基于單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究

裴瑞婷

摘 要：隨著人類的不斷繁衍，地球上的資源也在不斷減少，尤其是水資源的減少更為嚴(yán)重。在這種情況之下，節(jié)約用水成為各個行業(yè)都要秉承的理念。對于農(nóng)業(yè)方面來說，提高灌溉的效率和節(jié)約水資源之間有著緊密的聯(lián)系?，F(xiàn)簡單介紹一下以單片機(jī)控制為基礎(chǔ)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究，希望能夠?yàn)橐院蟮难芯刻峁┮欢ǖ囊罁?jù)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)控制；節(jié)水灌溉；研究

中圖分類號：S274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.009

中國傳統(tǒng)的灌溉方式不僅灌溉的效率低下，而且會浪費(fèi)大量的水資源，違背當(dāng)前節(jié)約用水的理念。如果不能夠改進(jìn)灌溉的方式，那么不管是由于水資源短缺還是農(nóng)作物產(chǎn)量降低帶來的后果都是不可估量的。

1 基于單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉技術(shù)的組成

對于由單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)來說，單片機(jī)的地位無疑是非常重要的。單片機(jī)在節(jié)水灌溉系統(tǒng)中主要的功能為監(jiān)控節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的機(jī)器與設(shè)備，并且會對設(shè)備和機(jī)器收集到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理工作。單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的主要工作模式是由灌溉系統(tǒng)首先對農(nóng)作物種植的土地進(jìn)行分析，然后把分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，最后單片機(jī)在根據(jù)這些數(shù)據(jù)對灌溉系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行操控。例如，如果灌溉系統(tǒng)反饋回來的數(shù)據(jù)是當(dāng)前土壤缺乏水分，那么單片機(jī)就會給灌溉系統(tǒng)發(fā)出灌溉的指令，并會計算要達(dá)到目標(biāo)水分所需要的時間，進(jìn)行定時灌溉。除此之外還有其他情況，單片機(jī)也可以做出相應(yīng)的反應(yīng)，即基于單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要是根據(jù)分析土壤條件來進(jìn)行灌溉的。

單片機(jī)主要是由CPU、只讀儲存器、定時器、計算器以及芯片這幾部分構(gòu)成。在節(jié)水灌溉系統(tǒng)中除了單片機(jī)以外還有一個比較重要的機(jī)器——土壤濕度傳感器。單片機(jī)就是在土壤濕度傳感器收集的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，從而做出合理操作的。所以可以認(rèn)為土壤濕度傳感器的好壞會在很大程度上影響單片機(jī)的操作。當(dāng)然能夠把濕度傳感器上得到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)上也離不開數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的幫助，主要是把傳感器產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

2 模擬控制決策分析

一般來說智能控制系統(tǒng)都采用的是數(shù)學(xué)模型作為依據(jù)，而單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)則采用的是模糊控制。模糊控制就是指利用被控制體系的物理性質(zhì)來決定人工智能的操作。所以在單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)中最大的問題就是如何獲取物理性質(zhì)，這一般由制定者的經(jīng)驗(yàn)以及直覺來決定。物理性質(zhì)在人類語言的描述下能夠變成抽象的海綿或者規(guī)則，但是由于語言的不確定性，所以人們可以通過對于這些不確定性的描述進(jìn)行推測，從而得出結(jié)論。模糊控制和傳統(tǒng)的控制方式相比具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

（1）語言方式更加便捷。通過簡潔的語言進(jìn)行描述，而不采用傳統(tǒng)的較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)語言進(jìn)行描述。當(dāng)然根本原因還是無法利用精確的數(shù)學(xué)語言表達(dá)。

（2）模糊描述對于一些不熟悉計算機(jī)的工作人員來說，更加容易進(jìn)行操作，更容易理解。對于一些農(nóng)業(yè)上的工作人員，尤其是一些年齡較大的工作人員使用計算機(jī)工作并不熟悉，反而不如采用模糊描述的工作效率高。

（3）通過模糊描述，操作機(jī)器的工作人員能和機(jī)器形成一體化，工作的效率更高。

（4）在模糊控制的具體實(shí)施過程中，如果想要進(jìn)行更改，只需要改動參數(shù)，具有比較強(qiáng)的靈活性。

3 數(shù)據(jù)處理

基于單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉技術(shù)的數(shù)據(jù)處理主要包括兩個方面，即數(shù)字濾波技術(shù)和標(biāo)度變換技術(shù)。數(shù)字濾波技術(shù)就是指在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中強(qiáng)化傳遞的信號，達(dá)到抗干擾的目的。這種技術(shù)能夠有效提高信號的傳播率，而且設(shè)計起來也非常的方便。只需要對軟件上的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行一些改變就能夠達(dá)到過濾的作用，在這個過程中也不需要再添加任何的硬件設(shè)備。而標(biāo)度變換技術(shù)則是運(yùn)用在數(shù)字顯示當(dāng)中，這種技術(shù)的主要作用就是把數(shù)字顯示過程中顯示的數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換為溫度，然后溫度就會顯示在顯示器上面。標(biāo)度變換其實(shí)就是一個數(shù)字不斷轉(zhuǎn)化為不同單位的過程。

根據(jù)上面的簡單介紹，我們知道單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)和普通的灌溉系統(tǒng)采用的控制方式不同，主要是利用了模糊控制系統(tǒng)。模糊控制系統(tǒng)和精確的數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)是有著很大區(qū)別的，甚至可以認(rèn)為這是兩個極端。但是模糊控制系統(tǒng)的成功運(yùn)用是被大量實(shí)踐結(jié)果證明了的。模糊控制系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是操作簡單，只需要對軟件的參數(shù)進(jìn)行更改即可，不需要增加硬件設(shè)備，所以這也是為什么這種節(jié)水灌溉方式受到歡迎的原因之一。

參考文獻(xiàn)：

[1] 畢海婷，任大偉.單片機(jī)控制的節(jié)水澆灌系統(tǒng)研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（13）.