[發(fā)明專利]一種自動(dòng)變量灌溉系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810219960.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN108293856A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳軍;張恒榜;楊術(shù)明;白璐;馬曉玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號(hào): A01G25/16
• 分類號(hào): A01G25/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種自動(dòng)變量灌溉系統(tǒng)，用來測(cè)量種植草莓土壤水分含量并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變量灌溉，主要包括：FDS傳感器模塊1、單片機(jī)處理模塊2、LCD19264液晶顯示模塊3、增量式pid控制算法模塊4、繼電器控制電磁閥和水泵模塊5。其特征在于：FDS傳感器模塊1包含四個(gè)土壤水分含量傳感器，可以采集四個(gè)定點(diǎn)的土壤水分含量，F(xiàn)DS傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到的電壓信號(hào)輸入到單片機(jī)處理模塊2中，單片機(jī)處理模塊2通過AD轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的電壓計(jì)算土壤實(shí)時(shí)水分含量，LCD19264液晶顯示模塊3搭載在單片機(jī)處理模塊2上，用來實(shí)時(shí)顯示土壤水分含量，模塊4用來連接單片機(jī)處理模塊2實(shí)現(xiàn)根據(jù)測(cè)量土壤水分含量進(jìn)行變量灌溉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動(dòng)變量灌溉控制系統(tǒng)，適用于草莓灌溉過程中對(duì)土壤水分含量的精確控制，使得種植草莓的土壤水分含量保持在適合草莓生長(zhǎng)的最佳狀態(tài)，屬于農(nóng)業(yè)控制研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

草莓在我國(guó)種植范圍廣泛，但草莓種植過程中對(duì)土壤水分含量精確控制的儀器比較少，尤其是草莓開花期和生長(zhǎng)期對(duì)土壤水分含量的要求較高，但精確控制種植草莓的土壤水分含量不能實(shí)現(xiàn)，只能進(jìn)行傳統(tǒng)的人工灌溉，水資源利用率低，不能實(shí)現(xiàn)按需灌溉，導(dǎo)致草莓產(chǎn)量低。

因此根據(jù)草莓生長(zhǎng)過程中對(duì)土壤水分含量的要求，種植戶對(duì)適用控制灌溉裝置的需求以及經(jīng)濟(jì)承受能力，需設(shè)計(jì)一種實(shí)用經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)變量灌溉控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了種植草莓的土壤水分含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，本發(fā)明提供一種基于FDS傳感器的土壤水分含量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通FDS傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分含量，單片機(jī)模塊的LCD19264液晶顯示屏顯示實(shí)時(shí)土壤水分含量值，單片機(jī)端通過增量式pid控制算法實(shí)現(xiàn)變量灌溉，根據(jù)土壤水分含量與設(shè)定值之間的差距進(jìn)行灌溉。

主要包括：FDS傳感器模塊1、單片機(jī)處理模塊2、LCD19264液晶顯示模塊3、增量式pid控制算法模塊4、繼電器控制電磁閥和水泵模塊5。其特征在于：FDS傳感器模塊1包含四個(gè)土壤水分含量傳感器，可以采集四個(gè)定點(diǎn)的土壤水分含量，F(xiàn)DS傳感器模塊1監(jiān)測(cè)到的電壓信號(hào)輸入到單片機(jī)處理模塊2中，單片機(jī)處理模塊2通過AD轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的電壓計(jì)算土壤實(shí)時(shí)水分含量，LCD19264液晶顯示模塊3搭載在單片機(jī)處理模塊2上，用來實(shí)時(shí)顯示土壤水分含量，模塊4用來連接單片機(jī)處理模塊2實(shí)現(xiàn)根據(jù)測(cè)量土壤水分含量進(jìn)行變量灌溉。

系統(tǒng)上電后FDS傳感器開始工作，將FDS傳感器垂直插入土壤5cm處，F(xiàn)DS傳感器在監(jiān)測(cè)土壤的介電常數(shù)時(shí)，不同介電常數(shù)對(duì)應(yīng)不同電壓值，F(xiàn)DS傳感器輸出電壓0v等價(jià)于土壤水分含量為0，輸出電壓增加表明土壤水分含量增加。輸出電壓信號(hào)經(jīng)過P1^0口輸入到單片機(jī)中，由AD轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將電壓值轉(zhuǎn)化成土壤水分含量值，測(cè)的土壤水分?jǐn)?shù)值實(shí)時(shí)顯示在LCD19264顯示屏上。增量式pid控制算法通過計(jì)算得出灌水量，讓后控制電磁閥和水泵開啟和斷開的時(shí)間，F(xiàn)DS傳感器測(cè)量值不同，則通過增量式pid控制算法得到灌水量不同，因此灌溉時(shí)間不同達(dá)到變量灌溉。

STC12C5A16S2作為變量灌溉系統(tǒng)的核心模塊，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0用來定變量灌溉的時(shí)間，變量灌溉原理是測(cè)量土壤水分含量不同則灌溉時(shí)間不同。當(dāng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外部IO口的信號(hào)時(shí)，需要用到外部中斷，普通IO口狀態(tài)監(jiān)測(cè)是通過程序循環(huán)掃描完成的，但不能保證實(shí)時(shí)性，如測(cè)量外部脈沖的觸發(fā)時(shí)間和寬度，就必須用到外部中斷，STC12C5A16S2的外部中斷在P3^2和P3^3,中斷可以通過程序配置優(yōu)先級(jí)，默認(rèn)P3^2最高優(yōu)先級(jí)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

變量灌溉是通過增量式pid控制算法控制灌溉量，當(dāng)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量的土壤水分含量低與設(shè)定土壤水分含量時(shí)，自動(dòng)變量灌溉系統(tǒng)啟動(dòng)，根據(jù)測(cè)量土壤水分含量與設(shè)定土壤水分含量之間的差距，通過增量式pid算法輸出此刻需要灌溉量，定時(shí)器啟動(dòng)定時(shí)。土壤水分測(cè)量值與設(shè)定值之間差距越大，灌溉時(shí)間越長(zhǎng)。

附圖說明