农田智能滴灌系统设计思路

农田智能滴灌系统设计思路农田智能滴灌系统设计思路关键词：滴灌，农田，思路，智能化，设计农田智能滴灌系统设计思路本文简介：摘要:现今越来越多的农田开始引入机械化的滴灌设备，滴灌更是成为许多农业大棚、果树、棉花产业的首选，智能滴灌的引入更是解决了人工开关球阀的弊端和不便，更精准合理控制滴灌时间和水量，以此为题，研究农田智能滴灌自动控制系统的整体设计思路。关键词:智能滴灌;自动控制;系统设计1智能滴灌自动控制系统技术概述智农田智能滴灌系统设计思路本文内容：摘要:现今越来越多的农田开始引入机械化的滴灌设备，滴灌更是成为许多农业大棚、果树、棉花产业的首选，智能滴灌的引入更是解决了人工开关球阀的弊端和不便，更精准合理控制滴灌时间和水量，以此为题，研究农田智能滴灌自动控制系统的整体设计思路。关键词:智能滴灌;自动控制;系统设计1智能滴灌自动控制系统技术概述智能滴灌自动控制系统设计初衷主要是为了减少滴灌过程中人力的参与，避免操作误差，相关工作尽可能由系统自动化完成。做好数据管理，根据使用地气候条件、区域面积、土壤情况和农作物实际生长需求，进行合理预测和控制，进而节约成本。该系统主要依据的技术在于自动控制系统核心的软件部分，通过模块化设计，以多个模块化代替传统设备的一体化，不仅解决系统升级和维修的问题，节约成本，还能方便后期系统升级，以达到适应性和拓展性的要求。2农田灌溉自动控制系统总体结构设计农田灌溉自动控制系统主要依靠单片机、JavaWeb、MyBatis设计模型等，安装二进制拨码开关，通过安装在水泵房内的上位机来借助GPＲS通信实现远程监控和自动灌溉，在其中核心的软件功能模块则会用到MySQL数据库、ZigBee无线组网，以及电磁阀状态检测、通信、驱动控制等。该系统的主要工作原理:上位机通过总线向网关定时发送数据采集命令，网关进行分析并向农田信息监测系统发送数据采集命令，终端节点将命令传达到相应的传感器，各传感器采集数据后保存并通过ZigBee无线组网反馈给网关，最终到达上位机。上位机根据算法对数据分析处理后发送相应的执行命令，下位机根据命令信息调用控制算法，控制滴灌电磁阀的开关，电磁阀的启闭状态也会反馈给上位机。滴灌电磁阀口安装的流量传感器会根据水流情况将脉冲信号反馈给上位机，形成循环的闭环控制系统。在农田自动灌溉过程中，传感器会把农田的环境参数变化及时反馈到控制器，自动完成计算和水量调整，减少人为操作的干扰因素和误差，MySQL数据库会保存相关数据，用于后期对农田数据的分析和对比，如图1所示。结合该系统整体结构设计及相关功能要求，确定该系统三个主要组成部分:上位机监控部分、下位机控制和执行部分和数据采集传输部分。第一部分包括中央控制器、人机交互界面、分析运行状态实时显示界面，可以完成反馈数据的接收和对下位机控制指令发送，存储本地MySQL数据库，可以通过互联网将数据存储在云端数据库;第二部分包括对水泵、施肥泵的启停控制，水箱、配肥罐电磁阀开关控制电磁阀门、脉冲式流量计、灌溉控制器等;第三部分包括对流速、湿度、温度、电磁阀开关状态等进行数据采集的多种传感器，以及Zigbee模块。3上位机及下位机相关模块设计上位机可以选用台式机、PC机等，通过该上位机可以设定灌溉参数，发送施肥、灌溉的命令，以及对农田相关参数情况进行查看，利用设定好的初始值，根据模糊逻辑规则制计算出控制命令。控制系统采用Java编程语言和MySQL数据库，完成前端的显示功能和后端的逻辑控制功能。整个软件部分设计共有人机交互模块、数据显示模块、控制模块、参数设定模块、查询模块、通信模块六大部分。1)人机交互模块主要作用就是帮助工作人员进行系统操作，包括登录、数据查询、参数设置、命令执行等功能。2)数据显示模块主要是将传感器采集到的各类信息进行处理，转化为数字信号，发送给上位机和数据库中，MySQL数据库可以随时调取以往数据，绘制出数据变化趋势图。3)控制模块通过模糊控制将数据和规则表内值进行对比，进行决策，模糊规则需预先设定好，即可完成对滴灌时间的自动控制，也可以选择人工控制，对水肥浓度等进行检测，控制电磁阀开放，达到预期浓度。4)参数设定模块可以完成在界面设置对温度、湿度、pH、EC等指标的设置，根据不同阶段农田作物生长需求，进行上限及下限值的调整。5)数据查询模块和主要借助JavaWeb技术，通过对button绑定事件进行页面的跳转和指令的控制传输，通过jdbc链接MySQL数据库进行数据的保存和读取，网络云端数据库利用html，css和js进行远程页面的编写，后台代码使用Java实现。6)通信模块主要是完成无线网络搭建，完成各类信息的传输，协议修订和命令接收和发送，实际中应选取抗干扰能力强、数据传输稳定的总线。下位机主要是执行端，选用单片机可以完成相关功能，又能大幅节约成本，可选用AT89C51等型号单片机。传感器接收并传输环境信息，编码器将其进行编号处理，多点控制，转换为数字信号显示在执行端的小LED屏幕上，保证实时更新，同时将数据传输给上位机的显示界面，存储到MySQL数据库和云端数据库。除了单片机部分，还要接入多种外围设备:LED显示屏、湿度温度传感器、光照传感器、无线通信模块、电磁阀、电源等，共同构成整个下位机控制系统，下位机软件程序使用C语言编写，使用KEILVision4软件烧录C语言程序，测试能否完成对外设模块的控制，实现智能滴灌功能。4结语本文讨论的农田智能滴灌自动控制系统，主要是从设计思路上梳理在该系统组成部分及设计过程中涉及的相关技术和方法，通过MATLAB进行了仿真测试，验证该系统能够完成农田智能灌溉的要求，在实际搭建系统过程中可能会遇到新的问题，还需针对性改变响应硬件型号，尤其是针对于无线通信部分的模块，是值得提升的一个重要方面。参考文献:［1］李建军，张闯江，张卓．新疆棉田滴灌供水系统自动化节水控制的设计与研究［J］．农机化研究，2015(12):236－239．［2］胡寿松．自动控制原理基础教程．第3版［M］．北京:科学出版社，2013．［3］赵天图．棉田滴灌自动控制系统设计［D］．新疆:石河子大学，2017．6．作者：王子贺单位：河北建筑工程学院