【摘要】：隨著淡水資源的不斷緊張和稀缺,合理有效的利用好水資源已成為農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)話題。在我國(guó),農(nóng)業(yè)灌溉用水占淡水使用量比例很大一部分,且據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,節(jié)水灌溉技術(shù)可以有效節(jié)水30%~60%,鑒于此,借助于先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化,推行自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)、發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)勢(shì)在必行[1]。相對(duì)土壤濕度作為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),已成為當(dāng)前農(nóng)田領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。為了快速檢測(cè)土壤濕度,本文對(duì)比了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段使用最廣泛的頻域法、時(shí)域法、中子法、電阻法、駐波法等檢測(cè)方法,并綜合分析了這些不同方法的利弊,提出電容值檢測(cè)土壤濕度的優(yōu)勢(shì)和可行性。本文是基于“成都***有限公司”自主開發(fā)的“植物生長(zhǎng)智能管控系統(tǒng)”中的相對(duì)土壤濕度檢測(cè)與灌溉子系統(tǒng)。本文對(duì)田間自動(dòng)化管控方法進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究,對(duì)田間智能氣象系統(tǒng)和ZigBee無(wú)線傳輸作了一定的探討。在模型選擇上,對(duì)比了Topp、Jacosen、Malicki、Dobson等著名的經(jīng)驗(yàn)或理論模型,將通用模型進(jìn)行改進(jìn),使之適用于土壤電特性參數(shù)采集和計(jì)算。本文以農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際意義為出發(fā)點(diǎn),經(jīng)過對(duì)單頻、雙頻信號(hào)源利弊的探討,選定以雙頻作為采集土壤參數(shù)的信號(hào)源,著重研究了相對(duì)土壤濕度30%-100%范圍內(nèi)土壤容值與相對(duì)土壤濕度的相關(guān)性;在原理上,采用電容法作為檢測(cè)土壤濕度的理論依據(jù);在單元電路設(shè)計(jì)上,通過對(duì)通用改進(jìn)模型電路的等效處理,推算出高、低頻通路單元參數(shù),并對(duì)電源轉(zhuǎn)換模塊和溫度采集模塊給予研究和詳細(xì)的設(shè)計(jì)分析。在數(shù)據(jù)擬合上,通過對(duì)大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理,構(gòu)建了相應(yīng)的土壤濕度與電容值回歸方程,并對(duì)線性擬合、多項(xiàng)式擬合和對(duì)數(shù)擬合的精度和使用范圍等進(jìn)行了客觀的分析和探討,最終選用對(duì)數(shù)擬合作為濕度轉(zhuǎn)換的回歸方程。文章最后將電容濕度檢測(cè)儀與當(dāng)前使用非常廣泛的頻域水分檢測(cè)儀進(jìn)行綜合性試驗(yàn)對(duì)比,分析了電容法在精度上的優(yōu)缺點(diǎn),并將綜合平均誤差控制在3%以內(nèi),完全符合農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)濕度檢測(cè)儀的技術(shù)要求(5%)。本文考慮溫度補(bǔ)償算法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,符合農(nóng)作物種植在不同季節(jié)溫差導(dǎo)致的測(cè)量偏差的實(shí)際情況,并給出了相對(duì)土壤濕度溫度補(bǔ)償算法公式。本文中的在線式土壤檢測(cè)儀具有實(shí)用性高、可移植性強(qiáng)、低成本、高穩(wěn)定性等,為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉中的濕度檢測(cè)提供了一定參考文本。而本設(shè)計(jì)的不足之處是較低濕度時(shí)的絕對(duì)誤差較大,原因可能是由于低濕度條件下電容量較小,土壤中的電阻參量占主導(dǎo)作用,而電阻率受礦物質(zhì)含量、金屬含量、鹽度等影響較大。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S152.71
【圖文】：

