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1、 机电一体化大作业机电一体化大作业课题名称：课题名称：自动喷灌控制器姓姓 名名：代培培学学 号号：20100885班班 级级：10 级 4 班指导教师指导教师：苑进2目录目录第一章 自动喷灌控制器设计.31.1 喷灌系统的组成.31.2 喷灌的特点.41.3 灌溉需水量的确定.5第二章 自动灌溉控制器原理.52.1 工作原理.52.2 元器件选择.7第三章 湿度传感器.73.1 选择测量范围.83.2 选择测量精度.83.3 考虑时漂和温漂.93.4 A/D 转换器.103.5 电磁阀.10第四章 灌溉系统的自动控制.124.1 时序控制灌溉系统.124.2 ET 只能灌溉系统.134.3 中
2、央计算机控制灌溉系统.13第五章 总结.14第六章 参考文献.153第一章 自动喷灌控制器设计喷灌是利用喷头等专用设备把有压水喷洒到空中，形成水滴落到地喷灌面和作物表面的灌水方法。1.11.1 喷灌系统的组成喷灌系统的组成一个完整的喷灌系统一般由喷头、管网、首部和水源组成。 （1）喷头：喷头用于将水分散成水滴，如降雨一般比较均匀地喷洒在种植区域。 （2）管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的种植区域。由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC 管、
3、PE 管等。同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。 （3）首部：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。如在利用城市供水系统作为水源的情况下，往往不需要加压水泵。 （4）水源：井泉，湖泊、水库，河流及城市供水系统均可作为喷灌水源。在整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准 的要求。 41.21.2 喷灌的特点喷灌的特点（1）省
4、水：由于喷灌可以控制喷水量和均匀性，避免产生地面径流和深层渗漏损失，使水的利用率大为提高，一般比地面灌溉节省水量30一50%，省水还意味着节省动力，降低灌水成本。 （2）省工：喷灌便于实现机械化、自动化，可以大量节省劳动力。由于取消了田间的输水沟渠,不仅有利于机械作业，而且大大减少了田间劳动量。喷灌还可以结合施入化肥和农药，又可以省去不少劳动量，据统计，喷灌所需的劳动量仅为地面灌溉的 l/5。 （3）提高土地利用率：采用喷灌时，无需田间的灌水沟渠和畦埂，比地面灌溉更能充分利用耕地，提高土地利用率，一般可增加耕种面积7一10%。 （4）增产：喷灌便于严格控制土壤水分,使土壤湿度维持在作物生长最适
5、宜的范围。而且在喷灌时能冲掉植物茎叶上尘土,有利于植物呼吸和光合作用。另外喷灌对土壤不产生冲刷等破坏作用，从而保持土壤的团粒结构，使土壤疏松多孔，通气性好，因而有利于增产， 特别是蔬菜增产效果更为明显。 （5）适应性强：喷灌对各种地形适应性强，不需要像地面灌溉那样整平土地，在坡地和起伏不平的地面均可进行喷灌。特别是在土层薄、透水性强的沙质土，非常适合采用喷灌。此外，喷灌不仅适应所有大田作物，而且对于各种经济作物、蔬菜、草场都可以获得很好的经济效果。1.31.3 灌溉需水量的确定灌溉需水量的确定需水量包括土壤与地表的蒸发量和植物本身消耗的蒸腾量，也称作植物腾发量。影响需水量的因素有气象条件（温度
6、、湿度、辐射及风速等） 、土壤性质及5其含水状况、植物种类及生育阶段等。由于上述这些影响因素错综复杂，确定灌溉需水量最可靠的办法是进行实际观测。但往往在规划设计阶段缺乏实测资料，这时就需要根据影响需水量的因素进行估算。估算灌溉需水量的方法很多，可通过公式进行计算，或参照下列经验数据选取： 气象条件 湿冷 干冷 湿暖 干暖 湿热 干热 日需水量（mm） 2.5-3.8 3.8-5.0 3.8-5.0 5.0-6.4 5.0-7.6 7.6-11.4 表中， “冷”指仲夏最高气温低于21；“暖” 指仲夏最高气温在21至32之间；“热” 指仲夏最高气温高于32；“湿”指仲夏平均相对湿度大于50%；“
7、干” 指仲夏平均相对湿度低于50%。灌溉系统的设计，应满足需水高峰期的日需水量，即按最不利的条件设计，选取特定气象条件下的最高日需水量，以使系统有足够的供水能力。 第二章 自动喷灌控制器工作原理2.1工作原理6该自动喷灌控制器电路由电源电路和湿度检测控制电路组成，如图所 示。电源电路由电源变压器 T、整流二极管 VD1VD4、滤波电容器C1C3 和三端集成稳压器 ICl、IC2 等组成。湿度检测控制电路由湿度传感器、非门集成电路 IC3（Dl、D2） 、晶体管 V、继电器 K 及有关外围元器件组成。交流 220V 电压经 T 降压、VD1VD4 整流、IC1 和 IC2 稳压后，产生+12V
