温室自动渗灌控制系统的设计

温室自动渗灌控制系统的设计

0保证作物生长条件的确定在温室里，需要一定的环境条件来促进农业、水、光、空气、土壤、物理机械、营养液的温度和组成。农作物生长发育的好坏,产品产量的高低,质量的好坏关键在于环境条件对于其作物的适合程度。温室自动控制应根据作物及其不同生长阶段对环境条件的具体需要,随时调整控制参数的量。温室、大棚渗灌系统具有节水、增产、降湿、省工、省时和高效等优点。应用渗灌技术较好地解决了因传统的人工灌溉方式所引起的土壤板结、养分流失、病虫害严重等问题,有效地保证了作物生长条件。在渗灌的过程中,湿润峰是以渗灌管为中心向四周扩散的,由于渗灌管埋得较深,土壤的湿度难以确定,可能导致灌溉过量或灌溉不足,土壤湿度有可能达不到作物生长的需求。为了能够及时地获得土壤的湿度信息准确地进行渗灌,设计了温室渗灌控制系统。1人工控制灌溉温室渗灌系统的结构简图,如图1所示。整个系统主要由水箱、渗灌主管道、渗灌管、控制系统等构成。控制系统由土壤湿度传感器、单片机控制器、电磁阀等构成。整个系统可以实现人工控制灌溉和系统自动灌溉。电磁阀的通断控制灌溉的启停。在人工控制模式下可以设定灌溉的时长,以分钟为单位,设定之后及时地启动电磁阀进行灌溉。在上、下限,设置灌溉的时长,由传感器检测土壤的湿度,信号经A/D转换之后送入单片机与预设值进行比较,从而决定灌溉与否。在人工控制模式下,系统将屏蔽传感器的信号。2硬件设计2.1储器里的电路控制系统的电路主要由单片机控制器、A/D转换电路、显示电路、输入电路,传感器构成。控制器采用89C51单片机,该单片机为EEPROM型单片机。这种单片机不但可将程序“加载”到芯片内的程序存储器中,而且只要5V或12V电压,即可轻松、快速地清除程序存储器里的数据。A/D转换芯片采用ADC0804,该芯片为CMOS、8位、逐次比较型模数转换器,具有类似于电阻网络的差分电位梯型网,差分模拟电压输入可以提高共膜抑制并减小失调模拟电压值。此外,可调节的电压参考输入允许编码任何小的模拟电压转换到8位的分辨率。数据寄存器采用AT93C46,该集成电路为128字节的串口EEPROM,操作电压为2.7～5.5V,写入AT93C46的数据可以维持100年的时间,而且AT93C46可以反复地清除后再重新写入100万次。显示电路由4颗共阳极七段数码显示管构成,数码管由7447硬件译码器驱动。输入接口由4个弹跳按钮构成。传感器采用北京澳作公司生产的AZS-2型测试探头(SoilMoistureProbetypeAZS-2),AZS-2型土壤水分探头采用频域反射(FDR)原理来测量土壤中水分的含量。2.2土壤中led显示和图像显示设计的控制电路框图,如图2所示。四段数码显示管与微控制器P1口相连,实现系统时间、土壤含水量、灌溉时长的显示。由P1口的高四位输出BCD码,经7447译码电路转换后驱动四段数码显示管实现数据的显示。在显示时间的状态下,由P3.5口输出脉冲信号控制显示器两个亮点的闪烁。四位LED显示由4颗红色发光二极管构成,与微控制器的P3.0～P3.7口相连,提示当前的控制模式和数码显示管所输出数字的含义。键盘由4颗弹跳按钮构成,分别与P2.4～P2.7口相连,各按钮的定义如表1所示。其中B键为5种模式转换键,分别为时间设置、含水量上限设定、含水量下限设定、灌溉时长设定、时间显示,5种模式循环切换,默认为时间显示。ADC0804的数字量输出口与微控制器的P0口连接,由传感器采集的土壤含水量的模拟信号送入ADC0804经A/D转换之后送入微处理器进行处理。ADC0804的WR脚和RE脚分别与微处理器的WR脚和RE脚相连,微处理器采用交互式控制的方式获得数据。控制电磁阀启停的信号由P3.4口输出驱动继电器,由继电器的通断来控制电磁阀的启停。系统各参数设置完成后将存入外部存储芯片93C66,防止断电之后数据的丢失。当系统重启时,程序将首先读入93C66的数据对系统进行初始化。3应用性和可移植性该系统的程序全部采用C语言编写,以提高系统的可读性和可移植性。使用Time0中断计时器定时中断,实现系统的计时功能,总共编写程序316行,编译之后为1682字节。3.1主程序的设计主程序要实现的功能为系统的初始化、计时、读取土壤湿度信号,控制继电器等。程序框图,如图3所示。3.2中断次数设计设置Time0工作在Mode1模式下,在该模式下Time0最多可计数65536,通过设置初值的方式让Time0每数5000次中断一次,约为0.005s,中断200次之后约为1s,利用该中断来实现系统的计时功能。由于程序由C语言编写,计时功能不太理想。经试验,24h大约走慢30s。Time0中断子程序的框图如图4所示。4传感器输出电压放先配好各种含水率的土样,用HH2MoistureMeter接ML2X探头对测试系统进行标定。传感器输入+5V电压,零点时传感器输出电压为0.035V。测得的数据经回归分析得出土壤含水量θ与传感器输出的电压相对零点电压差制值u之间的关系为θ=1.0616u+0.0075,复相关系数的平方为R2=0.9975,土壤含水量和传感器输出电压的增量值呈线性关系。传感器输出的最大电压为1V,而ADC0804模数转换芯片在电路中输入的转换参考电压为+5V。因此,在程序编制的过程中对转换之后的数值进行了放大处理。在标定完成之后,分别对不同含水量的土壤进行了测量,以HH2MoistureMeter测量值为对照,得到的对比曲线如图5所示。5测量精度偏低1)湿度传感器送给ADC0804的信号电压的范围为0～1