基于嵌入式的灌溉施肥系统的研究

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1、摘要精确灌溉施肥是一种将水肥供应通过灌溉结合起来的现代农业技术，它的主要优点是施肥均匀、准确，可以有效提高水和肥的利用效率。为提高施肥质量和效率，促进我国农业可持续发展，在北京市优秀人才项目(20061D020050042)的支持下，研究开发了一套自动灌溉施肥系统。该系统可以根据用户的设置自动调节灌溉施肥过程中肥料溶液的电导率和酸碱度，使其与植物的需要相适应，促进植物根系对养分的吸收，提高作物的产量和质量。根据系统需求完成了灌溉施肥系统的总体设计，灌溉施肥系统的管路系统主要采用大流量文丘里、过滤器、电磁阀、高压水泵等组成。为了对施肥时间、施

2、肥过程中的电导率和pH、施肥比例等相关参数进行实时监测和控制，设计了一套通用的数据采集控制系统。该系统以MiniARM工控模块为核心，以基于RS485总线通讯的数据采集控制模块为前端实现分布式的信息采集与控制任务。采集控制模块以C8051F330单片机为控制核心，主要功能是与核心模块以标准的ModBus协议通过RS-485总线进行通信，实现对电流、电压、状态量、频率量的采集以及对开关量的控制。C8051F330单片机内部硬件资源十分丰富，只需要设计外围的接口电路和处理电路，通过软件编程即可实现全部要求的功能。RS一485总线的可靠性对于本采

3、集控制系统来说非常重要，因此在设计中对采集控制模块的RS-485接口电路的通讯能力做了测试。MiniARM工控模块拥有丰富的硬件资源，只需设计相关的外围电路就可使用。同时它内嵌pC／OS．II实时操作系统等丰富的软件资源，通过多任务编程，完整的实现了人机界面显示、数据采集和存储、文件管理、设备控制、远程访问等功能。针对肥料溶液混合过程中电导率和酸碱度比较难控制的情况，借助于模糊控制器的常规设计方法，分别设计了肥料溶液在线自动混合的电导率模糊控制器和pH模糊控制器。编写了模糊运算程序，计算出了电导率和pH的模糊控制查询表。为了对模糊控制算法进

4、行验证，设计了灌溉施肥试验系统。在试验前使用标准溶液对电导率传感器和pH传感器进行了校准和测试，解决了电导率传感器和pH传感器互相影响的问题。在确定了控制周期后，在试验系统上对模糊控制算法进行了试验。从试验结果来看，模糊控制器的控制效果较好，满足系统要求。该自动灌溉施肥系统人机界面友好、功能强大、实用性强。设计的数据采集控制系统，可方便的移植到其它应用系统中。关键词：灌溉施肥嵌入式系统数据采集模糊控制ModBusRS一485总线AbstractTheprecisionfertigationwhichreferstothesupplyofwa

5、terandfertilizerthroughtheirrigation，itsadvantageliesinfertilizinguniformlyandaccuratelyandtheuseefficiencyofwaterandfertilizerCanbeimproved．Inordertoenhancethequalityandefficiencyoffertilizationtopromotethesustainabledevelopmentofagriculture，asetofautomaticfertigationsyst

6、emwasresearchedanddevelopedsupportedbytheBeijingExcellentTalentsSubsidizedProject．TheconductivityandpHoffertilizersolutionCanbeautomaticllyadjustedinthefertilizationprocess，accordingtothecurrentusersettings．Thisapplicationenablesthefertilizersupplytomatchwithplantneeds，whi

7、chresultsinhighercropyieldsandreducedenvironmentalpollutionrisks．OveralldesignWascompletedinaccordancewithsystemrequirements．Pipelinesystemiscomposedbythehigh-volumeventur,filters，solenoidvalves，high—pressure，etc．Inordertomonitoringfertilizerapplicationtime，theconductivity

8、andpH，andotherrelatedparametersintheprocessoffertilization，asetofcommondataacquisitioncon