科教融合模式下的智能灌溉系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究設(shè)計(jì)

倪冰倩 盧彪 張仕遠(yuǎn)

摘 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)已不能滿足人們的現(xiàn)代生活，除此之外，近些年水資源的不足與污染問(wèn)題嚴(yán)重加劇。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)推動(dòng)了農(nóng)業(yè)種植的快速發(fā)展，促使灌溉系統(tǒng)智能化越來(lái)越普遍。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能;灌溉系統(tǒng)

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

（一）國(guó)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

國(guó)外的灌溉智能技術(shù)到目前為止已有50多年的歷史。在一些機(jī)械化種植技術(shù)較為發(fā)達(dá)或水資源極度匱乏的地區(qū)，智能灌溉技術(shù)已得到了普及。通過(guò)智能灌溉技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度與溫度的實(shí)施監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)智能化來(lái)保證灌溉質(zhì)量和對(duì)灌溉標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新設(shè)置。一些國(guó)家的節(jié)水智能灌溉系統(tǒng)功能已實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代非充分灌溉方式的良好改革與過(guò)渡，朝著全自動(dòng)化灌溉方向不斷探索。

（二）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

我國(guó)的智能灌溉系統(tǒng)源于90年代，由于起步的時(shí)間較遲，其還未形成系統(tǒng)化。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的智能灌溉產(chǎn)品種類較為單一，尚未形成專業(yè)化的質(zhì)量檢測(cè)與控制體系，在其方面還應(yīng)不斷探索與研究。我國(guó)的智能化灌溉目前在大棚設(shè)施中較為普遍，大田農(nóng)業(yè)很少涉及，丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)更是為一片空白。園林是智能灌溉未來(lái)發(fā)展的主要市場(chǎng)，在日后國(guó)內(nèi)將會(huì)加快研發(fā)、提高速度，搶占國(guó)內(nèi)外園林市場(chǎng)。

二、系統(tǒng)原理

（一）技術(shù)路線

（二）光照檢測(cè)電路和高亮LED燈照明電路

此光照系統(tǒng)我們采用了光敏電阻來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，該電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。隨著光照強(qiáng)度的升高，其阻值降低，最小可至1KΩ以下。該電阻對(duì)光線極為敏感，在黑暗環(huán)境下，呈高阻狀態(tài)，電阻一般可達(dá)1.5MΩ。本系統(tǒng)中，采用串聯(lián)一個(gè)光敏電阻的方式不僅實(shí)現(xiàn)光敏電阻的分壓，還起到了保護(hù)電阻的功效。

在本設(shè)計(jì)中，LED為高亮燈。當(dāng)光照不足時(shí)，單片機(jī)的控制引腳將轉(zhuǎn)化為低電平，燈亮，給予光照。否，則燈不亮。

（三）DS18B20溫度傳感器模塊電路和5V散熱風(fēng)扇控制電路

DS18B20溫度傳感器的測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，工作電源：為3.0～5.5V/DC，測(cè)量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送。其擁有獨(dú)特的單線接口方式、使用時(shí)不需要任何外圍元件、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線便可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，數(shù)量不多于8個(gè)DS18B20可并聯(lián)在唯一的三線上，但若超過(guò)8個(gè)將會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，造成信號(hào)傳輸不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

風(fēng)扇的散熱工作原理是依照能量轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即為電能→電磁能→機(jī)械能→動(dòng)能?？紤]到單片機(jī)無(wú)法直接使風(fēng)扇工作，所以該系統(tǒng)選擇三極管9012來(lái)解決此問(wèn)題。該電阻為限流電阻，除了起到限流的作用外，還可以保護(hù)三極管。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到種植環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)單片機(jī)的相關(guān)控制引腳將變?yōu)榈碗娖?，三極管導(dǎo)通，風(fēng)扇正常工作;否則，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)。

（四）TRSD土壤濕度傳感器模塊電路

該供水系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)出的導(dǎo)電率值來(lái)判斷灌溉所用的水源是否達(dá)標(biāo)，若達(dá)標(biāo)則可進(jìn)行水源供水，否則不供水。其土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤的濕度，將濕度值顯示在液晶顯示器上，更具不同的植物可通過(guò)按鍵設(shè)置濕度閾值，當(dāng)土壤濕度小于設(shè)定的閾值，繼電器打開(kāi)，繼電器可以外接水泵適量供給植物水分，否則繼電器斷開(kāi)，水泵不工作。該土壤濕度傳感器采用鍍鎳，加寬傳感器感應(yīng)面積、提高導(dǎo)電性來(lái)延長(zhǎng)傳感器使用壽命等作用。

三、智能灌溉的價(jià)值

（一）節(jié)約水資源

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的東北、西北等地區(qū)，大范圍旱災(zāi)發(fā)生頻繁，我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域每日平均缺水量已經(jīng)超過(guò)960×104t，由此導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)問(wèn)題將會(huì)十分嚴(yán)峻。此外，原本一些降水量較為豐富的南方地區(qū)，最近幾年也呈現(xiàn)出水量不斷減少的趨勢(shì)。從總體來(lái)看，我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的水資源供需不平衡問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)峻?？偨Y(jié)當(dāng)下現(xiàn)有的智能灌溉技術(shù)，其大致分為滴灌、涌泉灌以及地下滲灌等方式，其在很大程度上解決了水資源供應(yīng)不足的問(wèn)題。

（二）減輕勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)量

世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家在不斷改良與優(yōu)化本國(guó)的灌溉技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)了將每立方米水資源的糧食產(chǎn)量提高至2kg以上的優(yōu)秀成果。當(dāng)前我國(guó)的智能灌溉系統(tǒng)主要以進(jìn)口為主，在汲取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始創(chuàng)新與自主研發(fā)更加優(yōu)秀的專利產(chǎn)品。我國(guó)的智能化灌溉技術(shù)發(fā)展前景十分開(kāi)闊，其通過(guò)對(duì)溫度、濕度、光照等因素的智能監(jiān)測(cè)和控制，從而在減少大棚農(nóng)業(yè)種植者的成本和精力的情況下還能保證農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境達(dá)到一個(gè)較佳的狀態(tài)，進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

四、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論從全球缺水的實(shí)際情況來(lái)看，還是從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度分析，節(jié)水節(jié)能都是當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的大勢(shì)所趨?，F(xiàn)代化社會(huì)使用的智能灌溉技術(shù)，不僅比傳統(tǒng)方式節(jié)約了60%以上的水資源，同時(shí)還節(jié)約了大量的人力物力，降低了養(yǎng)護(hù)成本。隨著現(xiàn)代化科技的飛速發(fā)展，智能化灌溉系統(tǒng)正朝著綠色環(huán)保的方向不斷探索與邁進(jìn)。在未來(lái)，相信會(huì)有越來(lái)越多的智能化灌溉設(shè)備將被應(yīng)用于更多相關(guān)方面的規(guī)劃與建設(shè)中。

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