【正文】 在通訊程序中，接收到第一個數(shù)據(jù)后對其進行判斷，為OFFH表示設(shè)顯儀已接入測控儀請求通訊，測控儀則把存儲的各項設(shè)定參數(shù)及當(dāng)前檢測結(jié)果發(fā)送給設(shè)顯儀。 一、檢測控制程序流程圖R工為通訊接收完數(shù)據(jù)后申請中斷標(biāo)志位，程序循環(huán)檢測是否有數(shù)據(jù)發(fā)送過來。 檢測控制就是監(jiān)測土壤水分與溫度，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。，具體電路圖見附圖A。 數(shù)據(jù)存儲采用28C64，它能實現(xiàn)掉電保存，且容量較大，能存較多數(shù)據(jù)，利于儀器功能擴展。由于有三個土壤水吸力傳感器，所以就需要三個繼電器，當(dāng)工作于控制方式l時，只用一個繼電器去控制灌溉。 與設(shè)顯儀的通訊采用232串行通訊，這樣，測控儀即能與設(shè)顯儀通訊也能與上位機通訊。但是土壤水分傳感器與溫度傳感器加起來一共有四路檢測結(jié)果需要進行V/F變換，如果使用四個LM331顯得有些累贅。 測控儀采用單片機控制，它的電路設(shè)計主要包括四部分，即對傳感器檢測結(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)存儲電路。這些信號輸入通道放在測控儀的后面板也是處于習(xí)慣與方便連接的考慮。 二、測控儀后面板。 通訊接口用來與設(shè)顯儀通訊，接受通過設(shè)顯儀設(shè)定的各項參數(shù)。測控儀當(dāng)前的工作方式(方式1:取三個土壤水吸力傳感器平均值控制操作。 由于測控與設(shè)顯分開設(shè)計成兩臺儀器，測控儀上就沒有工況顯示，但是當(dāng)種植者在田間巡查又不必攜帶設(shè)顯儀修改參數(shù)時，需要知道測控儀是否工作正常，或是測控儀處于哪種工作狀態(tài)，這就需要在測控儀的前面板上設(shè)置指示燈，讓種植者能夠知道測控儀當(dāng)前的工作狀態(tài)。 測控儀的功能主要是實時監(jiān)測土壤水分和土壤溫度，對檢測結(jié)果進行處理，并判斷當(dāng)前作物的生長狀況是否處于缺水狀態(tài)，若缺水就給出澆水信號進行澆水，若是作物處于不缺水狀態(tài)就不澆水或是停止?jié)菜? 這種灌溉方式是針對滲水較慢的土壤設(shè)計的，在灌溉后需要一定的下滲等待時間，操作人員可以根據(jù)不同土壤不同要求設(shè)定下滲等待時間。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，時間達到t1就停止，再等待，再檢測，如此循環(huán)，知道土壤水吸力低于下限值Pd。 當(dāng)測控儀檢測到土壤水吸力大于上限值時，表示作物缺水，控制儀給出控制信號開始澆水。即管理人員對灌溉系統(tǒng)很熟悉，知道它一分鐘能夠澆多少水，同時也知道某種作物在缺水后需要補充多少水分，這時管理員就可以設(shè)定一定的延時時間，澆夠確知的作物需水量后就停止?jié)补?。同樣，測控儀也需要檢測土壤溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時立即停止?jié)菜?，以免在低溫下澆水凍傷作物。?dāng)測控儀檢測到土壤水吸力大于上限值時，表示作物缺水，控制儀給出控制信號，控制澆水。 這種灌溉方式是針對那些滲水快的土壤設(shè)計的，當(dāng)灌溉后水能很快下滲，不需要延時等待。當(dāng)測控儀檢測到土壤水吸力低于下限值時，表示澆水足夠，停止?jié)菜? (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)三個參數(shù)。這里所說的土壤缺水判斷標(biāo)準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。目前，國外也有一些專門針對花卉培養(yǎng)的自動控制灌溉設(shè)備，也都收到了不錯的經(jīng)濟效果。同時第二種控制方式還可以用于花卉、盆景等經(jīng)濟植物的栽培中，分別將三個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水分的不同要求設(shè)置不同的土壤缺水判斷標(biāo)準和灌溉方式。