玉米精量灌溉主要控制參數及方法研究

【摘要】在我國，約有60%的地區水資源匱乏。用珍貴來形容水資源一點也不為過。而這些珍貴的水源每年有70%運用在農業用水中，其中農田灌溉每年達3700-3900億噸。占農業用水的90%-95%。如何科學地管理農業用水，合理灌溉對節約水資源有著至關重要的作用。本文以近幾年來被吉林省地區大面積種植的農作物玉米作為研究對象，通過研究影響玉米精量灌溉的控制因子，為自動控制系統提供所需水分數據，研究精量灌溉自動控制的方式，達到節水、高產的目的。

【關鍵詞】精量灌溉；自動化控制系統；土壤濕度傳感器

0．引言

在水資源匱乏的今天，灌溉水的浪費讓我國許多地區農作物因得不到必需的灌溉而產量大減也使得水資源壓力日趨上升。所以，設計一套合理有效的灌溉自動化控制方案對我國節約農業用水，提高作物產量有著至關重要的意義。本部分對農田灌溉自動化控制技術方面的研究進行了綜述，以求通過國內外學者的研究得到啟示。

1．影響精量灌溉的控制因子

土壤類型的不同和玉米生長各個階段所需的灌水量是影響玉米精量灌溉的兩個主要控制因素。通過對控制因素的試驗研究，找出更合理的控制方法，為玉米精量灌溉自動控制系統的設計提供所需數據。

2．玉米精量灌溉控制系統的硬件組成

2.1系統的整體結構及功能

玉米精量灌溉自動控制系統主要由土壤水分檢測系統、灌溉監測控制系統、按鍵顯示系統、電磁閥及相關部件組成。

土壤水分檢測系統主要是土壤水分傳感器對玉米土壤含水率進行實時檢測并將采集到的數據反饋給灌溉監測控制系統。灌溉監測控制系統則是根據土壤水分傳感器傳回來的數據與預設的閾值進行比較，分析。如果土壤水分含量低于預設閥值下限則向單片機控制系統發出開啟閥門，灌水的指令。反之，當土壤水分含量高于預設閾值上限時，監測系統向單片機控制系統發出關閉電磁閥的指令，停止灌水，實現精量灌溉的自動運行。按鍵顯示系統的功能主要是操作人員可以通過鍵盤向系統輸入玉米生育期各個階段不同的灌水量，從而改變不同階段預設的閥值，系統將自動控制灌溉水量，并顯示玉米土壤環境和時間日期。

2.2 土壤水分檢測系統的組成

土壤水分含量的采集部分采用數字式溫濕度傳感器AM2301. AM2301在濕度0-100%RH范圍內精度是3%RH。其優點是輸出的是數字量，可以減少外界對采集信號的干擾，并直接送到單片機進行處理，不需要AD/轉換，電路簡單，數據處理方便， 單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。

2.3 灌溉監測控制系統的組成

玉米精量灌溉監測控制系統采用的是STC89C52型單片機。STC89C52是一種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼。

STC89C52單片機具有40條引腳，引腳說明如下：

VCC（40引腳）：電源電壓 正常接+5V電源。

VSS（20引腳）：接地。

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。

RST（9引腳）：復位輸入，高電平有效，在此引腳上保持兩個機器周期的高電平時，將使單片機自動復位。

ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在非訪問外部存儲器期間，AEL仍以振蕩頻率的1/6固定速率輸出因而它能用作外部時鐘或定時用。但在外部數據存儲器存取間，則以1/12的振蕩頻率輸出ALE脈沖，這個引腳也是EZPRMO編程時的編程脈沖輸入端（PROG）。

2.4土壤水分控制采集電路原理

本設計采用AM2301濕度傳感器，通過單片機P1口的高四位和AM2301連接進行土壤濕度采集。三端穩壓芯片78N05將12V直流電源穩壓成5V，提供給單片機系統使用。數據傳輸通過端口p1.0控制串行通信芯片傳給以實現數據的接收與發送。單片機的時鐘電路是由一個12M的晶振和兩個30M的電容組成，它們決定了單片機的工作時間精度為1WS。復位電路由10UF的電容，1K和8.2K的電阻組成。

2.5 按鍵顯示系統

共設有14個鍵，其中功能鍵4個分別為置天數鍵，，時間顯示鍵，確認鍵及取消鍵，還有10個數字鍵。K與外中斷“0”連接，當有鍵按下時，CPU響應中斷，進入中斷服務程序。DATA與單片機相連，用于串行傳送數據。

3．系統的軟件組成

本系統軟件由灌溉監測控制系統和按鍵、顯示系統兩部分組成。灌溉監測控制系統由主程序模塊、通信程序模塊和水分數據采集模塊構成。按鍵、顯示系統由主程序模塊、通信程序模塊、實時時鐘模塊、按鍵顯示模塊和存儲程序模塊構成。

玉米精量灌溉自動化控制系統軟件具有采集、顯示數據，編輯、修改控制閥值等功能，是以控制器為核心的系統優化。根據土壤類型以及玉米生長各時期對水分的需求，選擇相應的狀態，并實時監測水分含量，適時給予水分補給。

4．結論

通過對玉米精量灌溉自動控制系統的設計及研究，能夠精確感知土壤含水率，自動控制玉米灌溉，達到節約水資源的目的。并根據玉米生育期各階段灌水量的要求預設電磁閥閾值，控制灌水量，自動、精確地滿足玉米的生長發育需求，提高玉米產量。合理的硬件選擇也會降低成本節省人力資源。 [科]

【參考文獻】

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