農業電氣自動化中智能控制儀表系統的應用

文/韓亮 濱州市杰潤低碳節能工程咨詢有限公司 山東濱州 256600

隨著科學技術的發展，微電子技術和計算機技術也在飛速發展，這導致了傳統儀器結構的根本性變革。我們利用計算機技術和儀器檢測技術將這些元素有機地結合起來，從而形成了新一代的智能儀器。該智能儀器軟件系統不僅解決了傳統儀器難以解決的問題，而且簡化了儀器電路，提高了儀器的可靠性，使得實現高性能、高精度變得容易。隨著世界的變化和科學技術的進一步發展，智能儀表的智能化程度必將越來越高，農業作為民生之本，將不可避免地加入到社會進步的洪流中去。

1、智能儀表系統的工作原理

智能儀表系統要想在農業電氣自動化中達到徹底的應用，有關人員必須對其工作原理完全了解，依據其工作原理，將其恰到好處的應用在農業中。傳感器是智能儀表系統的一個組成部分，可以說是系統的核心。傳感器采集被測參數的信息，并將其轉換為電信號，經過濾波去除干擾，然后發送到多通道模擬開關。模擬開關由單片機選通，輸入通道的信號逐個送至程控增益放大器，放大后的信號由A/D轉換器轉換為相應的脈沖信號送至單片機。MCU根據儀器設定的初始值進行相應的數據計算和處理。操作結果轉換為相應的顯示和打印數據，同時，MCU將操作結果存儲在芯片或EEPROM(Electrical Erasable Memory，針對存儲器中的設置參數進行比較，然后根據操作結果和控制要求輸出相應的控制信號。

2、智能儀表系統的功能優勢

2.1 能夠進行自動化操作

智能儀表系統應用在農業中，使得農業生產逐漸的擺脫了人類勞動，農戶可以從土地中解放出來，去從事其他方面的工作。農業自動化是現代化的典型標志，因此智能儀表系統的應用是我國農業走向現代化的重要表現。智能儀表系統每一個測量環節，都是微控制器進行操作，因此每個測量環節都是自動化。

2.2 能夠進行自測

智能儀表系統的自測功能有比較多，比如能夠自動凋零、自動診斷、自動檢驗等。如果系統出現了異常情況，系統會進行自動檢測，將故障部位查找出來，如果系統十分高級，甚至能夠診斷出故障原因。此種功能可以在儀表啟動時就發揮作用，在儀表運行過程中也能夠發揮作用，因此不必再派專門的人員進行監控。系統運行期間發生故障，自會發出警報，診斷出故障部位，這對檢查人員來說，十分方便。

2.3 能夠進行數據處理

這是智能儀表系統最為顯著的特點。因為絕大多數智能儀表系統應用的是單片機或者是微控制器，這樣如果某些問題硬件邏輯難以解決，軟件系統可以解決。比如數字萬用表基本不具備處理數據功能，只能進行電流、電壓測量，而智能儀表系統中的萬能表，除了能夠測量數據外，還能夠對測量結果進行數據處理，比如取平均值、統計分等。這使得用戶不必為自己進行數據處理，同時也確保儀器測量精度。

2.4 能夠進行人際對話

智能儀表系統能夠進行人機對話，這使得人們只要輸入相關的數據信息，就能夠找到相應的信息，以便能夠及時采取對策。智能儀表系統應用的是鍵盤，其與傳統的切換開關相比，更加的方便靈活，工作人員只需要掌握鍵盤輸入命令，即可進行測量。另外，智能儀表系統還能夠將數據信息處理結果報告給操作人員，操作人員通過顯示屏即可了解數據信息，這樣儀表操作不僅方便，還具有直觀性。

2.5 能夠進行可程控操作

由于這一功能，它受到了廣大農業科研人員的歡迎。大多數現代智能儀表系統都具有GPIB、RS485等通信接口，可以與PC機或其他儀表連接形成完整的測量系統，該系統更完整，可以測試復雜的任務。

3、智能儀表系統在農業中的應用

儀器內裝有GPS全球定位裝置，可準確確定試驗點的方位（經緯度）和高度。在土壤方面，可準確測定土壤中氮、磷、鉀和有機質的含量，并可測定土壤的pH值、鹽（電導）、其他微量元素和形成溫度。現場測定體積含水量，并對肥料進行試驗。在水質測試中，可以測試水中的溶解氧、水的濁度、溫度、pH值和水的導電率。此外，測量點空氣的溫度和濕度的實時在線監測是可能的。該儀器是數字化智能儀器，不僅可以設置操作菜單、數據存儲和打印，還可以與計算機連接，以滿足用戶對被測對象數據的測試、記錄和存儲的要求，是土壤肥力站、農業科研院所和有關農業環境監測部門的首選儀器之一。

4、智能儀表系統的優化

4.1 測量精度的提高

在智能儀表設計時，以測量精度作為主要的參數之一，為了提高儀表的測量精度，一般除了選擇性能好和精度高的元器件外，同時也可以利用微處理器對測量數據進行加工與處理，以減少測量過程中產生的隨機誤差和系統誤差。

4.2 系統的低功耗設計

高效率，低耗能是每個儀器的最終目標。智能儀表系統的低功耗設計是系統優化設計的一個重要方面。在低功耗設計時，應重點考慮以下幾個方面：一是可選用CMOS集成電路，這是由于CMOS電路具有功耗低、抗干擾能力強和工作溫度范圍寬等特點；二是系統功耗和系統供電電壓存在著一定的關系，一般來說，供電電壓越高，系統功耗越大，因此低功耗單片微機系統應盡量采用低電壓供電，這樣既能減少系統功耗，又有利于電池供電。

總結：

綜上所述，研究智能儀表系統在農業電氣自動化中的應用是十分必要的。農業作為我國第一大產業，直接關系到我國國民經濟的發展和農民的生活水平。智能化儀表系統在農業上的應用，能夠盡快促進我國農業的現代化。雖然該系統目前還不完善，甚至存在許多缺點，但它在農業電氣自動化中的應用是農業發展的必然。隨著社會的發展，智能儀器系統將成為農民日常生活中不可缺少的設備，也是我國農業科研人員研究的重點。