測控儀設(shè)置了三組獨立的繼電器，在第二種控制方式下，每一組繼電器對應(yīng)一個傳感器，每組繼電器可以獨立的設(shè)定不同的灌溉方式，根據(jù)對應(yīng)的傳感器所測的土壤水分 數(shù)據(jù)獨立的控制灌溉。第一種方式，當(dāng)測控儀用來控制較大一片土壤的灌溉時，可以將三個傳感器均勻分布埋設(shè)在這片土壤里，再取三個傳感器測量的平均值來表示整片土壤的含水狀況，根據(jù)這個平均值來控制灌溉。 對于溫度傳感器數(shù)量的選擇，考慮到一塊地的溫度不會有太大的差別，且土壤溫度只是起參考的作用，因此在簡化系統(tǒng)、減少成本的前提下只需用一個溫度傳感器測土壤溫度就可以了。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)置幾個測試點，取幾個測試點的平均值來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置傳感器又可以使土壤水分的 測量比較平均準確。也就是說，測控儀給出的控制信號具有通用性。但是對于交流供電且電流較大的灌溉輸水控制設(shè)備來說，就不能直接用這種繼電器來控制電源。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。 繼電器有大有小，有交流控制也有直流控制，它的觸點開關(guān)既能通過直流也能通過交流。 二、灌溉的控制 ，目前我國各設(shè)施農(nóng)業(yè)中灌溉輸水控制設(shè)備很不統(tǒng)一，有電機、水泵、電磁閥等，要使測控儀的控制信號具有通用性就要用測控儀的控制信號去控制一個開關(guān)，而這個開關(guān)去控制灌溉輸水控制設(shè)備的電源的通斷，從而達到測控儀控制灌溉的目的。 : 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。土壤水分傳感器傳送過來的是標(biāo)準的4~20mA電流，只要經(jīng)過250歐姆的標(biāo)準電阻取樣就能轉(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?；贚M331的上述優(yōu)點，在測控儀檢測結(jié)果的處理中使用LM331進行信號轉(zhuǎn)換。除A/D轉(zhuǎn)換器外，V/F轉(zhuǎn)換也是近年來使用得較多的信號轉(zhuǎn)換方法。 一、檢測結(jié)果處理 測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的信號進行處理，轉(zhuǎn)換為單片機能夠識別的數(shù)字信號。這樣，種植人員可以隨身攜帶一個設(shè)顯儀去巡查所有作物的種植生長狀況，十分方便。 檢測控制與設(shè)定顯示分開的儀器可以分別叫做測控儀和設(shè)顯儀，在需要觀察當(dāng)前土壤情況或進行參數(shù)設(shè)定時，可以通過一個通訊接口將設(shè)顯儀與測控儀連接起來，通過設(shè)顯儀顯示測控儀所測當(dāng)前土壤狀況，或設(shè)定新的參數(shù)。如果將檢測控制和設(shè)定顯示分開設(shè)計成兩臺儀器，不僅可以減小單臺儀器的體積，還可以降低單臺儀器的成本。這是因為節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)是整天整夜不間斷地在田間工作的，如無特殊要求是不要需要操作者守在儀器旁邊監(jiān)視其工作的，特別是晚上，控制儀可以自己自動工作，因此在控制儀工作的大部分時間里工況顯示是沒有必要的，而土壤缺水判斷標(biāo)準和灌溉方式在一開始設(shè)定好后，在一段長間內(nèi)也不需要改變。工況顯示部分顯示土壤水分和溫度檢測結(jié)果及當(dāng)前控制儀工作狀態(tài)?？刂撇糠峙袛嘧魑锶彼疇顩r并給出灌溉控制信號。 控制儀的設(shè)計一般包括四個部分:檢測部分、控制部分、功能設(shè)定部分、工況顯示部分。因此，為使控制系統(tǒng)能適應(yīng)不同土壤的灌溉要求，就需要設(shè)計幾種不同的灌溉方式，針對不同的土壤選擇不同的與之相適應(yīng)的灌溉方式，以保證能夠達到節(jié)水的目的。而對于滲水能力弱的土壤，就會出現(xiàn)這種情況:實際澆水量已經(jīng)足夠，只是由于土壤滲水能力弱，水分不能及時滲入土壤深層，土壤水吸力傳感器測出土壤仍然缺水，控制儀控制灌溉設(shè)備繼續(xù)澆水，等到土壤水吸力傳感器測出土壤已不缺水并停止?jié)菜螅@時的澆水量已遠超過作物的需求量。 