圖 2-2 田間智能氣象系統(tǒng)該系統(tǒng)可通過參數(shù)設(shè)置對(duì)植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行相應(yīng)的最佳設(shè)置，使相應(yīng)的植物在最佳生長(zhǎng)環(huán)境下生長(zhǎng)；采集控制可設(shè)置采集數(shù)據(jù)的頻率；數(shù)據(jù)獲取相當(dāng)于中斷控制，可手動(dòng)或機(jī)械的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲�。粩�(shù)據(jù)顯示可將采集的數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示在 PC 機(jī)或智能氣象站系統(tǒng)中；執(zhí)行設(shè)備控制機(jī)電控制器實(shí)施相應(yīng)施肥、灌溉、補(bǔ)光等動(dòng)作；自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為氣象出現(xiàn)緊急情況所產(chǎn)生的報(bào)警系統(tǒng)。如圖 2-3 所示為農(nóng)田智能氣象系統(tǒng)工作原理，圖中，無(wú)線傳輸模塊可根據(jù)通訊距離分為短距離、中距離、遠(yuǎn)距離三種無(wú)線傳輸方式，經(jīng)過考察最后選定ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線傳輸模塊。信息采集系統(tǒng)包括雨量測(cè)量、風(fēng)速檢測(cè)、風(fēng)向檢測(cè)、光照采集、氣壓檢測(cè)、土壤含水量檢測(cè)、空氣濕度檢測(cè)、土壤 PH 值檢測(cè)、空氣溫度檢測(cè)、土壤濕度檢測(cè)以及今后的土壤養(yǎng)分檢測(cè)和水培含氧量檢測(cè)等。

112.3 終端控制器手動(dòng)控制時(shí)，當(dāng)點(diǎn)擊控制鍵，PC 機(jī)收到命令后，將發(fā)送控制指令，并等待響應(yīng)，如果此時(shí)終端控制器收到數(shù)據(jù)后，馬上響應(yīng)成功，則 PC 機(jī)指示操作成功。這個(gè)操作動(dòng)作速度是不由 PC 機(jī)控制的（每點(diǎn)一次操作，PC 機(jī)只發(fā)一次命令）。如果中斷控制器來(lái)不急處理，可以不用發(fā)應(yīng)答信息，此時(shí) PC 機(jī)將以黃色取待操作鍵，直到下次輪詢時(shí)，如果操作成功，則指示操作成功。需要定時(shí)控制的設(shè)備采用雙電源供電，初始由總線管理控制，節(jié)點(diǎn)運(yùn)行后由自身定時(shí)控制，有效時(shí)間內(nèi)可以遠(yuǎn)程控制關(guān)閉設(shè)備。這樣有助于產(chǎn)品綠色節(jié)能化，并保證每個(gè)設(shè)備不會(huì)失控。也可以由總線一直供電控制。整個(gè)系統(tǒng)采用巡檢模式，設(shè)備采集控制終端節(jié)點(diǎn)理論上是可以無(wú)窮數(shù)。但實(shí)際是需要功率支持，所以一般是小功率控制（1.5A 以下），多條分時(shí)控制，每條

圖 2-5 總線分配器原理光照傳感器，CO2傳感器，土壤傳感器等檢測(cè)電路每隔 20s-30s 采集一，并將數(shù)據(jù)顯示在 LED 上。當(dāng)采集的數(shù)值超過或者低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的植物最佳值，PC 機(jī)通過接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如小麥的生長(zhǎng)濕度 75%左右為最佳，當(dāng)濕度低于 60%不利于小麥的生長(zhǎng)，那么當(dāng)濕度低于，PC 機(jī)控制土壤機(jī)電控制器，從而進(jìn)行水補(bǔ)償；反之，但濕度大于 90%于小麥的生長(zhǎng)，水泵停止工作；當(dāng)濕度大于 95%甚至更高時(shí)，發(fā)生洪澇，此C 機(jī)指揮水泵進(jìn)行抽水動(dòng)作以保護(hù)小麥的合理生長(zhǎng)環(huán)境。.5 ZigBee 無(wú)線網(wǎng).5.1 ZigBee 特點(diǎn)ZigBee 協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)采用的是 OSI 的分層結(jié)構(gòu)[44]，Zigbee 技術(shù)不僅具有、低功耗、低速率、低復(fù)雜度的特點(diǎn)；而且具有可靠性高，組網(wǎng)簡(jiǎn)單、靈

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 余楊,王穗,余艷玲;土壤表層水分含量測(cè)定方法[J];云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2004年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉駿;基于WSN信息共享的土壤水分檢測(cè)方法研究[D];江蘇大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2777767