果園土壤水分監(jiān)視與灌溉自動控制研究.pdf

1、近年來,隨著我國農(nóng)業(yè)種植結(jié)構的調(diào)整,果樹種植面積不斷增大,果園耗水量大的問題日益顯現(xiàn)。作為我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一的蘋果產(chǎn)業(yè),在我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整、增加農(nóng)民收入及出口創(chuàng)匯等方面發(fā)揮了重要作用。果樹種植與生產(chǎn)為農(nóng)民帶來良好經(jīng)濟效益,如何提高果樹用水效益,也逐漸得到重視。水分還是影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要因素,適量的水分能夠充分調(diào)動土壤及肥料中的養(yǎng)分,而過度灌溉不僅造成水資源浪費也使肥料流失,形成環(huán)境污染隱患。我國水資源貧乏,實現(xiàn)果園節(jié)水

2、灌溉已經(jīng)成為當前和今后林果業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要任務。
　　 為保證果樹生長所需的最佳土壤水分含量,提高果園產(chǎn)量及果品質(zhì)量,本課題對果園土壤水分監(jiān)視與灌溉自動控制技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行分析研究。國外產(chǎn)品雖然技術成熟,但是價格昂貴,且不適合中國國情;國內(nèi)產(chǎn)品自動化與智能化程度較低,無法滿足果園生產(chǎn)管理需求。本文以微電子學和計算機等現(xiàn)代電子技術為基礎,針對我國國情,設計開發(fā)了果園土壤水分監(jiān)視與灌溉自動控制系統(tǒng)。
　　 果園土壤水

3、分監(jiān)視與灌溉自動控制系統(tǒng)的設計采用模塊化設計思想,整套系統(tǒng)可分為主機電路模塊、土壤水分信息采集模塊、灌溉控制模塊、液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、無線通信模塊、電源模塊。為解決果園環(huán)境中電力能源緊缺的問題,主機電路模塊設計中從硬件和軟件兩個方面進行了低功耗設計。硬件方面,實現(xiàn)對各模塊電源控制,在模塊不工作時切斷電源;軟件方面,通過單片機在活動模式和休眠模式之間切換,及休眠深度的設計實現(xiàn)低功耗設計。基于FDR(Frequency

4、 Domain Reflectometrv)頻域反射法的土壤水分傳感器具有性能優(yōu)良價格低廉,測定精度較高等優(yōu)點,可快速、準確、連續(xù)地測定土壤水分含量信息。灌溉控制模塊可與滴灌系統(tǒng)、噴灌系統(tǒng)等多種灌溉設施連接,通過監(jiān)視灌水量控制水泵電機實現(xiàn)精確灌溉。由12864液晶模塊和按鍵模塊組成的人機交互界面可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示,歷史數(shù)據(jù)查看和系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。非易失性鐵電存儲器FM31256具有快速寫入、高可重寫次數(shù)和低功耗等優(yōu)良特性,存儲器內(nèi)置的

5、實時時鐘單元可為系統(tǒng)提供準確的時間。無線通信模塊可實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與計算機之間進行遠距離無線數(shù)據(jù)通信。
　　 系統(tǒng)軟件部分由C語言編寫,實現(xiàn)主程序?qū)Ω鞴δ苣K的調(diào)用和操作。灌溉控制使用迭代學習控制算法,針對蘋果園灌溉這種具有重復運動性質(zhì)的控制過程,利用本次灌溉信息,通過迭代學習律修正下一次的灌水量,實現(xiàn)在有限時間區(qū)間上對果園最佳土壤含水量的精確控制。解決因蘋果園地表灌溉水需經(jīng)較長時間才能滲透到蘋果樹吸收水分根系的主要分布區(qū),所造成的