刘理云

(娄底职业技术学院,湖南 娄底 417000)

我国农村推行以家庭为单位进行农业种植,每个家庭种植的种类较多,但种植规模不大,灌溉方法、设备传统单一,劳动力成本高,水资源与肥料浪费严重,产量与质量受自然条件的影响较大,效益低.为此许多科技工作者推行水肥一体智能灌溉,且大都采用了PLC控制、无线智能控制等现代高科技手段,对大中规模农业种植很适用,但对农业种植家庭来说,存在设备成本高,结构复杂,安装、使用、维护专业性很强的问题.通过调研与反复实验探究,设计一种成本低,安装、使用、维护简单,能适时适量灌溉的智能滴灌系统,为家庭农业种植节水、节肥、节劳动力,提高种植产量与质量.

1 系统设计与原理分析

系统设计如图1所示.系统有手动控制模式和自动控制模式,手动控制时,人为闭合手动控制开即可.自动控制时,湿度传感器采集土壤湿度,为避免晴天中午灌溉,由光照传感器采集日光强度.单片机运行程序,根据土壤湿度和日光强度,输出控制信号,经驱动模块后,控制电磁继电开关的通断,从而控制水泵的启停.水泵的出水经过滤网后,送至分支管,分支管上布满滴灌喷头,用于灌溉.当要进水肥混合灌溉时,先打开肥料罐进水阀,根据预算的肥料浓度蓄水,然后放入肥料搅拌均匀;肥料液调好后,打开水肥混合液控制阀,进行水肥一体化混合灌溉.

图1 系统原理图

2 关键技术解决方案

2.1 土壤湿度与光照强度采集

土壤湿度与光照强度采集电路如图2所示.采用湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器.湿敏传感器插入土壤,由于土壤含水量不同,湿敏传感器的阻值也不同,从而将土壤湿度转化为电信号,然后通过IC1NE555判断湿度强弱.如果土壤较干燥,湿敏电阻阻值较大,NE555翻转,输出高电平(约为电源电压)送给单片机.调整时,将湿敏电阻插入水内,调Rp1使NE555的3脚输出为12 V,然后将湿敏电阻从水中取出并擦干,调Rp1使输出0 V,这样反复调节多次即可达到要求[1-3].

图2 土壤湿度与光照强度采集电路

由于光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化,从而将日光强度转化为电信号,然后通过NE555判断光线是否强烈.如果中午光线较强烈,IC2 NE555的3脚输出低电平,此时无论土壤干燥与否均不灌溉,当傍晚日光较弱,光敏电阻阻值较大时,NE555翻转,输出高电平(为电源电压)送给单片机.

单片机运行程序,根据土壤湿度和日光强度,输出控制信号,经驱动模块后,控制电磁继电开关的通断,从而控制水泵的启停.

2.2 水肥混合灌溉设计

文丘里施肥器安装简便,价格低,在水肥混合灌溉中,目前用得较多.通过实际实验测试,一个滴灌系统在使用文丘里施肥器后,会导至灌溉的压力减小,导至灌溉面积减小.通过反复实验探究,设计了如图1所示的水肥混合灌溉方案.在水泵吸水入口处钻一个孔,将肥料管接入水泵吸水入口处,为了防止杂物吸进水泵,钻孔处用纱布包装处理.这样利用水泵抽水时的吸力,不仅将水吸入水泵中,而且也将肥料液吸入水泵中,水肥混合后送入灌溉管道中进行灌溉,保证了灌溉的压力不会减小,从而提高了灌溉设备的利用率.

3 实验结论

本文所设计的系统通过在娄底职业技术学院农林实习基地进行反复验证,稳定性好,安全性高,成本低,有效地提高了灌溉设备的利用率.采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器,它在25 ℃时响应时间小于5 s,检测土壤含水量范围为0～100%.