果園土壤水分監(jiān)視與灌溉自動(dòng)控制研究.pdf

1、近年來(lái),隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整,果樹(shù)種植面積不斷增大,果園耗水量大的問(wèn)題日益顯現(xiàn)。作為我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一的蘋(píng)果產(chǎn)業(yè),在我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加農(nóng)民收入及出口創(chuàng)匯等方面發(fā)揮了重要作用。果樹(shù)種植與生產(chǎn)為農(nóng)民帶來(lái)良好經(jīng)濟(jì)效益,如何提高果樹(shù)用水效益,也逐漸得到重視。水分還是影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要因素,適量的水分能夠充分調(diào)動(dòng)土壤及肥料中的養(yǎng)分,而過(guò)度灌溉不僅造成水資源浪費(fèi)也使肥料流失,形成環(huán)境污染隱患。我國(guó)水資源貧乏,實(shí)現(xiàn)果園節(jié)水

2、灌溉已經(jīng)成為當(dāng)前和今后林果業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù)。
　　 為保證果樹(shù)生長(zhǎng)所需的最佳土壤水分含量,提高果園產(chǎn)量及果品質(zhì)量,本課題對(duì)果園土壤水分監(jiān)視與灌溉自動(dòng)控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究。國(guó)外產(chǎn)品雖然技術(shù)成熟,但是價(jià)格昂貴,且不適合中國(guó)國(guó)情;國(guó)內(nèi)產(chǎn)品自動(dòng)化與智能化程度較低,無(wú)法滿足果園生產(chǎn)管理需求。本文以微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)為基礎(chǔ),針對(duì)我國(guó)國(guó)情,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了果園土壤水分監(jiān)視與灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　 果園土壤水

3、分監(jiān)視與灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想,整套系統(tǒng)可分為主機(jī)電路模塊、土壤水分信息采集模塊、灌溉控制模塊、液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無(wú)線通信模塊、電源模塊。為解決果園環(huán)境中電力能源緊缺的問(wèn)題,主機(jī)電路模塊設(shè)計(jì)中從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)。硬件方面,實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊電源控制,在模塊不工作時(shí)切斷電源;軟件方面,通過(guò)單片機(jī)在活動(dòng)模式和休眠模式之間切換,及休眠深度的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)?；贔DR(Frequency

4、 Domain Reflectometrv)頻域反射法的土壤水分傳感器具有性能優(yōu)良價(jià)格低廉,測(cè)定精度較高等優(yōu)點(diǎn),可快速、準(zhǔn)確、連續(xù)地測(cè)定土壤水分含量信息。灌溉控制模塊可與滴灌系統(tǒng)、噴灌系統(tǒng)等多種灌溉設(shè)施連接,通過(guò)監(jiān)視灌水量控制水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確灌溉。由12864液晶模塊和按鍵模塊組成的人機(jī)交互界面可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示,歷史數(shù)據(jù)查看和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。非易失性鐵電存儲(chǔ)器FM31256具有快速寫(xiě)入、高可重寫(xiě)次數(shù)和低功耗等優(yōu)良特性,存儲(chǔ)器內(nèi)置的

5、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元可為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間。無(wú)線通信模塊可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信。
　　 系統(tǒng)軟件部分由C語(yǔ)言編寫(xiě),實(shí)現(xiàn)主程序?qū)Ω鞴δ苣K的調(diào)用和操作。灌溉控制使用迭代學(xué)習(xí)控制算法,針對(duì)蘋(píng)果園灌溉這種具有重復(fù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的控制過(guò)程,利用本次灌溉信息,通過(guò)迭代學(xué)習(xí)律修正下一次的灌水量,實(shí)現(xiàn)在有限時(shí)間區(qū)間上對(duì)果園最佳土壤含水量的精確控制。解決因蘋(píng)果園地表灌溉水需經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間才能滲透到蘋(píng)果樹(shù)吸收水分根系的主要分布區(qū),所造成的