8、电压和+9V 电压，分别供给继电器 K 和 IC3。将湿度传感器两探头插人适当位置的土壤中（两探头相距 12mm） ，对土壤的湿度进行检测。在土壤湿度较大、达到设定标准时，湿度检测器两探头之间的电阻值变小，使非门 Dl 的输人端变为高电平，输出端为低电平，V 截止，继电器 K 不动作，水泵电动机 M 不工作。当土壤湿度减小时，湿度传感器两探头之间的电阻值增大，使非门 Dl 的输人端变为低电平，输出端变为高电平，使 V 导通，K 吸合，水泵电动机 M 通电工作，喷灌设施开始喷灌。7非门 Dl 输出的高电平还经二极管 VD5、电阻器 R5、电位器 RP3 对电容器 C4 充电。当 C4 充电结束后
9、，非门 D2 的输人端变为高电平，输出端变为低电平，使二极管 VD6 导通，V 截止，继电器 K 释放，水泵电动机 M 停止工作。若此时湿度传感器两探头之间的电阻值仍大于设定值，则 V 再次导通，重复上述工作过程，直到两探头之间的电阻值低于设定值。电位器 RP1、RP2 用来设置湿度传感器两探头间的电阻值。使非门Dl 的输入端在高于该设定电阻值时为低电平，低于该设定电阻值时为高电平。RP3 用来设定自动喷水的时间。2.22.2 元器件选择元器件选择R1 选用功率为 l/2W 碳膜电阻器：R2R5 均选用 l/4W 碳膜电阻器。RP1RP3 均选用小型合成膜电位器。C1C4 均选用耐压值为 25
10、V 的铝电解电容器。VD1VD4 均选用 1N5401 型硅整流二极管；VD5、VD6 均选用1N4148 型硅开关二极管。V 选用 3DG12、BC547、S8050 或 C8050 等型号的硅 NPN 型晶体管。IC1 选用 LM7809 型三端集成稳压器；IC2 选用 LM7812 型三端集成稳压器；IC3 选用 CD4069 或 CC4069、MC14069 型非门集成电路。K 选用 12V 直流继电器（若用于控制较大功率的三相交流潜水泵，则应加装交流接触器，用 K 的常开触头控制交流接触器线圈，用交流接触器的控制触头控制三相交流潜水泵） 。T 选用 5lOW、二次电压为 15V 的电
11、源变压器。8湿度传感器的两探头可采用两根各长 40cm 的金属棒制作。第三章第三章 湿度传感器湿度传感器湿度传感器是一种用于测量土壤水分的仪器，它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数()，从而得到土壤容积含水量(v)，具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。3.13.1 选择测量范围选择测量范围和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范
12、围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。3.23.2 选择测量精度选择测量精度生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低温段(0 一 80RH)为2RH，而高湿段(80100RH)为4RH。而且此精度是在某一指定温度下(如 25)的值。如在不同温度下使用湿度传感器其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化 0.1。9将产生 0.5RH 的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿
13、首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，5RH 的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用3RH 以上精度的湿度传感器。与此相对应的温度传感器其测温精度须足0.3以上，起码是0.5的。而精度高于2RH 的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。国家标准物质研究中心湿度室的文章认为：“相对湿度测量仪表，即使在 2025下，要达到 2RH 的准确度仍是很困难的。 ”3.33.3 考虑时漂和温漂考虑时漂和温漂几乎所有的传感器都存在时漂和温漂。由于湿度传感器必须和大气中的水汽相接触，所以不能密封。这就决定了它的稳定性和寿命是有限的。选择湿度传感器要考虑应用场合的温度变化范围，看所选传感器在指定温度下能否正常工作，温漂是否超出设计指标。要提醒使用者注意的是：电容式湿度传感器的温度系数 是个变量，它随使用温度、湿度范围而异。这是因为水和高分子聚合物的介电系数
