【摘要】：隨著淡水資源的不斷緊張和稀缺,合理有效的利用好水資源已成為農業(yè)灌溉技術的一個重點話題。在我國,農業(yè)灌溉用水占淡水使用量比例很大一部分,且據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示,節(jié)水灌溉技術可以有效節(jié)水30%~60%,鑒于此,借助于先進的技術實現(xiàn)使現(xiàn)代農業(yè)信息化、自動化、網絡化,推行自動化灌溉系統(tǒng)、發(fā)展節(jié)水灌溉技術勢在必行[1]。相對土壤濕度作為農業(yè)自動化灌溉技術中的一個關鍵指標,已成為當前農田領域研究的熱點問題。為了快速檢測土壤濕度,本文對比了國內外現(xiàn)階段使用最廣泛的頻域法、時域法、中子法、電阻法、駐波法等檢測方法,并綜合分析了這些不同方法的利弊,提出電容值檢測土壤濕度的優(yōu)勢和可行性。本文是基于“成都***有限公司”自主開發(fā)的“植物生長智能管控系統(tǒng)”中的相對土壤濕度檢測與灌溉子系統(tǒng)。本文對田間自動化管控方法進行了比較系統(tǒng)的研究,對田間智能氣象系統(tǒng)和ZigBee無線傳輸作了一定的探討。在模型選擇上,對比了Topp、Jacosen、Malicki、Dobson等著名的經驗或理論模型,將通用模型進行改進,使之適用于土壤電特性參數(shù)采集和計算。本文以農業(yè)灌溉的實際意義為出發(fā)點,經過對單頻、雙頻信號源利弊的探討,選定以雙頻作為采集土壤參數(shù)的信號源,著重研究了相對土壤濕度30%-100%范圍內土壤容值與相對土壤濕度的相關性;在原理上,采用電容法作為檢測土壤濕度的理論依據(jù);在單元電路設計上,通過對通用改進模型電路的等效處理,推算出高、低頻通路單元參數(shù),并對電源轉換模塊和溫度采集模塊給予研究和詳細的設計分析。在數(shù)據(jù)擬合上,通過對大量的試驗和數(shù)據(jù)處理,構建了相應的土壤濕度與電容值回歸方程,并對線性擬合、多項式擬合和對數(shù)擬合的精度和使用范圍等進行了客觀的分析和探討,最終選用對數(shù)擬合作為濕度轉換的回歸方程。文章最后將電容濕度檢測儀與當前使用非常廣泛的頻域水分檢測儀進行綜合性試驗對比,分析了電容法在精度上的優(yōu)缺點,并將綜合平均誤差控制在3%以內,完全符合農業(yè)灌溉對濕度檢測儀的技術要求(5%)。本文考慮溫度補償算法對試驗結果的影響,符合農作物種植在不同季節(jié)溫差導致的測量偏差的實際情況,并給出了相對土壤濕度溫度補償算法公式。本文中的在線式土壤檢測儀具有實用性高、可移植性強、低成本、高穩(wěn)定性等,為農業(yè)自動化灌溉中的濕度檢測提供了一定參考文本。而本設計的不足之處是較低濕度時的絕對誤差較大,原因可能是由于低濕度條件下電容量較小,土壤中的電阻參量占主導作用,而電阻率受礦物質含量、金屬含量、鹽度等影響較大。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S152.71
【圖文】：

圖 2-2 田間智能氣象系統(tǒng)該系統(tǒng)可通過參數(shù)設置對植物生長情況進行相應的最佳設置，使相應的植物在最佳生長環(huán)境下生長；采集控制可設置采集數(shù)據(jù)的頻率；數(shù)據(jù)獲取相當于中斷控制，可手動或機械的對數(shù)據(jù)進行獲取；數(shù)據(jù)顯示可將采集的數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示在 PC 機或智能氣象站系統(tǒng)中；執(zhí)行設備控制機電控制器實施相應施肥、灌溉、補光等動作；自動報警系統(tǒng)為氣象出現(xiàn)緊急情況所產生的報警系統(tǒng)。如圖 2-3 所示為農田智能氣象系統(tǒng)工作原理，圖中，無線傳輸模塊可根據(jù)通訊距離分為短距離、中距離、遠距離三種無線傳輸方式，經過考察最后選定ZigBee網絡作為無線傳輸模塊。信息采集系統(tǒng)包括雨量測量、風速檢測、風向檢測、光照采集、氣壓檢測、土壤含水量檢測、空氣濕度檢測、土壤 PH 值檢測、空氣溫度檢測、土壤濕度檢測以及今后的土壤養(yǎng)分檢測和水培含氧量檢測等。

112.3 終端控制器手動控制時，當點擊控制鍵，PC 機收到命令后，將發(fā)送控制指令，并等待響應，如果此時終端控制器收到數(shù)據(jù)后，馬上響應成功，則 PC 機指示操作成功。這個操作動作速度是不由 PC 機控制的（每點一次操作，PC 機只發(fā)一次命令）。如果中斷控制器來不急處理，可以不用發(fā)應答信息，此時 PC 機將以黃色取待操作鍵，直到下次輪詢時，如果操作成功，則指示操作成功。需要定時控制的設備采用雙電源供電，初始由總線管理控制，節(jié)點運行后由自身定時控制，有效時間內可以遠程控制關閉設備。這樣有助于產品綠色節(jié)能化，并保證每個設備不會失控。也可以由總線一直供電控制。整個系統(tǒng)采用巡檢模式，設備采集控制終端節(jié)點理論上是可以無窮數(shù)。但實際是需要功率支持，所以一般是小功率控制（1.5A 以下），多條分時控制，每條

圖 2-5 總線分配器原理光照傳感器，CO2傳感器，土壤傳感器等檢測電路每隔 20s-30s 采集一，并將數(shù)據(jù)顯示在 LED 上。當采集的數(shù)值超過或者低于標準規(guī)定的植物最佳值，PC 機通過接收到的數(shù)據(jù)進行相應的處理。例如小麥的生長濕度 75%左右為最佳，當濕度低于 60%不利于小麥的生長，那么當濕度低于，PC 機控制土壤機電控制器，從而進行水補償；反之，但濕度大于 90%于小麥的生長，水泵停止工作；當濕度大于 95%甚至更高時，發(fā)生洪澇，此C 機指揮水泵進行抽水動作以保護小麥的合理生長環(huán)境。.5 ZigBee 無線網.5.1 ZigBee 特點ZigBee 協(xié)議棧標準采用的是 OSI 的分層結構[44]，Zigbee 技術不僅具有、低功耗、低速率、低復雜度的特點；而且具有可靠性高，組網簡單、靈

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 余楊,王穗,余艷玲;土壤表層水分含量測定方法[J];云南農業(yè)大學學報;2004年02期

相關碩士學位論文 前1條

1 劉駿;基于WSN信息共享的土壤水分檢測方法研究[D];江蘇大學;2010年

本文編號：2777767