、延時(shí)、綜合)也可以通過(guò)指示燈指示出來(lái)。 通訊接口用來(lái)與設(shè)顯儀通訊，接受通過(guò)設(shè)顯儀設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)。將通訊接口放在前面板，在與設(shè)顯儀連接時(shí)就會(huì)比較方便。 二、測(cè)控儀后面板。 后面板上主要是傳感器的檢測(cè)信號(hào)輸入和電磁閥的控制信號(hào)輸出。這些信號(hào)輸入通道放在測(cè)控儀的后面板也是處于習(xí)慣與方便連接的考慮。 當(dāng)測(cè)控儀工作于方式1時(shí)，只有第一路輸出控制信號(hào)控制灌溉，當(dāng)測(cè)控儀工作于方式2時(shí)，三路分別獨(dú)立的輸出控制信號(hào)控制灌溉。 測(cè)控儀采用單片機(jī)控制，它的電路設(shè)計(jì)主要包括四部分，即對(duì)傳感器檢測(cè)結(jié)果的處理電路、與設(shè)顯儀的通訊電路、繼電器控制電路及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路。 土壤水分傳感器和溫度傳感器的檢測(cè)結(jié)果信號(hào)轉(zhuǎn)換處理采用LM331進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換。但是土壤水分傳感器與溫度傳感器加起來(lái)一共有四路檢測(cè)結(jié)果需要進(jìn)行V/F變換，如果使用四個(gè)LM331顯得有些累贅。由于四個(gè)傳感器的V/F轉(zhuǎn)換可以使用相同的轉(zhuǎn)換關(guān)系，因此，為減少器件，只用一個(gè)LM331進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，采用一個(gè)模擬開關(guān)進(jìn)行切換，這樣四路傳感器信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)換。 與設(shè)顯儀的通訊采用232串行通訊，這樣，測(cè)控儀即能與設(shè)顯儀通訊也能與上位機(jī)通訊。 測(cè)控儀的灌溉控制部分采用繼電器來(lái)控制，繼電器相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，通過(guò)這個(gè)開關(guān)控制灌溉，而它的閉合與斷開由測(cè)控儀控制。由于有三個(gè)土壤水吸力傳感器，所以就需要三個(gè)繼電器，當(dāng)工作于控制方式l時(shí)，只用一個(gè)繼電器去控制灌溉。當(dāng)工作于控制方式2時(shí)，三個(gè)繼電器就分別獨(dú)立地控制三個(gè)灌溉系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用28C64，它能實(shí)現(xiàn)掉電保存，且容量較大，能存較多數(shù)據(jù)，利于儀器功能擴(kuò)展。需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要是設(shè)定的控制方式、灌溉方式及其灌溉參數(shù)等。，具體電路圖見(jiàn)附圖A。 測(cè)控儀的軟件設(shè)計(jì)主要有兩部分，即檢測(cè)控制和通訊。 檢測(cè)控制就是監(jiān)測(cè)土壤水分與溫度，并根據(jù)設(shè)定定的灌溉方式及參數(shù)判斷是否需要澆水，給出控制信號(hào)。通訊即是與設(shè)顯儀通訊，接受設(shè)定的灌溉參數(shù)并發(fā)送經(jīng)過(guò)處理后的土壤水分與溫度數(shù)據(jù)給設(shè)顯儀顯示。 一、檢測(cè)控制程序流程圖R工為通訊接收完數(shù)據(jù)后申請(qǐng)中斷標(biāo)志位，程序循環(huán)檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)。 二、通訊程序流程圖。 在通訊程序中，接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)后對(duì)其進(jìn)行判斷，為OFFH表示設(shè)顯儀已接入測(cè)控儀請(qǐng)求通訊，測(cè)控儀則把存儲(chǔ)的各項(xiàng)設(shè)定參數(shù)及當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給設(shè)顯儀。43 / 4