導語：智能監(jiān)控灌溉系統(tǒng)總體設計探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:通過對智能監(jiān)控灌溉系統(tǒng)的應用進行研究,設計了一種采用智能監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集,并將數(shù)據(jù)通過總線控制傳輸方式與中央監(jiān)控計算機之間進行交互,實現(xiàn)智能灌溉監(jiān)控系統(tǒng)的組網及指令傳輸。測試結果表明:中央監(jiān)控計算機中的灌溉專家系統(tǒng)對監(jiān)控終端采集到的信息參數(shù)進行分析,并生成控制指令,傳輸至灌溉驅動系統(tǒng),實現(xiàn)智能灌溉。

關鍵詞:智能灌溉系統(tǒng);智能監(jiān)控;數(shù)據(jù)采集;中央監(jiān)控計算機

自動化智能灌溉可有效提高水資源利用率,增加農作物的生產種植效益[1]。自動化智能灌溉采用傳感技術監(jiān)控作物生長狀態(tài)、環(huán)境信息及土壤溫濕度參數(shù),經過自動化數(shù)據(jù)處理及控制后,實現(xiàn)灌溉自動化[1]。按照灌溉控制過程的自動化程度可將灌溉系統(tǒng)分為自動灌溉智能控制系統(tǒng)和半自動灌溉系統(tǒng):自動灌溉智能控制系統(tǒng)運行過程中,不需要人工干預,設定好的控制參數(shù)后,根據(jù)傳感監(jiān)控參數(shù)與設定參數(shù)的對比結果,生成灌溉控制指令,實現(xiàn)灌溉過程的自動化控制;半自動灌溉系統(tǒng)中沒有傳感監(jiān)控系統(tǒng),無法按照環(huán)境信息進行控制過程調節(jié)[2-3]。筆者通過利用傳感技術、信息交互技術、計算機及電氣控制技術,搭建一種智能監(jiān)控自動化灌溉系統(tǒng),利用智能監(jiān)控傳感器采集作物生長狀態(tài)、環(huán)境信息及土壤溫濕度參數(shù)狀態(tài),并經總線控制傳輸至中央監(jiān)控計算機,與灌溉專家系統(tǒng)參數(shù)進行對比,生成灌溉控制指令,驅動灌溉執(zhí)行機構,實現(xiàn)灌溉自動化。

1智能監(jiān)控灌溉系統(tǒng)總體設計

所設計的智能監(jiān)控灌溉系統(tǒng)采用總線控制的灌溉方式,預留無線擴展接口,由多個監(jiān)控系統(tǒng)終端組成,并采用總線控制的方式連接至中央監(jiān)控計算機[4],如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)終端包含溫濕度傳感器信息、天氣預報信息及土壤濕度參數(shù)等。中央監(jiān)控計算機利用內置的灌溉專家系統(tǒng)對監(jiān)控終端信息進行處理,制定灌溉控制指令,有效進行農田灌溉[5-6]。灌溉系統(tǒng)的信息化水平直接決定了監(jiān)控信息傳輸以及控制指令的傳輸有效性。

2系統(tǒng)硬件設計

智能監(jiān)控系統(tǒng)中的溫濕度傳感器能夠對土壤當中的水吸力信號大小進行監(jiān)控,并轉化為土壤的濕度信息傳輸至中央監(jiān)控計算機[7]。在土壤濕度傳感器使用過程中,將傳感器埋入土壤當中,安裝時要求濕度傳感器水平放置,且不能直接暴露于空氣當中,傳感器之間的間距最小距離應大于1m[8]。本文選用的土壤濕度傳感器參數(shù)如表1所示。智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感器采集到的物理信號進行采樣保持處理后,經A/D轉換電路處理,傳輸至中央監(jiān)控計算機,智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感檢測電路如圖2所示。中央監(jiān)控計算機生成的控制指令,經輸出通道傳輸至灌溉驅動系統(tǒng),指令輸出通道包含控制繼電器和輸出接口;輸出接口直接控制繼電器的通斷及繼電器對指令信號對驅動電路開關的控制。繼電器對灌溉電磁閥進行控制,實現(xiàn)灌溉過程自動化[9]。智能監(jiān)控控制系統(tǒng)采用總線控制方式實現(xiàn)系統(tǒng)信息傳輸,運用雙絞線完成多監(jiān)控點的網絡分布,監(jiān)控終端檢測信號通過總線接口傳輸至中央監(jiān)控計算機,如圖3所示。

