農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中智能控制儀表系統(tǒng)的應(yīng)用

文/韓亮 濱州市杰潤(rùn)低碳節(jié)能工程咨詢有限公司 山東濱州 256600

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也在飛速發(fā)展，這導(dǎo)致了傳統(tǒng)儀器結(jié)構(gòu)的根本性變革。我們利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器檢測(cè)技術(shù)將這些元素有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而形成了新一代的智能儀器。該智能儀器軟件系統(tǒng)不僅解決了傳統(tǒng)儀器難以解決的問(wèn)題，而且簡(jiǎn)化了儀器電路，提高了儀器的可靠性，使得實(shí)現(xiàn)高性能、高精度變得容易。隨著世界的變化和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能儀表的智能化程度必將越來(lái)越高，農(nóng)業(yè)作為民生之本，將不可避免地加入到社會(huì)進(jìn)步的洪流中去。

1、智能儀表系統(tǒng)的工作原理

智能儀表系統(tǒng)要想在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中達(dá)到徹底的應(yīng)用，有關(guān)人員必須對(duì)其工作原理完全了解，依據(jù)其工作原理，將其恰到好處的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中。傳感器是智能儀表系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，可以說(shuō)是系統(tǒng)的核心。傳感器采集被測(cè)參數(shù)的信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波去除干擾，然后發(fā)送到多通道模擬開關(guān)。模擬開關(guān)由單片機(jī)選通，輸入通道的信號(hào)逐個(gè)送至程控增益放大器，放大后的信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖信號(hào)送至單片機(jī)。MCU根據(jù)儀器設(shè)定的初始值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理。操作結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的顯示和打印數(shù)據(jù)，同時(shí)，MCU將操作結(jié)果存儲(chǔ)在芯片或EEPROM(Electrical Erasable Memory，針對(duì)存儲(chǔ)器中的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行比較，然后根據(jù)操作結(jié)果和控制要求輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

2、智能儀表系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)

2.1 能夠進(jìn)行自動(dòng)化操作

智能儀表系統(tǒng)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸的擺脫了人類勞動(dòng)，農(nóng)戶可以從土地中解放出來(lái)，去從事其他方面的工作。農(nóng)業(yè)自動(dòng)化是現(xiàn)代化的典型標(biāo)志，因此智能儀表系統(tǒng)的應(yīng)用是我國(guó)農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代化的重要表現(xiàn)。智能儀表系統(tǒng)每一個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)，都是微控制器進(jìn)行操作，因此每個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)都是自動(dòng)化。

2.2 能夠進(jìn)行自測(cè)

智能儀表系統(tǒng)的自測(cè)功能有比較多，比如能夠自動(dòng)凋零、自動(dòng)診斷、自動(dòng)檢驗(yàn)等。如果系統(tǒng)出現(xiàn)了異常情況，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，將故障部位查找出來(lái)，如果系統(tǒng)十分高級(jí)，甚至能夠診斷出故障原因。此種功能可以在儀表啟動(dòng)時(shí)就發(fā)揮作用，在儀表運(yùn)行過(guò)程中也能夠發(fā)揮作用，因此不必再派專門的人員進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)生故障，自會(huì)發(fā)出警報(bào)，診斷出故障部位，這對(duì)檢查人員來(lái)說(shuō)，十分方便。

2.3 能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

這是智能儀表系統(tǒng)最為顯著的特點(diǎn)。因?yàn)榻^大多數(shù)智能儀表系統(tǒng)應(yīng)用的是單片機(jī)或者是微控制器，這樣如果某些問(wèn)題硬件邏輯難以解決，軟件系統(tǒng)可以解決。比如數(shù)字萬(wàn)用表基本不具備處理數(shù)據(jù)功能，只能進(jìn)行電流、電壓測(cè)量，而智能儀表系統(tǒng)中的萬(wàn)能表，除了能夠測(cè)量數(shù)據(jù)外，還能夠?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，比如取平均值、統(tǒng)計(jì)分等。這使得用戶不必為自己進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)也確保儀器測(cè)量精度。

2.4 能夠進(jìn)行人際對(duì)話

智能儀表系統(tǒng)能夠進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，這使得人們只要輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，就能夠找到相應(yīng)的信息，以便能夠及時(shí)采取對(duì)策。智能儀表系統(tǒng)應(yīng)用的是鍵盤，其與傳統(tǒng)的切換開關(guān)相比，更加的方便靈活，工作人員只需要掌握鍵盤輸入命令，即可進(jìn)行測(cè)量。另外，智能儀表系統(tǒng)還能夠?qū)?shù)據(jù)信息處理結(jié)果報(bào)告給操作人員，操作人員通過(guò)顯示屏即可了解數(shù)據(jù)信息，這樣儀表操作不僅方便，還具有直觀性。

2.5 能夠進(jìn)行可程控操作

由于這一功能，它受到了廣大農(nóng)業(yè)科研人員的歡迎。大多數(shù)現(xiàn)代智能儀表系統(tǒng)都具有GPIB、RS485等通信接口，可以與PC機(jī)或其他儀表連接形成完整的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)更完整，可以測(cè)試復(fù)雜的任務(wù)。

3、智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

儀器內(nèi)裝有GPS全球定位裝置，可準(zhǔn)確確定試驗(yàn)點(diǎn)的方位（經(jīng)緯度）和高度。在土壤方面，可準(zhǔn)確測(cè)定土壤中氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，并可測(cè)定土壤的pH值、鹽（電導(dǎo)）、其他微量元素和形成溫度。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定體積含水量，并對(duì)肥料進(jìn)行試驗(yàn)。在水質(zhì)測(cè)試中，可以測(cè)試水中的溶解氧、水的濁度、溫度、pH值和水的導(dǎo)電率。此外，測(cè)量點(diǎn)空氣的溫度和濕度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)是可能的。該儀器是數(shù)字化智能儀器，不僅可以設(shè)置操作菜單、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和打印，還可以與計(jì)算機(jī)連接，以滿足用戶對(duì)被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)的測(cè)試、記錄和存儲(chǔ)的要求，是土壤肥力站、農(nóng)業(yè)科研院所和有關(guān)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門的首選儀器之一。

4、智能儀表系統(tǒng)的優(yōu)化

4.1 測(cè)量精度的提高

在智能儀表設(shè)計(jì)時(shí)，以測(cè)量精度作為主要的參數(shù)之一，為了提高儀表的測(cè)量精度，一般除了選擇性能好和精度高的元器件外，同時(shí)也可以利用微處理器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工與處理，以減少測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。

4.2 系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)

高效率，低耗能是每個(gè)儀器的最終目標(biāo)。智能儀表系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)是系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。在低功耗設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：一是可選用CMOS集成電路，這是由于CMOS電路具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)和工作溫度范圍寬等特點(diǎn)；二是系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)供電電壓存在著一定的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，供電電壓越高，系統(tǒng)功耗越大，因此低功耗單片微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)盡量采用低電壓供電，這樣既能減少系統(tǒng)功耗，又有利于電池供電。

總結(jié)：

綜上所述，研究智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用是十分必要的。農(nóng)業(yè)作為我國(guó)第一大產(chǎn)業(yè)，直接關(guān)系到我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民的生活水平。智能化儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，能夠盡快促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。雖然該系統(tǒng)目前還不完善，甚至存在許多缺點(diǎn)，但它在農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然。隨著社會(huì)的發(fā)展，智能儀器系統(tǒng)將成為農(nóng)民日常生活中不可缺少的設(shè)備，也是我國(guó)農(nóng)業(yè)科研人員研究的重點(diǎn)。