2 灌溉方式 不同的土壤滲水能力是不一樣的，比如砂土滲水能力很強，水分能很快的滲入土壤深層，而粘土滲水能力就較弱，需要經(jīng)過一段時間水才能滲入土壤深層。通過觀察不難發(fā)現(xiàn)，這些輸水設(shè)備都是通過接通電源工作的，如果給這些輸水設(shè)備的電源線上加一個開關(guān)，由控制系統(tǒng)來控制開關(guān)的閉合，那么控制系統(tǒng)就可以控制這些設(shè)備工作了，也即控制系統(tǒng)實現(xiàn)了灌溉的控制。有的使用電機輸水，有的通過水泵加壓，有的是電磁閥控制等等。因此，控制儀器在設(shè)計時就必須具有允許操作者通過鍵盤設(shè)定判斷土壤缺水標(biāo)準的功能，對不同作物農(nóng)業(yè)專家就可以憑經(jīng)驗設(shè)定不同的判斷值來實現(xiàn)作物按需灌溉，這樣，不僅能充分利用農(nóng)業(yè)專家的經(jīng)驗，還可以使自動化節(jié)水灌溉控制儀器適用于許多不同作物，提高了儀器的通用性。 但是，不同的作物對水分的需求是不一樣的，同一作物在不同的時期對分的需求也是不一樣的，就算是同一作物在同一時期它對水分的需求也是會隨著環(huán)境的不同而變化的，判斷土壤缺水沒有統(tǒng)一的標(biāo)準。土壤吸力越小，土壤含水量越多。負壓式土壤水分傳感器測出來的是土壤的水吸力。 因此，自動化節(jié)水灌溉控制儀器的主要工作就是對土壤水分和溫度進行監(jiān)測，并根據(jù)土壤水分傳感器與溫度傳感器傳送的當(dāng)前土壤水分與溫度信息進行判斷，在適宜澆水的溫度范圍內(nèi)，若土壤處于缺水狀態(tài)，就給出控制信號，控制灌溉設(shè)備進行澆灌，若是土壤不缺水就不澆灌或是給出停止?jié)补嗟目刂菩盘?。土壤水分通過負壓式土壤水分傳感器測量土壤水吸力獲得，土壤溫度則由半導(dǎo)體集成精密溫度傳感器LM35測量。 一、土壤墑情監(jiān)測與判斷 自動化節(jié)水灌溉控制設(shè)備研究的主要目的是為解決我國水資源緊缺問題，即節(jié)碩士論文智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)研究水，實現(xiàn)作物按需精確灌溉，因此，土壤水分是自動化設(shè)備主要監(jiān)測的土壤參數(shù)。=10mV/oC*(T環(huán)境+loC)()由于遙測的距離較長，從傳感器到并聯(lián)的電阻見的導(dǎo)線應(yīng)絞合。 LM35的基本電路十分簡單，其測溫范圍為2℃~150℃。使用中無須作O℃或20℃校準，其工作靈敏度為10mV/℃，工作電流56一80pA，℃(25℃時)。在一定的工作條件下，傳感器的輸出電壓V。因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計中選用LM35來測量土壤溫度。 從以上分析可以看出，半導(dǎo)體溫度傳感器由于具有小型化、線性好，低成本，易于電路設(shè)計或控制電路接口的優(yōu)點是最適合用在控制系統(tǒng)中測量土壤溫度的。 半導(dǎo)體溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度特性制成的。而銅熱電阻雖然價格便宜，但測溫范圍小，測溫精度不高，電路設(shè)計也比較復(fù)雜。常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。 熱電偶是根據(jù)熱電勢效應(yīng)原理測溫的，它是目前使用最廣泛的熱電式傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準確度高等特點，但是它需要進行溫度補償，比較麻煩。 測量溫度的傳感器有很多，而控制系統(tǒng)中對于土壤溫度的測量要求又不是很高，測溫范圍一般在0一100℃，測溫精度要求也不高，許多傳感器都可以用來測量土壤溫度，因此要綜合系統(tǒng)設(shè)計要求選擇一個價格低、性能好、電路簡單、具有一定精度的溫度傳感器。電路盒用密封膠粘在水分傳感器放置壓阻傳感器的地方，電路盒里面密封了壓阻傳感器及改進的4~20mA電流變送電路，只留出兩根導(dǎo)線提供電壓及輸送輸出電流。 整個加水裝置與密封螺栓都用有機玻璃制成，這樣就可以觀察到蓄水盒中水量的