無(wú)需外接電源的自動(dòng)灌溉系統

　O 引言

　　水是生命的基礎，植物正常的生命活動(dòng)就是建立在不斷地吸水、傳導與運輸、利用和散失的過(guò)程之上。在我國水資源卻嚴重不足，使我國成為世界上13個(gè)淡水資源最貧乏的國家之一。人均占有淡水資源僅為世界人均占有量的四分之一。水資源的匱乏給我國農業(yè)發(fā)展帶來(lái)了極大的障礙和困難。農作物生長(cháng)的土壤需要保持一定的濕度，人們通常根據種植的經(jīng)驗對農作物進(jìn)行灌溉，不能及時(shí)或不能精確地控制澆水的多少，往往造成大水漫灌，在很大程度上白白地浪費掉一大部分水資源。如何利用有限的水資源，走“節水農業(yè)”已經(jīng)成為農業(yè)生產(chǎn)獲得最佳的效益和持續穩定發(fā)展的增長(cháng)點(diǎn)。因此使用自來(lái)水發(fā)電的智能灌溉系統，控制噴灌和微灌系統，能有效地減少田間灌水過(guò)程中的滲漏和蒸發(fā)損失?，F有的灌溉系統都要外接電源，存在一定的安全隱患且較麻煩。本系統可在無(wú)供電條件的地區使用，其最大優(yōu)點(diǎn)為節水、節能、節約勞動(dòng)力。

　　1 設計目標與實(shí)現方案描述

　　針對現有的自動(dòng)灌溉系統都需要外加電源供電，存在一定安全隱患，而且現有的自動(dòng)灌溉裝置的程序一般固化在系統的程序存儲器內，只能簡(jiǎn)單地設置灌溉時(shí)間及循環(huán)時(shí)間，不能靈活根據季節不同自動(dòng)調節等缺點(diǎn)，該系統將小型直流發(fā)電機接上風(fēng)葉至于密封特制的盒子中，用水流帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉來(lái)發(fā)電，再將電能儲存到蓄電池中以給監控電路和電磁閥供電。該裝置是以濕敏電阻和光敏電阻檢測信號，自來(lái)水發(fā)電用作供電的一種無(wú)需外接電源的自動(dòng)灌溉裝置。該裝置監控電路由信號采集部分，灌溉控制部分，電源部分，執行部分4部分組成。如圖1所示。

　　1.1 信號采集部分

　　1.1.1 土壤濕度檢測

　　采用硅濕敏電阻作為檢測土壤濕度的傳感器，它在25℃時(shí)響應時(shí)間小于5 s，檢測土壤含水量范圍為O～100%。

　　當濕敏傳感器插入土壤時(shí)，由于土壤含水量不同，使得濕敏傳感器的阻值也不同。通過(guò)濕敏電阻和IC1NE555判斷濕度強弱，如果是土壤較干燥，濕敏電阻阻值較大，NE555翻轉，輸出高電平(約為電源電壓)。

　　調整時(shí)，將濕敏電阻插入水內，調Rp1使NE555的3腳輸出為12 V，然后將濕敏電阻從水中取出并擦干，調Rp1使輸出0 V，這樣反復調節多次即可達到要求。

　　1.1.2 日光強弱檢測

　　通過(guò)光敏電阻和NE555判斷光線(xiàn)是否強烈，如果是中午光線(xiàn)較強烈，IC2 NE555的3腳輸出低電平，此時(shí)無(wú)論土壤干燥與否均不澆水。此處用NE555進(jìn)行判斷，當傍晚日光較弱，光敏電阻阻值較大NE555翻轉，輸出高電平(為電源電壓)。

　　1.2 灌溉控制

　　1.2.1 與門(mén)判斷

　　當IC1和IC2同時(shí)輸出高電平時(shí)，IC3 CD4073輸出高電平。無(wú)論IC1和IC2中任一不滿(mǎn)足條件，IC3都輸出低電平。

　　1.2.2 延時(shí)電路

　　通過(guò)CD4060和電容電阻和可調電阻組成的震蕩電路實(shí)現延時(shí)從CD4060開(kāi)始工作到進(jìn)入保持狀態(tài)這段時(shí)間就是灌溉時(shí)間?？烧{節Rp3的阻值來(lái)改變延時(shí)時(shí)間。

　　1.3 電源部分

　　由于自來(lái)水在水管中流動(dòng)的速度較快，可以把其中的部分動(dòng)能回收利用。用自來(lái)水壓力推動(dòng)風(fēng)葉片帶動(dòng)微型的發(fā)電機，將發(fā)電機發(fā)出電能存儲到鋰電池中，再通過(guò)升壓電路將鋰電池中電能轉存到6 V或者12V蓄電池中。用這部分電能為自動(dòng)灌溉監控電路提供電能。

　　1.4 執行部分

　　使用濕度檢測部分輸出的電壓來(lái)控制繼電器的吸合，進(jìn)而控制電磁閥的通斷，實(shí)施自動(dòng)灌溉。

　　電磁閥與電源間加一開(kāi)關(guān)，使其可強制打開(kāi)和關(guān)閉。當想欣賞灌溉美景時(shí)，強制打開(kāi)電磁閥即可。