基于PLC的农作物灌溉系统(开题答辩)BG110702 虞文馨

基于PLC的农作物灌溉控制系统报 告 人： 虞文馨指导教师： 陈国初 时 间：2015.1.18

报告内容

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课题研究背景 课题研究现状

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课题的目的及意义 课题的主要研究内容课题的难点及拟采取的解决方案

课题的预期成果及进度

课题研究背景

随着科学技术的不断进步，人们对农作物的产量要求越来越高，水分含量是提高农作物产量的一项极为重要指标。灌溉 农作物的方法是以多次少量的灌溉，能够确保植物根系周围 95%以上的时间处于最理想的环境中，水分利用率可达70%-80%。 在如今水资源缺乏的环境下，灌溉系统自动化水平制约着我国

高效农业的发展。

研究现状

国内外研究现状综述

1930法国研制了一 系列用以实行 渠系自动化运 行的水力自动 闸门，并提出 了一套较完整 的自动化灌溉 控制方法。

1989Phene 采 用 以 土壤水分为 被控制对象， 设计了一套 随动的闭环 控制系统， 实现了系统 的全自动运 行。

1998Ribeiro做出一套 实时灌溉控制系 统，控制因子是 土壤湿度和作物 蒸腾量；我国灌 溉技术以节水灌 溉为发展目标， 采取渠道防渗、 低压管灌、喷灌、 微灌和灌溉管理 制度等措施。

2008国外学者研制了 通过测量土壤湿 度来判断是否打 开灌水电磁阀的 灌溉控制器；国 内应用计算机网 络技术、模拟模 型等技术的集成， 达到时、空、量、 质上的精确灌水。

选题的目的及意义

1选题目的

本设计采用PLC为主控制器，PID 控制器为辅控制 器。要求两者相结合，对温度、湿度控制的基本原理 实例化，利用现有资源研究设计一个基于 PLC 的农作 物灌溉控制系统，以满足农业现代化的需要。

2选题意义

在机械化的今天， PLC 汇集了超大规模集成电路 的众多优点，把它应用在农作物灌溉控制系统中，能 够简化硬件结构、提高可靠性、增加灵活性，可以起 到“以软代硬”的效果。本次设计旨在设计一套能对 农作物生长的土壤湿度、环境温度进行监控并自动灌 溉的控制系统，它能对农作物进行适时适量的灌水， 能起到高效灌溉、节水节能的作用。

课题研究内容

实验对象的选取

图1 小麦

图2 小麦在不同生长发育时期的需水量

不同植物的需水量不同，同一种植物在不同的生长发育时期，其需水量也不 同。合理灌溉就是指根据植物的需水规律适时地、适量地灌溉，以便使植物体茁 壮生长，并且使用最少的水获取最好的生长结果。本设计选取适应性强，各种类 型土壤均可种植的小麦为实验对象，研究根系小麦的灌溉控制系统。

课题研究内容

温湿度的测量

土壤

环境

作物

趋势

传统测量方法 通过土壤水

分 的多少推断植 物根系水分的 盈亏(测量稳 定，环境影响 较小，反应慢 精度低)。

通过环境测量， 如：湿度、温 度等，根据植 物蒸腾量和耗 水量，控制植 物灌溉(属间 接测量，环境 不稳定、测量 精度有限)。

测量方法，如： 红外测量、微 波测量、电荷 测量等(直接 测量方法，精 度高，速度快， 噪声干扰强， 技术不成熟)。

灌溉系统对农 作物需水量的 测量将朝着快 速便捷、高精 度、实时性好 和低成本方向 发展。

课题研究内容

灌溉控制系统

图3 灌溉系统的设计方案

课题的难点及拟采取的方案

本设计采用PLC为主控制 器，PID为辅助控制器。如何 将两者有效地结合在一起， 满足控制系统的要求？

用 PLC 对模拟量进行 PID 控制 时，可以采用以下几种方法: 1. 使用 PID 过程控制模块 , 使用方 便，一块模块可以控制几路甚至 几十路闭环回路，但成本较高。 2. 使用 PID 功能指令 , 它们实际上 是用于PID控制的子程序，与模拟 量的输入/输出模块一起使用。 3.用自编的程序实现PID闭环控制。

课题的难点及拟采取的方案

周围环境不同，作物的需 水量也会有所不同。即使同一作 物在不同生长阶段对水分的需求 也不同。怎样才能使控制系统适 应不同的作物，在不同气候条件 和不同季节都能实现按需灌溉？ 这是控制系统通用性设计最主要 要解决的问题。

查找资料了解不同作物在同 一时期对土壤水分含量的不同要 求，同一作物在不同时期对土壤 水分含量的不同要求以及土壤水 含量对作物产量的影响，设计一 套程序根据不同温度(季节)情 况下，通过子程序的调用来实现 不同的灌溉方式。

课题的难点及拟采取的方案

综合喷洒头部的温度检测 结果及土壤湿度检测情况，如 何设计出一套智能化的农作物 灌溉控制系统？

查找整合资料，选取合适 的实验对象和传感器类型。确 定控制系统方案，结合 PID 控制 器的控制规律，探索使控制系 统最优化的控制方案。控制系 统在设计时要考虑到控制信号 的通用性，既能传送至 PLC 发出 控制指令，又能适用于 PID 控制 器优化系统。

课题的预期成果及进度

预期成果

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完成I/0表、硬件构成、电气原理图的硬 件设计、 PLC 控制主程序及各子程序的 软件设计。

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通过加入 PID调节规律，能实现对农作物 的生长指标实时监控并进行调节，实现农 作物的自动化按需灌溉。

设计具有一定智能化水平的农作物控制 …… 此处隐藏：557字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……