農(nóng)業(yè)電氣自動化中智能控制儀表系統(tǒng)的應用

【摘要】目前，各種智能測量儀表，如調(diào)節(jié)器、溫度計、流量計等已成功達到智能化水平。智能儀器系統(tǒng)為中國農(nóng)業(yè)領域做出了巨大貢獻，使農(nóng)民能夠使用該系統(tǒng)進行自動控制，提高作物產(chǎn)量和提高品質(zhì)的作物。本文分析了智能控制儀表系統(tǒng)，闡述了智能控制儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)電氣自動化中的應用。

【關鍵詞】農(nóng)業(yè)電氣；自動化；智能控制；儀表系統(tǒng)；應用

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)也在飛速發(fā)展，這導致了傳統(tǒng)儀器結(jié)構(gòu)的根本性變革。我們利用計算機技術(shù)和儀器檢測技術(shù)將這些元素有機地結(jié)合起來，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)儀器難以解決的問題，而且簡化了儀器電路，提高了儀器的可靠性，使得實現(xiàn)高性能、高精度變得容易。隨著世界的變化和科學技術(shù)的進一步發(fā)展，智能儀表的智能化程度必將越來越高，農(nóng)業(yè)作為民生之本，將不可避免地加入到社會進步的洪流中去。

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)電氣自動化中達到徹底的應用，有關人員必須對其工作原理完全了解，依據(jù)其工作原理，將其恰到好處的應用在農(nóng)業(yè)中。傳感器是智能儀表系統(tǒng)的一個組成部分，可以說是系統(tǒng)的核心。傳感器采集被測參數(shù)的信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過濾波去除干擾，然后發(fā)送到多通道模擬開關。模擬開關由單片機選通，輸入通道的信號逐個送至程控增益放大器，放大后的信號由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應的脈沖信號送至單片機。MCU根據(jù)儀器設定的初始值進行相應的數(shù)據(jù)計算和處理。操作結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應的顯示和打印數(shù)據(jù)，同時，MCU將操作結(jié)果存儲在芯片或EEPROM（Electrical Erasable Memory，針對存儲器中的設置參數(shù)進行比較，然后根據(jù)操作結(jié)果和控制要求輸出相應的控制信號。

2、智能儀表系統(tǒng)的功能優(yōu)勢

2.1能夠進行自動化操作

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

2.2能夠進行自測

智能儀表系統(tǒng)的自測功能有比較多，比如能夠自動凋零、自動診斷、自動檢驗等。如果系統(tǒng)出現(xiàn)了異常情況，系統(tǒng)會進行自動檢測，將故障部位查找出來，如果系統(tǒng)十分高級，甚至能夠診斷出故障原因。此種功能可以在儀表啟動時就發(fā)揮作用，在儀表運行過程中也能夠發(fā)揮作用，因此不必再派專門的人員進行監(jiān)控。系統(tǒng)運行期間發(fā)生故障，自會發(fā)出警報，診斷出故障部位，這對檢查人員來說，十分方便。

2.3能夠進行數(shù)據(jù)處理

這是智能儀表系統(tǒng)最為顯著的特點。因為絕大多數(shù)智能儀表系統(tǒng)應用的是單片機或者是微控制器，這樣如果某些問題硬件邏輯難以解決，軟件系統(tǒng)可以解決。比如數(shù)字萬用表基本不具備處理數(shù)據(jù)功能，只能進行電流、電壓測量，而智能儀表系統(tǒng)中的萬能表，除了能夠測量數(shù)據(jù)外，還能夠?qū)y量結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，比如取平均值、統(tǒng)計分等。這使得用戶不必為自己進行數(shù)據(jù)處理，同時也確保儀器測量精度。

2.4能夠進行人際對話

智能儀表系統(tǒng)能夠進行人機對話，這使得人們只要輸入相關的數(shù)據(jù)信息，就能夠找到相應的信息，以便能夠及時采取對策。智能儀表系統(tǒng)應用的是鍵盤，其與傳統(tǒng)的切換開關相比，更加的方便靈活，工作人員只需要掌握鍵盤輸入命令，即可進行測量。另外，智能儀表系統(tǒng)還能夠?qū)?shù)據(jù)信息處理結(jié)果報告給操作人員，操作人員通過顯示屏即可了解數(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機或其他儀表連接形成完整的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)更完整，可以測試復雜的任務。

3、智能儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應用

儀器內(nèi)裝有GPS全球定位裝置，可準確確定試驗點的方位（經(jīng)緯度）和高度。在土壤方面，可準確測定土壤中氮、磷、鉀和有機質(zhì)的含量，并可測定土壤的pH值、鹽（電導）、其他微量元素和形成溫度?，F(xiàn)場測定體積含水量，并對肥料進行試驗。在水質(zhì)測試中，可以測試水中的溶解氧、水的濁度、溫度、pH值和水的導電率。此外，測量點空氣的溫度和濕度的實時在線監(jiān)測是可能的。該儀器是數(shù)字化智能儀器，不僅可以設置操作菜單、數(shù)據(jù)存儲和打印，還可以與計算機連接，以滿足用戶對被測對象數(shù)據(jù)的測試、記錄和存儲的要求，是土壤肥力站、農(nóng)業(yè)科研院所和有關農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測部門的首選儀器之一。

4、智能儀表系統(tǒng)的優(yōu)化

4.1 測量精度的提高

在智能儀表設計時，以測量精度作為主要的參數(shù)之一，為了提高儀表的測量精度，一般除了選擇性能好和精度高的元器件外，同時也可以利用微處理器對測量數(shù)據(jù)進行加工與處理，以減少測量過程中產(chǎn)生的隨機誤差和系統(tǒng)誤差。

4.2 系統(tǒng)的低功耗設計

高效率，低耗能是每個儀器的最終目標。智能儀表系統(tǒng)的低功耗設計是系統(tǒng)優(yōu)化設計的一個重要方面。在低功耗設計時，應重點考慮以下幾個方面：一是可選用CMOS集成電路，這是由于CMOS電路具有功耗低、抗干擾能力強和工作溫度范圍寬等特點；二是系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)供電電壓存在著一定的關系，一般來說，供電電壓越高，系統(tǒng)功耗越大，因此低功耗單片微機系統(tǒng)應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)電氣自動化中的應用是十分必要的。農(nóng)業(yè)作為我國第一大產(chǎn)業(yè)，直接關系到我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和農(nóng)民的生活水平。智能化儀表系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應用，能夠盡快促進我國農(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，但它在農(nóng)業(yè)電氣自動化中的應用是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然。隨著社會的發(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備，也是我國農(nóng)業(yè)科研人員研究的重點。

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作者簡介：

韓亮，濱州市杰潤低碳節(jié)能工程咨詢有限公司，山東濱州。