科教融合模式下的智能灌溉系统的实验教学研究设计

倪冰倩 卢彪 张仕远

摘 要：随着社会的不断发展以及人们生活水平的不断提高，传统的农业种植技术已不能满足人们的现代生活，除此之外，近些年水资源的不足与污染问题严重加剧。这些现象的出现推动了农业种植的快速发展，促使灌溉系统智能化越来越普遍。

关键词：单片机;智能;灌溉系统

一、国内外研究现状与趋势

（一）国外研究现状与趋势

国外的灌溉智能技术到目前为止已有50多年的历史。在一些机械化种植技术较为发达或水资源极度匮乏的地区，智能灌溉技术已得到了普及。通过智能灌溉技术可以实现对土壤湿度与温度的实施监测，通过数据智能化来保证灌溉质量和对灌溉标准进行重新设置。一些国家的节水智能灌溉系统功能已实现了现代非充分灌溉方式的良好改革与过渡，朝着全自动化灌溉方向不断探索。

（二）国内研究现状与趋势

我国的智能灌溉系统源于90年代，由于起步的时间较迟，其还未形成系统化。与西方发达国家相比，我国的智能灌溉产品种类较为单一，尚未形成专业化的质量检测与控制体系，在其方面还应不断探索与研究。我国的智能化灌溉目前在大棚设施中较为普遍，大田农业很少涉及，丘陵地区农业更是为一片空白。园林是智能灌溉未来发展的主要市场，在日后国内将会加快研发、提高速度，抢占国内外园林市场。

二、系统原理

（一）技术路线

（二）光照检测电路和高亮LED灯照明电路

此光照系统我们采用了光敏电阻来进行检测，该电阻的工作原理是基于内光电效应。随着光照强度的升高，其阻值降低，最小可至1KΩ以下。该电阻对光线极为敏感，在黑暗环境下，呈高阻状态，电阻一般可达1.5MΩ。本系统中，采用串联一个光敏电阻的方式不仅实现光敏电阻的分压，还起到了保护电阻的功效。

在本设计中，LED为高亮灯。当光照不足时，单片机的控制引脚将转化为低电平，灯亮，给予光照。否，则灯不亮。

（三）DS18B20温度传感器模块电路和5V散热风扇控制电路

DS18B20温度传感器的测温范围为-55℃～+125℃，工作电源：为3.0～5.5V/DC，测量结果以9～12位数字量方式串行传送。其拥有独特的单线接口方式、使用时不需要任何外围元件、支持多点组网功能实现多点测温，在与微处理器连接时仅需要一条口线便可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，数量不多于8个DS18B20可并联在唯一的三线上，但若超过8个将会使供电电源电压过低，造成信号传输不稳定等现象。

风扇的散热工作原理是依照能量转化来实现的，即为电能→电磁能→机械能→动能。考虑到单片机无法直接使风扇工作，所以该系统选择三极管9012来解决此问题。该电阻为限流电阻，除了起到限流的作用外，还可以保护三极管。当系统检测到种植环境温度过高时单片机的相关控制引脚将变为低电平，三极管导通，风扇正常工作;否则，风扇不转动。

（四）TRSD土壤湿度传感器模块电路

该供水系统根据检测出的导电率值来判断灌溉所用的水源是否达标，若达标则可进行水源供水，否则不供水。其土壤湿度传感器检测土壤的湿度，将湿度值显示在液晶显示器上，更具不同的植物可通过按键设置湿度阈值，当土壤湿度小于设定的阈值，继电器打开，继电器可以外接水泵适量供给植物水分，否则继电器断开，水泵不工作。该土壤湿度传感器采用镀镍，加宽传感器感应面积、提高导电性来延长传感器使用寿命等作用。

三、智能灌溉的价值

（一）节约水资源

据调查统计，我国的东北、西北等地区，大范围旱灾发生频繁，我国农业领域每日平均缺水量已经超过960×104t，由此导致的粮食减产问题将会十分严峻。此外，原本一些降水量较为丰富的南方地区，最近几年也呈现出水量不断减少的趋势。从总体来看，我国农业领域的水资源供需不平衡问题将会越来越严峻。总结当下现有的智能灌溉技术，其大致分为滴灌、涌泉灌以及地下渗灌等方式，其在很大程度上解决了水资源供应不足的问题。

（二）减轻劳动力、提高生产量

世界上许多发达国家在不断改良与优化本国的灌溉技术，已实现了将每立方米水资源的粮食产量提高至2kg以上的优秀成果。当前我国的智能灌溉系统主要以进口为主，在汲取国外先进技术的基础上，开始创新与自主研发更加优秀的专利产品。我国的智能化灌溉技术发展前景十分开阔，其通过对温度、湿度、光照等因素的智能监测和控制，从而在减少大棚农业种植者的成本和精力的情况下还能保证农作物的生长环境达到一个较佳的状态，进而提高农作物产量和质量。

四、结束语

无论从全球缺水的实际情况来看，还是从可持续发展的战略高度分析，节水节能都是当代社会发展的大势所趋。现代化社会使用的智能灌溉技术，不仅比传統方式节约了60%以上的水资源，同时还节约了大量的人力物力，降低了养护成本。随着现代化科技的飞速发展，智能化灌溉系统正朝着绿色环保的方向不断探索与迈进。在未来，相信会有越来越多的智能化灌溉设备将被应用于更多相关方面的规划与建设中。

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