家庭農(nóng)業(yè)水肥一體智能滴灌系統(tǒng)設(shè)計

劉理云

(婁底職業(yè)技術(shù)學院,湖南 婁底 417000)

我國農(nóng)村推行以家庭為單位進行農(nóng)業(yè)種植,每個家庭種植的種類較多,但種植規(guī)模不大,灌溉方法、設(shè)備傳統(tǒng)單一,勞動力成本高,水資源與肥料浪費嚴重,產(chǎn)量與質(zhì)量受自然條件的影響較大,效益低.為此許多科技工作者推行水肥一體智能灌溉,且大都采用了PLC控制、無線智能控制等現(xiàn)代高科技手段,對大中規(guī)模農(nóng)業(yè)種植很適用,但對農(nóng)業(yè)種植家庭來說,存在設(shè)備成本高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝、使用、維護專業(yè)性很強的問題.通過調(diào)研與反復(fù)實驗探究,設(shè)計一種成本低,安裝、使用、維護簡單,能適時適量灌溉的智能滴灌系統(tǒng),為家庭農(nóng)業(yè)種植節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)勞動力,提高種植產(chǎn)量與質(zhì)量.

1 系統(tǒng)設(shè)計與原理分析

系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示.系統(tǒng)有手動控制模式和自動控制模式,手動控制時,人為閉合手動控制開即可.自動控制時,濕度傳感器采集土壤濕度,為避免晴天中午灌溉,由光照傳感器采集日光強度.單片機運行程序,根據(jù)土壤濕度和日光強度,輸出控制信號,經(jīng)驅(qū)動模塊后,控制電磁繼電開關(guān)的通斷,從而控制水泵的啟停.水泵的出水經(jīng)過濾網(wǎng)后,送至分支管,分支管上布滿滴灌噴頭,用于灌溉.當要進水肥混合灌溉時,先打開肥料罐進水閥,根據(jù)預(yù)算的肥料濃度蓄水,然后放入肥料攪拌均勻;肥料液調(diào)好后,打開水肥混合液控制閥,進行水肥一體化混合灌溉.

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 關(guān)鍵技術(shù)解決方案

2.1 土壤濕度與光照強度采集

土壤濕度與光照強度采集電路如圖2所示.采用濕敏電阻作為檢測土壤濕度的傳感器.濕敏傳感器插入土壤,由于土壤含水量不同,濕敏傳感器的阻值也不同,從而將土壤濕度轉(zhuǎn)化為電信號,然后通過IC1NE555判斷濕度強弱.如果土壤較干燥,濕敏電阻阻值較大,NE555翻轉(zhuǎn),輸出高電平(約為電源電壓)送給單片機.調(diào)整時,將濕敏電阻插入水內(nèi),調(diào)Rp1使NE555的3腳輸出為12 V,然后將濕敏電阻從水中取出并擦干,調(diào)Rp1使輸出0 V,這樣反復(fù)調(diào)節(jié)多次即可達到要求[1-3].

圖2 土壤濕度與光照強度采集電路

由于光敏電阻的阻值隨光照強度的變化而變化,從而將日光強度轉(zhuǎn)化為電信號,然后通過NE555判斷光線是否強烈.如果中午光線較強烈,IC2 NE555的3腳輸出低電平,此時無論土壤干燥與否均不灌溉,當傍晚日光較弱,光敏電阻阻值較大時,NE555翻轉(zhuǎn),輸出高電平(為電源電壓)送給單片機.

單片機運行程序,根據(jù)土壤濕度和日光強度,輸出控制信號,經(jīng)驅(qū)動模塊后,控制電磁繼電開關(guān)的通斷,從而控制水泵的啟停.

2.2 水肥混合灌溉設(shè)計

文丘里施肥器安裝簡便,價格低,在水肥混合灌溉中,目前用得較多.通過實際實驗測試,一個滴灌系統(tǒng)在使用文丘里施肥器后,會導(dǎo)至灌溉的壓力減小,導(dǎo)至灌溉面積減小.通過反復(fù)實驗探究,設(shè)計了如圖1所示的水肥混合灌溉方案.在水泵吸水入口處鉆一個孔,將肥料管接入水泵吸水入口處,為了防止雜物吸進水泵,鉆孔處用紗布包裝處理.這樣利用水泵抽水時的吸力,不僅將水吸入水泵中,而且也將肥料液吸入水泵中,水肥混合后送入灌溉管道中進行灌溉,保證了灌溉的壓力不會減小,從而提高了灌溉設(shè)備的利用率.

3 實驗結(jié)論

本文所設(shè)計的系統(tǒng)通過在婁底職業(yè)技術(shù)學院農(nóng)林實習基地進行反復(fù)驗證,穩(wěn)定性好,安全性高,成本低,有效地提高了灌溉設(shè)備的利用率.采用硅濕敏電阻作為檢測土壤濕度的傳感器,它在25 ℃時響應(yīng)時間小于5 s,檢測土壤含水量范圍為0～100%.