智能灌溉系统的研究与设计

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1、智能灌溉系统的研究与设计智能灌溉系统的研究与设计20智能灌溉系统的研究与设计摘要本系统系统通过选择合适的传感器将对土壤中含水量以及空气湿度等重要物理量进行采集，通过信号及采集部分将其转化为数字信号，交给单片机系统进行处理，通过智能控制部分，在需要时驱动相关外设，进行自动精确定位地灌溉。具体流程图如下：工作过程流程图符合湿度要求，重置定时器定时（10分钟），单片机待机不符合要求30s后响应中断驱动湿度传感器电路，采集数据，看是否符合湿度要求，并输出此时湿度单片机重置定时器计数后待机，使定时器30秒后发出中断信号根据分析结果，调用电机运转子程序，同时控制电机与舵机分别旋转、摆动，并打开节流阀，驱动

2、水泵实现精确定位，完成浇灌调用土壤湿度分析子程序（即与标准湿度相比较），计算出土壤需要浇灌的部分，并计算出干湿度以决定浇灌用水量（由喷灌时间决定）利用单片机内定时器计数器，每隔10分钟（可调）定时向单片机发出中断信号单片机处于待机状态，等待中断信号单片机相应中断，驱动湿度传感器电路，使湿度传感器工作，采集数据（四个）并将其传至单片机，由单片机驱动液晶显示器输出土地情况20智能灌溉系统的研究与设计关键字：智能控制精确定位密封湿度传感器差动放大顺序通电液晶显示机械设计部分整体的机构形式如下所述：水由出水口接入，经过水泵增压后，经过导水软管，最后从管的另一端喷射出来。机械臂主要由导水软管，套筒，舵机

3、，步进电机和与电机配合的传动装置组成。套筒下端固结有加工上锥齿的圆环，电机通过锥齿轮传动，带动套筒转动。舵机固定在套筒上，当套筒旋转时，舵机也随套筒旋转。导水软管穿过套筒与固定在套筒上端的舵机相固结，当舵机臂摆动时导水软管喷头处完成竖直方向的调整，以使喷出的水能够调整远近。而套筒转动则实现了喷水方向的调整。这样，通过水平旋转及竖直摆动，实现了喷灌的精确定位。考虑到水对电机、齿轮传动部分的腐蚀影响，电机及其与套筒的传动部分通过密封箱密封，导线引出，连接到控制电路部分及电源部分，以实现对机械系统的电力输入及控制。机械臂通过套筒下端深埋入土壤进行固定。这种方案是我们经过多次调整最后确定出来的。下图为

4、我们用机械仿真软件pro/engineer制作的图形（具体见附图）电机控制套筒水平转动套筒密封箱舵机与导水软管连接导水软管20智能灌溉系统的研究与设计我们的创新体现在我们的设计过程当中。在喷口的设计中，由于市场上所售的喷头多利用水压将水达到某个固定位置，因此不能实现喷灌位置的可调性要求。因此喷管管口需要重新设计。在喷头处，我们曾试验过多个方案。其中一个就是拟定用钢管作导水管，将水直接引到喷头，而喷头处设计成喷口可以转动的形式，通过增加一个电机并通过细杆与喷头处连实现竖直方向的转动，水平方向的转动还是靠另一个电动机带动套筒来实现（具体见附proe仿真图）。但是这种设计有两个问题我们没能解决。第一

5、个问题就是密封的问题，喷口转动时对其密封要求较高，且此处水压较高，更增加密封难度。第二个问题就是底部的电机如何使上部的喷头进行竖直方向的摆动。此处传动距离较长，增加材料势必增加水平转动电机的负载，且此电机好密封，极易漏水烧毁电机。于是我们直接采用了接导水软管的方法。导水软管是用一种软橡皮材料做成的，我们在进行试验时，一端接从水泵流过的水，一端穿过套筒固定在舵机上，有较好的弹性，使灌溉机械臂在转动时，水管不会产生较大的阻力矩，也不会发生塑性变形影响使用。这种形式的优点是结构简单，使用方便，一根管足以解决喷头出的设计问题。缺点是电机带动套筒的转角不能持续朝一个方向转动，否则水管会打结使水流不通，且

6、从水管浇灌到地面的水流呈柱状，对地面冲击较大。软管长期拉伸压缩会造成水管脱胶，碎裂等问题。在实际设计计算中，需进行软管的拉压的疲劳强度的校核，及齿轮传动的校核计算。通过查机械设计的手册可以计算出所需的材料及其他要求。在进行设计的过程中，我们查阅了上市的喷头的基本的工作原理，对其有了初步的了解。在进行结构设计得过程中，我们查阅了相关的机械原理、机械设计方面的书籍，增长了我们的机械方面的知识及解决机械设计问题的能力。具体构件可参见所附的proe零件图及整体装配图。硬件电路部分设计 A.湿度传感器方案我们采用通DX-S2型土壤湿度传感器，通过测出被测土壤的介电常数，并根据土壤容积含水率与土壤介电常数

7、之间的非线性关系推导出土壤的容积含水率和重量含水率。本传感器对土壤水分变化有很高的灵敏度，因此温度、盐分、土壤性质变化因素的影响相对比较小，如果要求测量结果准确度高，应酌情对这些因素的影响进行修正。或采取其它措施减少这些因素的干扰。湿度传感器各项参数如下：测量参数土壤容积/重量含水率θ量程4~50%（绝对重量含水率）精度误差不超过2%响应时间响应在1秒内进入稳定工作环境-30℃~+55℃工作电压4