科教融合模式下的智能灌溉系統的實驗教學研究設計

倪冰倩 盧彪 張仕遠

摘 要：隨著社會的不斷發展以及人們生活水平的不斷提高，傳統的農業種植技術已不能滿足人們的現代生活，除此之外，近些年水資源的不足與污染問題嚴重加劇。這些現象的出現推動了農業種植的快速發展，促使灌溉系統智能化越來越普遍。

關鍵詞：單片機;智能;灌溉系統

一、國內外研究現狀與趨勢

（一）國外研究現狀與趨勢

國外的灌溉智能技術到目前為止已有50多年的歷史。在一些機械化種植技術較為發達或水資源極度匱乏的地區，智能灌溉技術已得到了普及。通過智能灌溉技術可以實現對土壤濕度與溫度的實施監測，通過數據智能化來保證灌溉質量和對灌溉標準進行重新設置。一些國家的節水智能灌溉系統功能已實現了現代非充分灌溉方式的良好改革與過渡，朝著全自動化灌溉方向不斷探索。

（二）國內研究現狀與趨勢

我國的智能灌溉系統源于90年代，由于起步的時間較遲，其還未形成系統化。與西方發達國家相比，我國的智能灌溉產品種類較為單一，尚未形成專業化的質量檢測與控制體系，在其方面還應不斷探索與研究。我國的智能化灌溉目前在大棚設施中較為普遍，大田農業很少涉及，丘陵地區農業更是為一片空白。園林是智能灌溉未來發展的主要市場，在日后國內將會加快研發、提高速度，搶占國內外園林市場。

二、系統原理

（一）技術路線

（二）光照檢測電路和高亮LED燈照明電路

此光照系統我們采用了光敏電阻來進行檢測，該電阻的工作原理是基于內光電效應。隨著光照強度的升高，其阻值降低，最小可至1KΩ以下。該電阻對光線極為敏感，在黑暗環境下，呈高阻狀態，電阻一般可達1.5MΩ。本系統中，采用串聯一個光敏電阻的方式不僅實現光敏電阻的分壓，還起到了保護電阻的功效。

在本設計中，LED為高亮燈。當光照不足時，單片機的控制引腳將轉化為低電平，燈亮，給予光照。否，則燈不亮。

（三）DS18B20溫度傳感器模塊電路和5V散熱風扇控制電路

DS18B20溫度傳感器的測溫范圍為-55℃～+125℃，工作電源：為3.0～5.5V/DC，測量結果以9～12位數字量方式串行傳送。其擁有獨特的單線接口方式、使用時不需要任何外圍元件、支持多點組網功能實現多點測溫，在與微處理器連接時僅需要一條口線便可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊，數量不多于8個DS18B20可并聯在唯一的三線上，但若超過8個將會使供電電源電壓過低，造成信號傳輸不穩定等現象。

風扇的散熱工作原理是依照能量轉化來實現的，即為電能→電磁能→機械能→動能。考慮到單片機無法直接使風扇工作，所以該系統選擇三極管9012來解決此問題。該電阻為限流電阻，除了起到限流的作用外，還可以保護三極管。當系統檢測到種植環境溫度過高時單片機的相關控制引腳將變為低電平，三極管導通，風扇正常工作;否則，風扇不轉動。

（四）TRSD土壤濕度傳感器模塊電路

該供水系統根據檢測出的導電率值來判斷灌溉所用的水源是否達標，若達標則可進行水源供水，否則不供水。其土壤濕度傳感器檢測土壤的濕度，將濕度值顯示在液晶顯示器上，更具不同的植物可通過按鍵設置濕度閾值，當土壤濕度小于設定的閾值，繼電器打開，繼電器可以外接水泵適量供給植物水分，否則繼電器斷開，水泵不工作。該土壤濕度傳感器采用鍍鎳，加寬傳感器感應面積、提高導電性來延長傳感器使用壽命等作用。

三、智能灌溉的價值

（一）節約水資源

據調查統計，我國的東北、西北等地區，大范圍旱災發生頻繁，我國農業領域每日平均缺水量已經超過960×104t，由此導致的糧食減產問題將會十分嚴峻。此外，原本一些降水量較為豐富的南方地區，最近幾年也呈現出水量不斷減少的趨勢。從總體來看，我國農業領域的水資源供需不平衡問題將會越來越嚴峻。總結當下現有的智能灌溉技術，其大致分為滴灌、涌泉灌以及地下滲灌等方式，其在很大程度上解決了水資源供應不足的問題。

（二）減輕勞動力、提高生產量

世界上許多發達國家在不斷改良與優化本國的灌溉技術，已實現了將每立方米水資源的糧食產量提高至2kg以上的優秀成果。當前我國的智能灌溉系統主要以進口為主，在汲取國外先進技術的基礎上，開始創新與自主研發更加優秀的專利產品。我國的智能化灌溉技術發展前景十分開闊，其通過對溫度、濕度、光照等因素的智能監測和控制，從而在減少大棚農業種植者的成本和精力的情況下還能保證農作物的生長環境達到一個較佳的狀態，進而提高農作物產量和質量。

四、結束語

無論從全球缺水的實際情況來看，還是從可持續發展的戰略高度分析，節水節能都是當代社會發展的大勢所趨。現代化社會使用的智能灌溉技術，不僅比傳統方式節約了60%以上的水資源，同時還節約了大量的人力物力，降低了養護成本。隨著現代化科技的飛速發展，智能化灌溉系統正朝著綠色環保的方向不斷探索與邁進。在未來，相信會有越來越多的智能化灌溉設備將被應用于更多相關方面的規劃與建設中。

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