植物灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

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1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1主機(jī)選型

可編程控制器的種類和型號可根據(jù)系統(tǒng)的大小和穩(wěn)定性的要求進(jìn)行調(diào)整。三菱﹑西門子﹑歐姆龍的小型機(jī)一般可以滿足要求，這里選用三菱FX2N系列，其體積小﹑配置靈活﹑價(jià)格適中，很適于在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用。因本系統(tǒng)只有數(shù)字量開關(guān)輸入，無模擬量輸入，故憑可編程控制器本身的抗干擾能力已能滿足要求，而不必另外增加其他抗干擾措施。

1.2傳感器選擇

土壤溫度傳感器：測試溫度的傳感器有很多種，較普遍使用的是熱電偶和熱電阻傳感器。本文采用熱電阻Pt100溫度傳感器進(jìn)行土壤溫度的數(shù)據(jù)采集，熱電阻的優(yōu)點(diǎn)是線性度好、精度高，有較好的長期穩(wěn)定性，工作溫度范圍大，只要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理就可以傳輸、顯示并記錄其溫度輸出。土壤濕度傳感器選擇由中國科學(xué)院南京土壤研究所生產(chǎn)的FJA－10型負(fù)壓式土壤濕度計(jì)。該濕度計(jì)的測量范圍為0kPa～100kPa，測量精度為±2．5kPa；輸出電壓信號為0V～5V，供電電源為交流220V。雨量傳感器選用型號為FDY－01的翻斗型雨量傳感器，其輸出信號為單干式舌簧管通斷，工作強(qiáng)度為0℃～50℃。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該灌溉系統(tǒng)的控制方式分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，用戶可以通過按鈕自由選擇。自動(dòng)工作模式可根據(jù)不同植物的灌溉要求設(shè)定好參數(shù)，滿足灌溉條件即可自動(dòng)進(jìn)行灌溉，并可根據(jù)溫、濕度傳感器的參數(shù)自動(dòng)停止灌溉。手動(dòng)控制模式通過按鈕手動(dòng)進(jìn)行各植物的灌溉和停止。當(dāng)降雨量達(dá)到一定值，或土壤中水份充足時(shí)，或供水水管斷流時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)。這時(shí)出現(xiàn)問題的種植區(qū)域報(bào)警燈點(diǎn)亮，發(fā)出報(bào)警聲音信號，提醒操作人員。解決問題后，可以按下“消音”按鈕以解除鈴響。

2.1硬件設(shè)計(jì)

2.1.1I／O點(diǎn)估算

輸入信號共需17個(gè)輸入信號點(diǎn)，考慮到以后可能會(huì)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整與擴(kuò)充，所以留15％的備用點(diǎn)，應(yīng)取3個(gè)點(diǎn)備用，這樣共需20個(gè)輸入點(diǎn)。輸出信號：共需要14個(gè)輸出點(diǎn)，考慮到以后可能會(huì)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整與擴(kuò)充，所以留15％的備用點(diǎn)，應(yīng)取2個(gè)點(diǎn)備用，這樣共需16個(gè)輸出點(diǎn)。

2.2軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制程序流程圖接通電源，按下總啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，人工選擇是自動(dòng)工作方式還是手動(dòng)工作方式。若選用自動(dòng)工作模式，首先確認(rèn)程序的時(shí)間設(shè)定有無錯(cuò)誤，如設(shè)定值正確，程序繼續(xù)將往下執(zhí)行，否則，則檢查電磁閥是否打開。程序運(yùn)行過程中遇到下雨或水泵斷水等情況，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，哪個(gè)種植區(qū)域出現(xiàn)問題，哪個(gè)區(qū)域報(bào)警指示燈亮。等消除報(bào)警音之后，程序可以繼續(xù)正常運(yùn)行，直到程序結(jié)束。當(dāng)按下手動(dòng)總開按鈕，自動(dòng)運(yùn)行模式停止，手動(dòng)運(yùn)行開始，手動(dòng)運(yùn)行指示燈亮。通過各種植區(qū)域手動(dòng)和停止按鈕來控制水泵和每個(gè)種植區(qū)域的電磁閥運(yùn)行。

2.3人機(jī)界面

MCGS即“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”，是一套基于Windows操作系統(tǒng)可用來快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)觸屏軟件系統(tǒng)。組態(tài)技術(shù)在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠形成可視化人機(jī)界面，并能夠?qū)喔鹊倪\(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、便捷的監(jiān)控。同時(shí)，組態(tài)王軟件具有良好的擴(kuò)展性和設(shè)備硬件無關(guān)性，能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場控制需要方便快捷地建立動(dòng)畫畫面和監(jiān)控系統(tǒng)以及形成各種數(shù)據(jù)報(bào)表。監(jiān)控畫面由主畫面、點(diǎn)動(dòng)控制、自動(dòng)控制、報(bào)警記錄及留言板等畫面組成，如圖3所示。主畫面為系統(tǒng)啟動(dòng)畫面，由各功能按鍵進(jìn)入各種植區(qū)域?qū)?yīng)的子畫面，進(jìn)行各功能參數(shù)的設(shè)定和系統(tǒng)監(jiān)控。

3結(jié)語

本文展示了一種基于觸摸屏和PLC控制的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，針對不同植物的不同灌溉要求，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。

作者：張慧 胡志剛 單位：南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院