基于太阳能供电的节水控制系统设计

《基于太阳能供电的节水控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于太阳能供电的节水控制系统设计李建军，酉育红（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔８４３３００）摘要：研究了南疆地区棉花节水灌溉温度控制系统，控制系统采用单片机为智能控制器，太阳能电池板为控制电源，通过数字温度传感器自动采集棉花田间的空气温度参数，将信号输入单片机中判断温度下限值，温度过低时自动停止灌溉。下位机和上位机之间通过串口通信，温度信号实时显示在ＶＢ窗口。结果表明，该系统成本低、灵活好用、自动化程度较高、节省了人力物力，适合在南疆大田地区进行节水灌溉控制。..关键词：节水；温度控制；单

2、片机；通信中图分类号：ＴＭ５７１．６１文献标识码：A：0439－８114（２０15）04－0970-04DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.2015.04.052收稿日期：２０１４－０３－３１基金项目：塔里木大学校长基金项目（ＴＤＺＫＳＳ２０１３２１）简介：李建军（１９７２－），男，黑龙江肇东人，讲师，硕士，主要从事农业控制技术和可再生能源发电技术研究，（）１５８９９３６２９１５（电子信箱）ｌｉｊｉａｎｊｕｎｔｄ＠１６３．ｃｏｍ。南疆大部分地区属于沙漠性气候，干旱少雨，水

3、资源严重不足［１］。由于现有的节水方法自动化水平较低，而引进的节水控制设备成本较高、技术服务差、效果不够理想。在灌溉的过程中，农作物遇到大风、低温以及暴雨等情况应停止灌溉，气候恢复正常后继续灌溉。由于南疆地区大风和暴雨天气较少，本研究设计了一套智能节水控制系统，该系统结合ＰＣ机、传感器技术以及单片机技术为一体［２］，用太阳能给系统供电，结合蓄电池储能，可在远离电力线路的偏远地区灵活方便的控制棉花灌溉。１硬件电路设计硬件电路主要包括智能控制部分、与ＰＣ机通信串口部分、数字式传感器检测部分［３］、信号输

4、出执行部分、太阳能电池板供电以及显示、复位、按键等部分，系统结构图如图１。１．１晶振电路单片机的晶振电路如图２所示，Ｃ１和Ｃ3为电容，容量为３０pＦ，Ｙ１为晶振，频率为１１．０５９２ＭＨｚ。单片机的精度与晶振的精度相关，根据棉花节水的要求，选用该频率能满足要求。另外，为了避免高频干扰，减少误差，晶振应尽可能靠近Ｘ１、Ｘ２引脚安装［４］。１．２复位电路为了提高系统的可靠性，防止系统电路出现“死机”等现象，系统设计单片机复位电路如图３所示。由图３可知，本系统使用上电或开关复位电路，电路接通后既可以通过电

5、容Ｃ２充电复位，也可以通过操作复位键Ｓ１手动使电路复位。１．３显示电路显示电路用动态扫描的方法，这样既可以节省微处理器的输入和输出口，又减少功耗。连接时段、选线并列连接，数码管的有效位由位选线控制。由于扫描速度快以及眼睛的视觉暂留性，感觉不到发光的数码管断电。系统控制动态扫描周期频率为工频，这样既可以不出现显示闪烁，还可以避免数码管因为导通视觉短而影响发光亮度。段选线接的是单片机的Ｐ０口，位选线接的是单片机Ｐ２．０～Ｐ２．３，显示电路用四位共阴极数码管即可满足检测精度。１．４继电器启动和停止电路节水

6、灌溉控制检测到当地温度低于灌溉下限值时，Ｋ１线圈通电控制电磁阀等喷洒装置向关闭的方向旋转，红灯亮，继电器接的灌溉装置工作停止喷灌。当温度值高过下限值的时候，根据需要Ｋ２线圈动作，启动电磁阀开启灌溉喷洒如图４所示。１．５串行通信电路由于ＲＳ－２３２标准串口电源电压较高，可达１５Ｖ，而单片机ＴＴＬ电平最高为５Ｖ，因此本系统选择ＭＡＸ２３２芯片做为电平转换芯片，ＭＡＸ２３２芯片工作使用＋５Ｖ单电源供电，电路图见图５。串行通讯口和单片机收发信号使用ＲＸＤ（Ｐ３．０）和ＴＸＤ（Ｐ３．１）两条线，这两条线可以同

7、时发送、接收数据，实现全双工。在软件编程中单片机的工作方式可通过对ＳＣＯＮ的设置进行选择，如果是中断方式可通过寄存器ＩＥ、ＩＰ等实现。１．６“看门狗”电路单片机的工作由于受到周围环境的电磁场干扰，会造成程序的跑飞，陷入死循环，系统的正常工作无法进行，为此本系统设计了监测单片机程序运行状态的芯片，即“看门狗”电路。由于现在的单片机内部自带“看门狗”，只要对看门狗芯片内部的寄存器的设置即可实现对单片机程序的监测。２下位机软件设计下位机软件包括主程序、温度转换子程序、显示子程序、继电器和串口中断处理程序、

8、报警动作子程序等［５］。２．１主程序图６为主程序流程图。当温度传感器检测到现场的温度值时，智能处理器读取检测值，并向串口发送，上位机ＰＣ机接受到串口传来的温度值得时，在４个共阴极的八段数码管上动态显示当时读取的温度值，同时对温度范围作出判断，看是否在最低温度下限，然后做出处理，主程序如下所示：＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞＃ｄｅｆｉｎｅｕｃｈａｒｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ＃ｄｅｆｉｎｅｕｉｎｔｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｓｂｉｔＤＱ＝Ｐ３＾７；ｓｂｉｔＵｐ＝Ｐ１＾１；ｓｂ