农作物土壤湿度采集与控制.doc

农作物土壤湿度采集与控制王海洋 （洛阳理工学院 电气工程与自动化系，河南 洛阳 20110514）摘要：设计了一种以湿度传感器为基础的农作物土壤湿度采集与控制的系统。该设计采用了陶瓷湿敏传感器该传感器能将相对湿度转化为线性输出的电压信号。通过电流的作用会在陶瓷湿敏传感器上产生一个电压，经滞回比较器比较后，再经两放大电路进行放大去驱动去控制喷关头的电磁阀打开其工作，以实现对农作物的灌溉关键词：陶瓷湿敏传感器；放大器；滞回比较器；电磁阀为了使农作物能正常生长现对农村现在对农作物不能及时灌溉导致农作物不能及时的湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。本文采用的是陶瓷湿敏传感器，它的湿敏材料是镁尖晶石和金红石构成的金属氧化物陶瓷。将这种陶瓷烧成表面具有多孔性质的薄平板，然后在其两面配置与陶瓷热膨胀系数大致相等，且粘接强度大的氧化钌电极。同时，将铂-铱线用氧化钌糊质烧结，用作电极导线并与电极连接，从而构成湿度传感器 。加热材料采用绝缘耐热性能优良的坎塔尔铁铬铝电阻丝氧化，在线表面涂敷矾土水泥混合剂并加以烧结。由于坎塔尔铁铬铝高阻加热器湿敏部分加热效率好，股将他围绕配置在传感器周围。把传感器和加热器的导线分别用点焊焊接在矾土瓷底座的端子上，为使底座表面污染所引起的漏电不影响传感器的湿敏特性，应在端子周围安设导电保护环。 它的湿度特性：陶瓷湿敏传感器是一种利用附粘在金属氧化物陶瓷毛细孔的水分变化，而是电阻值发生变化的相对湿度传感器。如图所示，有两种不同特性的陶瓷湿度传感器。型在 图1.1 陶瓷湿敏传感器 的湿度特性低湿度范围内灵敏度高，型则具有对数曲线特性。它能从接近1%的低湿度到100%的高湿度，几乎在整个湿度范围内具有湿敏能力，因此，能在较广的湿度范围里准确测量。工作原理及检测电路：电阻-电压转换由图（1.1）可知，陶瓷湿敏传感器的电阻值R在一定的温度下，可用下式表示（但型为近似曲线）： 式中相对湿度（%） 湿度常数 的电阻值 若设施加在陶瓷湿敏传感器和电阻串联电路上的电压为，则连接点的分压为： 由式式可得： 故： 对于检测湿度值来说，若选择与陶瓷湿度传感器的电阻值相等的电阻用作串联电阻，则能用最大灵敏度检测器湿度。另外，如果常数与陶瓷湿敏传感器相等，把电阻值满足式的热敏的电阻值用作串联电阻， 图1.2 土壤湿度检测与驱动电路通过湿敏电阻和电阻对电源的分压后，经过放大器A对其进行放大。放大器A的放大倍数由电阻及电阻决定，再经比较器B进行电压比较，进行比较后去控制后面的电磁阀。利用电磁阀（该电磁阀为常闭型电磁阀）的开启与关断去控制喷罐头是否对农作物进行浇水。此电压比较器有一个好处就是抗干扰能力比较强，因为它具有滞回比较的特性。基准电压设定为土壤湿度为60%是对应的电压值，此值由电阻和电阻决定。的值的设定只要能使电磁阀导通即可。若原来，当逐渐增大时，使从跳变为所需的门限电平用表示从而使电磁阀失电使其关断表明此时土壤的湿度超过了设定的60%的值，由式可知若原来的，当逐渐减小，使从跳变为所需的门限电平用表示从而使电磁阀得电使其开启表明此时土壤的湿度低于设定的60%的值，则上述两个门限电平之差称为门限宽度或回差，用符号表示，由以上两式可求得通过这样的一个设置可以使土壤的湿度保持在一定的范围内。而且还起了一个节水的作用。结语该系统目前的发展已经有集成的土壤湿度检测器件，在农业发展中发挥了重要的作用：(1)集成化及智能化程度越来越高。如以色列近年来开发的可编程逻辑控制器(PLC)，通过把不同的网络连接到主机上进行数据采集和处理；开发的现代诊断式控制器，通过不同的传感器采集信息，通过Iintemet网、远程控制、GSM等来实现数据传输，然后通过计算机处理信息，作出灌溉计划。(2)新的控制理论得到广泛应用。如，用专家系统、模糊逻辑、神经网络来预测和建模，使得控制器能更及时、准确地预测环境参数，同时控制这些参数使得它更适合于作物生长。这些系统一般以土壤湿度传感器测土壤水分，同时还通过自动气象站估算出作物的蒸腾量，然后把这两个信息经模糊化后输入到模糊控制器，经模糊决策得出模糊输出，传送给执行机构，控制电磁阀动作，如果该控制不能得到满意的结果，还可以通过神经网络来优化控制。参考文献：【1】赵燕东土壤水分快速测量方法及其应用技术研究【D】北京：中国农业大学，2002：11-20【2】赵燕东，王一鸣基于驻波率原理的土壤水分传感器的测量敏感度分析农业工程学报，2002，18(2)：25【3】张金波，胡刚，张学武，等自动化控制系统在节水灌溉中的应用微计算机信息，2003，19(1)：9-10【4】王念启，尹桥良，莫红兵节水灌溉计算机监控系统的研究安徽农业大学学报，2