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1系統構成

1．1太陽能供電系統

光伏供電系統的工作受限于天氣和日照時間。為保證對滴灌系統的供電，需要對太陽能進行轉換并存儲在蓄電池中，以保證滴灌系統在陰天或光照不足的情況下正常工作。

1．2控制系統

控制系統采用帶有8路A/D轉換的單片機STC12C5A60S2，應用C51編程，將土壤濕度傳感器采集到的微弱電壓信號，經過調理電路提供給單片機，實現土壤濕度的顯示，并為執行機構提供動作信息，實現自動滴灌。

2系統硬件構成

系統硬件由太陽能存儲模塊、數據采集處理模塊、串口通信模塊、執行模塊和太陽能追光模塊5部分構成。其中，STC12C5A60S2單片機、土壤濕度檢測電路、復位電路、繼電器控制電路是整個測控系統的核心。整個系統為太陽能薄膜電池進行光伏轉換及蓄電池存儲供電。根據不同農作物的蓄水規律，預先在數據采集系統中設定土壤濕度的上下限值，與實時采集到的土壤濕度信號進行比較，然后輸出信號使繼電器控制電路控制電磁閥門的開關決定是否對作物灌溉。整個系統又為太陽能電池薄膜和蓄電池供電。

2．1太陽能追光模塊

該模塊主要利用單片機驅動控制直流電機和機械機構，調整電池板與太陽的角度，使太陽能電池薄膜最大限度地吸收太陽能轉換電能。本系統以光電隔離和繼電器作直流電機的驅動電路，通過軟件控制電機的啟停動作及間隔時間，利用此追光控制模塊，可比普通固定的太陽能發電效率更高。太陽能追光模塊和太陽能追蹤光電轉化分析圖分別如圖3、圖4所示。

2．2太陽能供電模塊

整個系統的供電均來自光伏轉換，采用轉換效率較高的柔性太陽能電池薄膜。該電池采用了UV固化聚合物，質量小、柔韌性好，保證了很高的耐用性。單片薄膜可輸出2V電壓，370～400MA，通過串并聯組合可輸出20V，400MA左右的電流。執行機構不工作時，經過充電控制器將太陽能轉化后存儲在蓄電池中;執行機構工作時，蓄電池為相關機構提供電能。同時，太陽能追光系統通過控制電路適時調整電池板的角度，以最大限度地接受和利用太陽能。

2．3數據采集處理模塊

數據采集處理模塊是整個控制系統的核心，采用性價比高、耗能低的STC12C5A60S2單片機。該處理器內部集成有8路10位A/D轉換單元(250K/s，即25萬次/s)。土壤電阻的大小隨土壤含水量的不同而不同，根據這一原理，自制阻抗式土壤濕度傳感器。其通過探針檢測土壤電阻，將土壤電阻的大小轉變為電壓信號輸出，此信號是模擬信號，先由單片機內的A/D轉換器變成數字信號后再進行處理，包括主控模塊、顯示模塊及執行模塊。2．3．1主控模塊單片機有32個I/O口，P0口是單片機和1602的數據接口，P1．0～P1．3口是濕度傳感器與單片機內部A/D的接口，P2口部分引腳作繼電器及液位檢測接口，P3口作液晶顯示的控制及按鍵接口。2．3．2顯示模塊顯示模塊采用1602液晶顯示片。單片機的P0口和P3口的部分引腳構成了1602的數據和控制引腳，顯示模塊電路如圖8所示。

2．4水位控制和電磁閥驅動電路

儲水裝置的水位需要控制，具體控制電路如圖9(a)所示。電磁閥實現灌溉控制，需要把單片機輸出的5V電壓轉換為驅動電磁閥閉合的12V電壓，電磁閥控制驅動電路如圖9(b)所示。

2．5串口通信模塊

該系統的上位機通過485口實現遠程監控。本系統由于上位機距離控制系統較近，采用RS232通信方式。單片機與PC機通過串口通信模塊，將采集的數據上傳，同時PC機的控制指令通過串口送到單片機。串行接口電路如圖10所示。

3系統軟件

系統實施灌溉的指令決定于土壤濕度，根據不同作物的需水規律，設定滴灌系統工作的上下限指標。結合考慮土壤水分下滲，一般田間持水率80%的土壤濕度作為上限。本系統用于一個小的種植區，設定土壤濕度85%和10%為上下限值。當前系統狀態可由顯示器顯示出來，設定灌溉時間和時長來驅動電磁閥根據上下限值進行自動灌溉。此外，利用軟件設計控制太陽能追光的時間、角度及自動檢測高位水箱里水位。

4結論

本系統將太陽能技術和自動滴灌技術結合應用，不僅適應于家庭花園，更適應于遠離供電線路的大田使用。系統的實際模型如圖13所示。本系統在長春市綠園區農業基地玉米試驗田應用，與大水漫灌相比，節水40%～60%，增產20%以上;玉米株數由原來13000～14000株/hm2增加到17000～18000株/hm2，平均每公頃新增產值9000元以上。隨著太陽能電池的成本下降，全自動太陽能滴灌系統將會有很廣闊的前景和應用空間。

作者：蔡長青張學敏單位：長春工程學院