【摘要】：我國不僅是農(nóng)業(yè)大國,而且還是灌溉大國。其中農(nóng)業(yè)灌溉用水占全球淡水消耗的70%左右,而浪費的多達30%~40%。當前溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要部分,但是存在水資源利用率低,勞動力大,環(huán)境調(diào)控能力差等問題。因此,在滿足作物需水要求的前提下,針對當前溫室灌溉問題,設(shè)計一套智能灌溉控制系統(tǒng),以提高水資源的利用率。在國家“十三五”重點研發(fā)計劃項目基金(2016YFD0201004)課題組指導(dǎo)幫助下,選擇美圣番茄為研究對象,根據(jù)沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地滑蓋溫室的情況,結(jié)合番茄的需水特性的相關(guān)知識,將作物蒸騰量模型應(yīng)用于系統(tǒng)灌溉,通過數(shù)據(jù)采集器采集溫室相關(guān)環(huán)境參數(shù),并通過溫室內(nèi)電氣柜控制電磁閥的啟閉對作物進行控制灌溉,該系統(tǒng)的具體研究內(nèi)容如下:首先,根據(jù)實際需求,制定系統(tǒng)的總體方案,分別為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計選擇STM2F103ZET6為核心的主控制器,其上位機發(fā)送灌溉指令通過RS-485總線傳送至數(shù)據(jù)采集器,數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)傳送給上位機并且保存,通過控制繼電器來控制電磁閥的啟閉,以此實現(xiàn)自動灌溉。軟件程序由Keil軟件開發(fā)的C語言編程,其下位機軟件主要包括系統(tǒng)初始化模塊、報警模塊、顯示模塊、時鐘模塊和無線通信模塊。其中無線通信模塊實現(xiàn)用戶進行遠程控制溫室灌溉模式。系統(tǒng)的上位機與下位機的通信選擇串行通信方式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集,按需灌溉的要求。其次,以實現(xiàn)實時檢測按需灌溉為目的,按照番茄的各個生長周期需水特性及影響因素(濕度、溫度、太陽凈輻射)選擇作物蒸散量Penman-Monteith方程作為灌溉模型,計算出作物蒸發(fā)蒸騰量,選擇自動灌溉或定時灌溉控制模式,從而有效調(diào)節(jié)作物的需水要求。最后,進行試驗驗證,選擇番茄的苗期、開花期和結(jié)果期的各生長期的某12天進行試驗,試驗結(jié)果表明Penman-Monteith方程能夠穩(wěn)定的測量番茄的蒸發(fā)蒸騰量,并且與實際的蒸發(fā)蒸騰量的變化趨勢基本一致,其相關(guān)系數(shù)達到R~2=0.9549,其蒸騰的失水量由多到少依次為結(jié)果期,開花期,苗期。這表明了該灌溉控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)按需灌溉,達到預(yù)期設(shè)計的需求。
【圖文】：

制器是發(fā)出啟動信號、時鐘信號以及數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時的終止信核心。主控制器在串行時鐘線上發(fā)出時鐘信號，并且設(shè)置開設(shè)備工作于接收和發(fā)送狀態(tài)；串行數(shù)據(jù)線中的數(shù)據(jù)情況只能改變，在 SCL 是高電平時，其狀態(tài)變化用來表示開始和停止傳送方式比較嚴格，在工作時，任意一個主器件節(jié)點都能夠某個主器件控制后，該控制器件就為主控制器。總線傳送的啟 I2C 總線后，對傳送的字節(jié)個數(shù)沒有要求，僅僅要求在每回應(yīng)一個應(yīng)答位。在傳送數(shù)據(jù)時，要求先將最高位的數(shù)據(jù)發(fā)，主控制器發(fā)送停止信號。但是總線傳送到串行數(shù)據(jù)線 SD8 位，第一個字節(jié)的高 7 位是從器件的尋址地址，第 8 位是數(shù)器件傳送數(shù)據(jù)；“1”代表主器件接受數(shù)據(jù))，其余字節(jié)是操作他工作后才可以接受或者傳送下一個完整數(shù)據(jù)字節(jié)時，將單于低電平，這時數(shù)據(jù)就會停止傳送，適當延時，等到所接的，接著將拉低的端口再調(diào)至為高電平，進而可以利用 I2C 總?cè)鐖D 2.2 所示。

方便使用。⑵可靠性高。I2C 總線屬于多主機總線，在多個主機傳送數(shù)據(jù)時，發(fā)送數(shù)據(jù)的順序可能發(fā)生沖突，這樣就可能造成數(shù)據(jù)的丟失。只要在使用總線的時候，給每個外設(shè)都設(shè)定特有的地址，這樣就可以避免該現(xiàn)象發(fā)生。在總線上增加或者刪除對其他器件的正常工作都沒有影響。⑶抗干擾能力強。增加總線驅(qū)動器可以將總線的電容擴大10倍，傳輸凈距離達15m，可以兼容不同等級的電壓，工作溫度范圍比較廣。⑷傳輸速度快。連接在相同總線的 IC 的數(shù)量只受總線的最大電容的制約，串行的 8位雙向傳輸數(shù)據(jù)速度在 400bit/s~ 3.4Mbit/s。I2C 總線的嚴格完整的規(guī)范和獨立的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使其具有操作編程簡單方便，，設(shè)備成本低，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，所以將 I2C 總線應(yīng)用于本系統(tǒng)，能夠提高該系統(tǒng)的性能。2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)是以 STM32 為主控制器，包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、報警模塊、通信模塊、顯示模塊和 GSM 模塊等。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖 2.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S625;S274.2

【參考文獻】

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10 張yN;汪小e

本文編號：2690312