新型滑盖温室智能灌溉系统设计

发布时间：2020-05-31 18:55

【摘要】：我国不仅是农业大国,而且还是灌溉大国。其中农业灌溉用水占全球淡水消耗的70%左右,而浪费的多达30%~40%。当前温室是设施农业的重要部分,但是存在水资源利用率低,劳动力大,环境调控能力差等问题。因此,在满足作物需水要求的前提下,针对当前温室灌溉问题,设计一套智能灌溉控制系统,以提高水资源的利用率。在国家“十三五”重点研发计划项目基金(2016YFD0201004)课题组指导帮助下,选择美圣番茄为研究对象,根据沈阳农业大学科研基地滑盖温室的情况,结合番茄的需水特性的相关知识,将作物蒸腾量模型应用于系统灌溉,通过数据采集器采集温室相关环境参数,并通过温室内电气柜控制电磁阀的启闭对作物进行控制灌溉,该系统的具体研究内容如下:首先,根据实际需求,制定系统的总体方案,分别为硬件设计和软件设计。硬件设计选择STM2F103ZET6为核心的主控制器,其上位机发送灌溉指令通过RS-485总线传送至数据采集器,数据采集器采集的数据传送给上位机并且保存,通过控制继电器来控制电磁阀的启闭,以此实现自动灌溉。软件程序由Keil软件开发的C语言编程,其下位机软件主要包括系统初始化模块、报警模块、显示模块、时钟模块和无线通信模块。其中无线通信模块实现用户进行远程控制温室灌溉模式。系统的上位机与下位机的通信选择串行通信方式,实现数据实时采集,按需灌溉的要求。其次,以实现实时检测按需灌溉为目的,按照番茄的各个生长周期需水特性及影响因素(湿度、温度、太阳净辐射)选择作物蒸散量Penman-Monteith方程作为灌溉模型,计算出作物蒸发蒸腾量,选择自动灌溉或定时灌溉控制模式,从而有效调节作物的需水要求。最后,进行试验验证,选择番茄的苗期、开花期和结果期的各生长期的某12天进行试验,试验结果表明Penman-Monteith方程能够稳定的测量番茄的蒸发蒸腾量,并且与实际的蒸发蒸腾量的变化趋势基本一致,其相关系数达到R~2=0.9549,其蒸腾的失水量由多到少依次为结果期,开花期,苗期。这表明了该灌溉控制系统可以实现按需灌溉,达到预期设计的需求。
【图文】：

总线时序

制器是发出启动信号、时钟信号以及数据传输结束时的终止信核心。主控制器在串行时钟线上发出时钟信号，并且设置开设备工作于接收和发送状态；串行数据线中的数据情况只能改变，在 SCL 是高电平时，其状态变化用来表示开始和停止传送方式比较严格，在工作时，任意一个主器件节点都能够某个主器件控制后，该控制器件就为主控制器。总线传送的启 I2C 总线后，对传送的字节个数没有要求，仅仅要求在每回应一个应答位。在传送数据时，要求先将最高位的数据发，主控制器发送停止信号。但是总线传送到串行数据线 SD8 位，第一个字节的高 7 位是从器件的寻址地址，第 8 位是数器件传送数据；“1”代表主器件接受数据)，其余字节是操作他工作后才可以接受或者传送下一个完整数据字节时，将单于低电平，这时数据就会停止传送，适当延时，等到所接的，接着将拉低的端口再调至为高电平，进而可以利用 I2C 总如图 2.2 所示。

系统总体结构,总线

方便使用。⑵可靠性高。I2C 总线属于多主机总线，在多个主机传送数据时，发送数据的顺序可能发生冲突，这样就可能造成数据的丢失。只要在使用总线的时候，给每个外设都设定特有的地址，这样就可以避免该现象发生。在总线上增加或者删除对其他器件的正常工作都没有影响。⑶抗干扰能力强。增加总线驱动器可以将总线的电容扩大10倍，传输净距离达15m，可以兼容不同等级的电压，工作温度范围比较广。⑷传输速度快。连接在相同总线的 IC 的数量只受总线的最大电容的制约，串行的 8位双向传输数据速度在 400bit/s~ 3.4Mbit/s。I2C 总线的严格完整的规范和独立的系统结构，使其具有操作编程简单方便，，设备成本低，性能稳定等优点，所以将 I2C 总线应用于本系统，能够提高该系统的性能。2.4 系统总体设计本系统是以 STM32 为主控制器，包括数据采集模块、控制模块、报警模块、通信模块、显示模块和 GSM 模块等。该系统总体结构图如图 2.3 所示。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S625;S274.2

【参考文献】