[发明专利]一种自动变量灌溉系统

说明书

本发明公开一种自动变量灌溉系统，用来测量种植草莓土壤水分含量并实现自动变量灌溉，主要包括：FDS传感器模块1、单片机处理模块2、LCD19264液晶显示模块3、增量式pid控制算法模块4、继电器控制电磁阀和水泵模块5。其特征在于：FDS传感器模块1包含四个土壤水分含量传感器，可以采集四个定点的土壤水分含量，FDS传感器模块1监测到的电压信号输入到单片机处理模块2中，单片机处理模块2通过AD转换器将测量到的电压计算土壤实时水分含量，LCD19264液晶显示模块3搭载在单片机处理模块2上，用来实时显示土壤水分含量，模块4用来连接单片机处理模块2实现根据测量土壤水分含量进行变量灌溉。

技术领域

本发明涉及一种自动变量灌溉控制系统，适用于草莓灌溉过程中对土壤水分含量的精确控制，使得种植草莓的土壤水分含量保持在适合草莓生长的最佳状态，属于农业控制研究领域。

背景技术

草莓在我国种植范围广泛，但草莓种植过程中对土壤水分含量精确控制的仪器比较少，尤其是草莓开花期和生长期对土壤水分含量的要求较高，但精确控制种植草莓的土壤水分含量不能实现，只能进行传统的人工灌溉，水资源利用率低，不能实现按需灌溉，导致草莓产量低。

因此根据草莓生长过程中对土壤水分含量的要求，种植户对适用控制灌溉装置的需求以及经济承受能力，需设计一种实用经济的自动变量灌溉控制系统。

发明内容

为了种植草莓的土壤水分含量的实时监测，本发明提供一种基于FDS传感器的土壤水分含量监测系统。通FDS传感器实时监测土壤水分含量，单片机模块的LCD19264液晶显示屏显示实时土壤水分含量值，单片机端通过增量式pid控制算法实现变量灌溉，根据土壤水分含量与设定值之间的差距进行灌溉。

主要包括：FDS传感器模块1、单片机处理模块2、LCD19264液晶显示模块3、增量式pid控制算法模块4、继电器控制电磁阀和水泵模块5。其特征在于：FDS传感器模块1包含四个土壤水分含量传感器，可以采集四个定点的土壤水分含量，FDS传感器模块1监测到的电压信号输入到单片机处理模块2中，单片机处理模块2通过AD转换器将测量到的电压计算土壤实时水分含量，LCD19264液晶显示模块3搭载在单片机处理模块2上，用来实时显示土壤水分含量，模块4用来连接单片机处理模块2实现根据测量土壤水分含量进行变量灌溉。

系统上电后FDS传感器开始工作，将FDS传感器垂直插入土壤5cm处，FDS传感器在监测土壤的介电常数时，不同介电常数对应不同电压值，FDS传感器输出电压0v等价于土壤水分含量为0，输出电压增加表明土壤水分含量增加。输出电压信号经过P1^0口输入到单片机中，由AD转化系统将电压值转化成土壤水分含量值，测的土壤水分数值实时显示在LCD19264显示屏上。增量式pid控制算法通过计算得出灌水量，让后控制电磁阀和水泵开启和断开的时间，FDS传感器测量值不同，则通过增量式pid控制算法得到灌水量不同，因此灌溉时间不同达到变量灌溉。

STC12C5A16S2作为变量灌溉系统的核心模块，定时/计数器T0用来定变量灌溉的时间，变量灌溉原理是测量土壤水分含量不同则灌溉时间不同。当需要实时监测外部IO口的信号时，需要用到外部中断，普通IO口状态监测是通过程序循环扫描完成的，但不能保证实时性，如测量外部脉冲的触发时间和宽度，就必须用到外部中断，STC12C5A16S2的外部中断在P3^2和P3^3,中断可以通过程序配置优先级，默认P3^2最高优先级。定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

变量灌溉是通过增量式pid控制算法控制灌溉量，当某一监测点测量的土壤水分含量低与设定土壤水分含量时，自动变量灌溉系统启动，根据测量土壤水分含量与设定土壤水分含量之间的差距，通过增量式pid算法输出此刻需要灌溉量，定时器启动定时。土壤水分测量值与设定值之间差距越大，灌溉时间越长。

附图说明