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浅谈农业自动化喷淋系统

2020-02-25 349 上传者：管理员

摘要：文章主要是介绍一种由喷淋泵、电机、喷淋控制系统组成的农业自动化喷淋系统，并对农业自动化喷淋系统的背景技术、技术优势、工作过程加以阐述，发现农业自动化喷淋系统具有能够实时精确监控农业大棚内温湿度数据和灰尘浓度数据，并依据其湿度与灰尘浓度精确控制喷淋泵喷水量，从而使智能调节大棚内温湿度并去灰除尘得以实现。

关键词：
喷水量
喷淋
温度
湿度
灰尘浓度
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农业自动化喷淋系统是一种能够根据环境灰尘浓度和湿度控制电机转速从而实现控制喷淋泵喷水量的农业用喷淋系统，属于农业自动化设备领域。它具有能够实时精确监控农业大棚内温湿度数据和灰尘浓度数据并根据温湿度与灰尘浓度精确控制喷淋泵喷水量实现智能调节大棚内温湿度并去灰除尘的优点。

1、背景技术

在农业生产中，尤其是在大棚蔬菜、花卉、果树的生产中，为了促进农作物生长需要将大棚内的环境温湿度控制在合理范围。通常控制大棚内湿度的方法主要是喷水、吹风和加热等。要实现大棚内的喷水、吹风和加热作业必须依赖相应设备，如由水泵、喷淋头组成的喷淋设备，以及吹风机、加热器。温室大棚的加热设备有多种类型，较多采用的是燃煤锅炉，以2t、4t的链条型热水锅炉为主。然而现有技术中广泛采用的加热设备燃煤锅炉工作过程中又会产生大量的粉尘，粉尘附着在农作物叶面上又会影响农作物生长(影响植物光合作用)，并且飘散在大棚内的灰尘也会对在棚内种植的工作人员健康造成危害。此外，在现有技术中，使用喷水方式对大棚内空气温湿度进行控制的过程中，主要也是就经验判断温湿度为主，缺少客观精确的测量温湿度数据，并且也不能根据实际温湿度情况精确控制喷水量(普通电机和水泵系统无法实现喷水量精确控制)。综上所述，现有技术中需要一种能够实时精确监控农业大棚内温湿度数据和灰尘浓度数据并根据温湿度与灰尘浓度精确控制喷淋泵喷水量实现智能调节大棚内温湿度并去除灰尘的自动化喷淋系统。

2、技术优势

农业自动化喷淋系统主要由喷淋泵、电机、喷淋控制系统组成。喷淋控制系统能够驱动电机工作，电机能够带动喷淋泵进行喷淋灌溉。农业自动化喷淋系统采用常规水泵，与水泵相配套的喷头、水雾分配器等构件采用常规设计即可，泵系统不属于本实用新型改进之处均可采用现有成熟技术，在此不再赘述。电机可采用步进电机。步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，因此计算机成为步进电机的理想驱动源。随着计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为了主流，即通过程序产生控制脉冲驱动硬件电路，例如微控制单元通过软件来控制步进电机是一种主流的电机智能控制方式。喷淋控制系统主要负责采集大棚内的环境温湿度以及灰尘浓度数据，并根据采集数据对电机转速进行精确控制，从而实现对喷淋泵的精确控制。相比现有技术，农业自动化喷淋系统具有以下优点：采用温湿度检测芯片(SHT2X芯片)同时实现了温度、湿度2种环境参数的测量，并且采用灰尘浓度检测单元(DSM501型模块)检测灰尘浓度参数，以上数据均能实时被微控制单元采集。微控制单元通过电机驱动芯片(ULN2003型集成电路)向步进电机发送PWM波控制信号，从而精确控制电机转速，电机驱动喷淋泵512作。因此，农业自动化喷淋系统能够根据不同环境参数，实现精确控制喷淋系统喷水量，一方面进行了正常的农作物灌溉，另一方面实现了大棚内环境温度湿度精确调节，及时除灰抑尘。由此可见，农业自动化喷淋系统具有能够实时智能调节大棚内温湿度并去除灰尘的优点。

3、工作过程

为了能够实现实时精确监控农业大棚内温湿度数据和灰尘浓度数据，并根据温湿度与灰尘浓度精确控制喷淋泵喷水量实现智能调节大棚内温湿度并去灰除尘，农业自动化喷淋系统工作过程必须实现实时监测环境温湿度与灰尘浓度参数，及对喷淋泵喷水量进行精确控制2个方面。

3.1 环境温湿度与灰尘浓度参数的实时监测

温湿度参数检测的工作过程要点是：SHT2X芯片采用标准的12C总线协议进行通信，SHT2X芯片测量得到的温度和湿度数据直接以数字形式通过12C总线传入微控制单元进行处理得到实际的温度和湿度数据。灰尘浓度参数检测的工作过程要点：灰尘浓度参数检测模块DSM501采用光感应原理进行灰尘浓度检测，其内部设有发光二极管和光检测单元等构件，灰尘在内置加热器的作用下被吸入传感器后，反射发光二极管发出的光线，被反射的光线照射在光检测单元的感光器件上，光检测单元采用粒子计数的原理进行计数，传感器输出信号为PWM脉宽调制波，PWM脉宽调制波的低脉冲率便与粒子数量相对应。微控制单元根据低脉冲率所对应的粒子数就可以得到灰尘浓度数据。

3.2 喷淋泵喷水量的精确控制

喷淋控制系统驱动电机工作，电机带动喷淋泵进行喷淋灌溉。因此，喷水量的精确控制要点在于如何精确控制电机的转速。喷淋系统中电机采用步进电机，步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由微控制单元产生。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须按照顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转；按反序通电换相，则电机就反转。因此，要控制步进电机的速度就需要给步进电机发送控制脉冲，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步；再发一个脉冲，它会再转一步；两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快；同时，可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。也就是说步进电机是通过输入脉冲信号进行控制的，即步进电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而步进电机的转速由脉冲信号频率决定。农业自动化喷淋系统采用微控制单元对四相六线制步进电机(内阻33Q，步进1.8，额定电压12V)进行控制。通过微控制单元10输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机，从而带动喷淋泵转动，实现对喷水量的精确控制。

参考文献：

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