学文网摘 要:为了节约水资源,及时灌溉并避免中午灌溉植物,设计一种以自来水发电来供电的自动灌溉装置。该系统发电部分由外壳串接在进水管和出水管之间,小型防水发电机内置于密封外壳中,让水流带动风叶发电,产生约4～5 V电压,再通过升压电路将它升至12 V,储存到蓄电池里备用。自动灌溉部分通过湿敏电阻和光敏电阻采集信号,由NE555判断,再经过与门CD4073,最后将信号传输给延时电路进行延时控制电磁阀。电路中湿度、亮度及延时时间均可调节。实验证明,该种自来水发电装置不仅密封性能好,功率高,而且可以节约能源,美化环境,符合当前节能型社会的***府导向。关键词:智能控制; 自动灌溉系统; 555电路; 湿敏电阻
中***分类号:TP29文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0209-02
Design and Implementation of Intelligent Automatic Irrigation System
LI Kai, OU Dan, WU Yun
(Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)
Abstract: An automatic irrigation system with tap-water generating electricity was design for saving water, irrigating plants in season and avoid irrigating it at noon. The electricity generating equipment is connected between two water pipes, the small waterproof electricity generator is placed in a sealed plastic shell, the power is generated when the water flowed through turbine blades and stored into a storage battery after the voltage is boosted from 4~5 V to 12 V through the voltage boost circuit. The signals are gathered by the humidity resistance and the photosensitive resistance, judged by NE555, through CD4073 and the delay circuit to control the magnetic valve, the humidity, brightness and delay time can be adjusted. The tap-water generating electricity system owns perfect sealing property and high efficiency through experiments. The device can save energy and beautify the environment.Keywords: intelligent control; automatic irrigation system; 555 circuit; humidity resistance
0 引 言
水是生命的基础,植物正常的生命活动就是建立在不断地吸水、传导与运输、利用和散失的过程之上。在我国水资源却严重不足,使我国成为世界上13个淡水资源最贫乏的国家之一[1]。人均占有淡水资源仅为世界人均占有量的四分之一。水资源的匮乏给我国农业发展带来了极大的障碍和困难。农作物生长的土壤需要保持一定的湿度,人们通常根据种植的经验对农作物进行灌溉,不能及时或不能精确地控制浇水的多少,往往造成大水漫灌,在很大程度上白白地浪费掉一大部分水资源[2]。如何利用有限的水资源,走“节水农业”已经成为农业生产获得最佳的效益和持续稳定发展的增长点。因此使用自来水发电的智能灌溉系统,控制喷灌和微灌系统,能有效地减少田间灌水过程中的渗漏和蒸发损失。现有的灌溉系统都要外接电源,存在一定的安全隐患且较麻烦。本系统可在无供电条件的地区使用,其最大优点为节水、节能、节约劳动力。
1 设计目标与实现方案描述
针对现有的自动灌溉系统都需要外加电源供电,存在一定安全隐患,而且现有的自动灌溉装置的程序一般固化在系统的程序存储器内[3-4],只能简单地设置灌溉时间及循环时间,不能灵活根据季节不同自动调节等缺点,该系统将小型直流发电机接上风叶至于密封特制的盒子中,用水流带动风叶旋转来发电,再将电能储存到蓄电池中以给监控电路和电磁阀供电。 该装置是以湿敏电阻和光敏电阻检测信号,自来水发电[5]用作供电的一种无需外接电源的自动灌溉装置。该装置监控电路由信号采集部分[6],灌溉控制部分,电源部分,执行部分4部分组成。如***1所示。
1.1 信号采集部分
1.1.1 土壤湿度检测
采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器,它在25 ℃时响应时间小于5 s,检测土壤含水量范围为0～100%。
***1 监控电路
当湿敏传感器插入土壤时,由于土壤含水量不同,使得湿敏传感器的阻值也不同。通过湿敏电阻和IC1 NE555判断湿度强弱,如果是土壤较干燥,湿敏电阻阻值较大,NE555翻转,输出高电平(约为电源电压)。
调整时,将湿敏电阻插入水内,调RP1使NE555[7-9]的3脚输出为12 V,然后将湿敏电阻从水中取出并擦干,调RP1使输出0 V,这样反复调节多次即可达到要求。
1.1.2 日光强弱检测
通过光敏电阻和NE555判断光线是否强烈,如果是中午光线较强烈,IC2 NE555的3脚输出低电平,此时无论土壤干燥与否均不浇水。此处用NE555进行判断,当傍晚日光较弱,光敏电阻阻值较大NE555翻转,输出高电平(为电源电压)。
1.2 灌溉控制
1.2.1 与门判断
当IC1和IC2同时输出高电平时,IC3 CD4073输出高电平。无论IC1和IC2中任一不满足条件,IC3都输出低电平。
1.2.2 延时电路
通过CD4060和电容电阻和可调电阻组成的震荡电路实现延时从CD4060开始工作到进入保持状态这段时间就是灌溉时间。可调节RP3的阻值来改变延时时间 。
1.3 电源部分
由于自来水在水管中流动的速度较快,可以把其中的部分动能回收利用。用自来水压力推动风叶片带动微型的发电机[10],将发电机发出电能存储到锂电池中,再通过升压电路将锂电池中电能转存到6 V或者12 V蓄电池中。用这部分电能为自动灌溉监控电路提供电能。
1.4 执行部分
使用湿度检测部分输出的电压来控制继电器的吸合,进而控制电磁阀的通断,实施自动灌溉。
电磁阀与电源间加一开关,使其可强制打开和关闭。当想欣赏灌溉美景时,强制打开电磁阀即可。
2 结 语
试验证明该装置具有下述优点:
(1) 系统稳定性好。电路主要由模拟电路构成,要求精度不高,稳定性好,监控范围和延时时间都可调节。
(2) 安全性高。本装置由自来水发电,输出为低电压,无任何安全隐患。
(3) 成本低。该装置无需外接电源,无噪音、造价低、体积小、适用范围广泛,很容易推广使用。
(4) 环保。自来水发电节约能源,无污染,保护环境。
(5) 可与园林开发商合作,可为种植业节省大量的人力、物力,该节能设备将成为种植业的受益点。
(6) 可用于偏远山村,电力不发达的地方,使当地的经济作物生长的更好。
参考文献
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作者简介:
李 凯 男,徐州工程学院,学士学位。主要研究方向为机械制造及其自动化。
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