3系統(tǒng)軟件設計

灌溉控制系統(tǒng)軟件將實時采集到的傳感數(shù)據(jù)與灌溉專家系統(tǒng)參數(shù)進行對比,并生成控制指令,實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的智能化控制[10]。圖4所示為灌溉控制系統(tǒng)軟件主程序流程圖。灌溉系統(tǒng)傳感器輸出數(shù)據(jù)信號為0~5V標準電壓信號,經A/D轉換后生成數(shù)字信號,經數(shù)據(jù)處理軟件運行后,形成中央監(jiān)控計算機能夠識別的輸入信號[11]。設定濕度值0~100%RH和溫度值0~50℃在數(shù)據(jù)處理軟件中對應參數(shù)值為000H~FFFH。在系統(tǒng)軟件中,參數(shù)值每變化014H時,濕度值變化1%RH,同理參數(shù)值每變化029H時,濕度值變化1℃。濕度參數(shù)和溫度參數(shù)與系統(tǒng)軟件轉換關系可表示為在信息傳輸過程中,信息系統(tǒng)總線接收數(shù)據(jù)靈敏度為±200mV,當輸入信號大于或等于200mV時,系統(tǒng)總線接收高電平信號;當輸入信號小于或等于-200mV時,系統(tǒng)總線接收低電平信號;當輸入信號處于-200~200mV之間時,系統(tǒng)總線接收到不確定狀態(tài)信號。在進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信之前,中央監(jiān)控計算機采用高電平信號對總線輸入進行驅動,并進行短時間保持,當進行有效采集信息輸入時,總線系統(tǒng)軟件輸入信號發(fā)生階躍,并開始完整數(shù)據(jù)接收與處理。中央監(jiān)控計算機與系統(tǒng)總線之間通過串行通信進行數(shù)據(jù)交互,計算機CPU與總系串口之間采用一種并行的通訊方式,實現(xiàn)CPU與數(shù)據(jù)設備之間的數(shù)據(jù)轉換。當信號數(shù)據(jù)輸入至中央監(jiān)控計算機時,數(shù)據(jù)格式由bit格式轉化為byte格式;當指令數(shù)據(jù)由中央監(jiān)控計算機輸出至外圍數(shù)據(jù)設備時,數(shù)據(jù)格式由byte格式轉化為bit格式。智能灌溉控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理軟件模塊可對系統(tǒng)歷史參數(shù)和用戶信息進行管理,并可在使用過程中生成各種報表和曲線數(shù)據(jù),支持用戶數(shù)據(jù)查詢和修改。數(shù)據(jù)管理軟件可有效管理系統(tǒng)參數(shù)狀態(tài)、灌溉控制指令運行過程管理以及進行灌溉過程管理。

4系統(tǒng)測試分析

為驗證智能監(jiān)控自動灌溉系統(tǒng)的運行可靠性,對傳感監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)測有效性和智能灌溉執(zhí)行過程進行測試。在進行傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)測有效性測試時,分別通過灌溉系統(tǒng)程序采集和串口手動調試兩種方式獲取傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù),并對比兩組數(shù)據(jù)的一致性,來判斷智能灌溉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集可靠性。試驗過程中,對同一節(jié)點處的土壤濕度數(shù)據(jù)在0.5h內重復監(jiān)測3次,取其平均值,空氣溫度數(shù)據(jù)按照0.5h內的名義值進行取值,當二者偏差率小于5%時,判斷兩組數(shù)據(jù)具有一致性。傳感器數(shù)據(jù)采集可靠性試驗數(shù)據(jù)如表2所示。在進行智能灌溉執(zhí)行過程測試時,通過對系統(tǒng)采集到的傳感數(shù)據(jù)進行人工判斷,決策是否需要進行自動灌溉,同時與智能灌溉系統(tǒng)的決策指令及執(zhí)行過程進行對比,通過二者一致性判斷智能灌溉系統(tǒng)執(zhí)行過程可靠性。在試驗區(qū)域內,設定當土壤濕度小于45%RH時,當前土壤狀態(tài)需進行灌溉,當環(huán)境溫度小于15℃時,當前節(jié)點需要進行10min灌溉,當環(huán)境溫度處于15~25℃時,當前節(jié)點需要進行20min灌溉,環(huán)境溫度大于25℃時,當前節(jié)點需要進行30min灌溉。當土壤濕度大于45%RH時,當前節(jié)點暫不需要進行灌溉。智能灌溉系統(tǒng)執(zhí)行過程可靠性試驗數(shù)據(jù)如圖3所示。

5結論

隨著電子信息技術和計算機控制技術的發(fā)展,智能化、自動化已經逐漸步入農業(yè)生產設備當中,基于智能監(jiān)控技術設計的自動灌溉控制系統(tǒng),通過輸入不同作物的灌溉需求,可適應不同應用環(huán)境的灌溉需求。試驗結果表明:該系統(tǒng)促進了農田灌溉過程的自動化水平發(fā)展,改善了水資源利用率,可有效提高農業(yè)生產經濟效益。

作者：程志通 單位：義烏工商職業(yè)技術學院