基于单片机控制的节水灌溉系统的研究

    裴瑞婷

    摘 要：随着人类的不断繁衍，地球上的资源也在不断减少，尤其是水资源的减少更为严重。在这种情况之下，节约用水成为各个行业都要秉承的理念。对于农业方面来说，提高灌溉的效率和节约水资源之间有着紧密的联系。现简单介绍一下以单片机控制为基础的节水灌溉系统的研究，希望能够为以后的研究提供一定的依据。

    关键词：单片机控制；节水灌溉；研究

    中图分类号：S274.2 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.009

    中国传统的灌溉方式不仅灌溉的效率低下，而且会浪费大量的水资源，违背当前节约用水的理念。如果不能够改进灌溉的方式，那么不管是由于水资源短缺还是农作物产量降低带来的后果都是不可估量的。

    1 基于单片机控制的节水灌溉技术的组成

    对于由单片机控制的节水灌溉系统来说，单片机的地位无疑是非常重要的。单片机在节水灌溉系统中主要的功能为监控节水灌溉系统中的机器与设备，并且会对设备和机器收集到的系统数据进行一系列的处理工作。单片机控制的节水灌溉系统的主要工作模式是由灌溉系统首先对农作物种植的土地进行分析，然后把分析数据传输到单片机上，最后单片机在根据这些数据对灌溉系统中的设备进行操控。例如，如果灌溉系统反馈回来的数据是当前土壤缺乏水分，那么单片机就会给灌溉系统发出灌溉的指令，并会计算要达到目标水分所需要的时间，进行定时灌溉。除此之外还有其他情况，单片机也可以做出相应的反应，即基于单片机控制的节水灌溉系统主要是根据分析土壤条件来进行灌溉的。

    单片机主要是由CPU、只读储存器、定时器、计算器以及芯片这几部分构成。在节水灌溉系统中除了单片机以外还有一个比较重要的机器——土壤湿度传感器。单片机就是在土壤湿度传感器收集的数据基础上进行分析，从而做出合理操作的。所以可以认为土壤湿度传感器的好坏会在很大程度上影响单片机的操作。当然能够把湿度传感器上得到的数据传送到单片机上也离不开数模转换系统的帮助，主要是把传感器产生的模拟信号转化为数字信号。

    2 模拟控制决策分析

    一般来说智能控制系统都采用的是数学模型作为依据，而单片机控制的节水灌溉系统则采用的是模糊控制。模糊控制就是指利用被控制体系的物理性质来决定人工智能的操作。所以在单片机控制的节水灌溉系统中最大的问题就是如何获取物理性质，这一般由制定者的经验以及直觉来决定。物理性质在人类语言的描述下能够变成抽象的海绵或者规则，但是由于语言的不确定性，所以人们可以通过对于这些不确定性的描述进行推测，从而得出结论。模糊控制和传统的控制方式相比具有以下几个优点：

    （1）语言方式更加便捷。通过简洁的语言进行描述，而不采用传统的较为复杂的数学语言进行描述。当然根本原因还是无法利用精确的数学语言表达。

    （2）模糊描述对于一些不熟悉计算机的工作人员来说，更加容易进行操作，更容易理解。对于一些农业上的工作人员，尤其是一些年龄较大的工作人员使用计算机工作并不熟悉，反而不如采用模糊描述的工作效率高。

    （3）通过模糊描述，操作机器的工作人员能和机器形成一体化，工作的效率更高。

    （4）在模糊控制的具体实施过程中，如果想要进行更改，只需要改动参数，具有比较强的灵活性。

    3 数据处理

    基于单片机控制的节水灌溉技术的数据处理主要包括两个方面，即数字滤波技术和标度变换技术。数字滤波技术就是指在进行数据处理的过程中强化传递的信号，达到抗干扰的目的。这种技术能够有效提高信号的传播率，而且设计起来也非常的方便。只需要对软件上的有关参数进行一些改变就能够达到过滤的作用，在这个过程中也不需要再添加任何的硬件设备。而标度变换技术则是运用在数字显示当中，这种技术的主要作用就是把数字显示过程中显示的数模转换系统的数字转换为温度，然后溫度就会显示在显示器上面。标度变换其实就是一个数字不断转化为不同单位的过程。

    根据上面的简单介绍，我们知道单片机控制的节水灌溉系统和普通的灌溉系统采用的控制方式不同，主要是利用了模糊控制系统。模糊控制系统和精确的数学控制系统是有着很大区别的，甚至可以认为这是两个极端。但是模糊控制系统的成功运用是被大量实践结果证明了的。模糊控制系统最大的优势就是操作简单，只需要对软件的参数进行更改即可，不需要增加硬件设备，所以这也是为什么这种节水灌溉方式受到欢迎的原因之一。

    参考文献：

    [1] 毕海婷，任大伟.单片机控制的节水浇灌系统研究[J].赤峰学院学报（自然科学版），2015（13）.