廣東理工學院 李梓勇 閑宇祺

本文設計了一個太陽能滴灌系統(tǒng)，其控制方式采用PLC控制，其能源由太陽能電池提供。該系統(tǒng)工作流程為土壤溫濕度傳感器采集土壤的溫度和濕度兩個模擬量，再經過AD轉換成PLC能識別的數(shù)字量信號，最終通過PLC的比較指令控制閥門的開關達到滴灌效果。通過設計后仿真，仿真結果滿足題目要求。

地球上的資源分為可再生資源和不可再生資源，如今，全世界面臨著資源枯竭，能源緊張等問題。造成這一現(xiàn)象的主要原因是社會對資源能源的需求巨大，若繼續(xù)這樣無節(jié)制地使用，資源能源將制約人類社會的發(fā)展，由此我們需要利用可再生能源和減少資源的浪費。

本次設計太陽能滴灌系統(tǒng)從兩個方面進行，一是對太陽能的利用，二是利用滴灌技術減少水資源的浪費。太陽能被稱為清潔能源，是因為它在進行能源轉換時不會產生污染，在現(xiàn)階段的運用已有太陽能發(fā)電、太陽能熱水器等。

在全球淡水資源的消耗中，農業(yè)用水約占70%，如何節(jié)約農業(yè)用水就顯得格外重要。運用滴灌技術既能節(jié)約資源，還能帶來不錯的經濟效益和良性的生態(tài)效益。

本設計是設計一個太陽能滴灌系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的能源由太陽能電池提供，驅動整個系統(tǒng)裝置。通過土壤溫濕度傳感器將土壤濕度和環(huán)境溫度反饋給PLC，PLC按照設定好的應用指令進行運算后，通過控制閥門達到自動滴灌的效果。

1 系統(tǒng)組成

1.1 太陽能部分

太陽能滴灌系統(tǒng)的供電由太陽能提供，而太陽能發(fā)電電壓不穩(wěn)定，容易受天氣的影響等。太陽能發(fā)電屬于直流電，交流電設備無法使用等。結合上述情況，設計了一個有太陽能電池板、穩(wěn)壓器、電池、輔助能源、逆變器等的太陽能系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 太陽能部分結構

太陽能電池板：其發(fā)電原理是利用了半導體材料的光電效應，能夠在光照下吸收特定波長段內光的能量，并將之用來激發(fā)自由電子和空穴對，自由電子和空穴的定向擴散運動會產生電動勢和電能。太陽能發(fā)電后的電能可以直接給用電設備供電，也可以儲存在蓄電池里面。

穩(wěn)壓器：保護整個系統(tǒng)的正常運行，提供穩(wěn)定電壓等功能。

電池：用于儲存太陽能電池板發(fā)電的電能，在雨天或夜晚等沒有光照情況下為PLC供電等。

輔助能源：為了避免長期的陰雨天造成蓄電池電量用完而無法控制滴灌系統(tǒng)等情況，設置一個緊急情況時可接入其他能源的接口，以保證滴灌系統(tǒng)的正常運行。

逆變器：可將直流電轉換成交流電的逆變器，也可轉換成相應所需的交流電壓。

1.2 滴灌部分

滴灌部分可分為PLC和水閥電動機兩個結構。本設計的PLC工作內容有接收傳感器傳輸過來的模擬量信號，再經過FX2N-2AD模塊的AD轉換，把模擬量信號轉換成數(shù)字量信號存儲在PLC的數(shù)據(jù)寄存器（D）中，再進行設定好的比較程序，根據(jù)不同情況，做出相應的輸出。當PLC做出打開水閥指令時，水閥電動機正轉，閥門打開，配套用水系統(tǒng)的水才能通過閥門進行滴灌，當PLC做出關閉水閥指令時，水閥電動機反轉，閥門關閉，配套用水系統(tǒng)的水無法通過閥門進行滴灌。

FX2N-2AD模擬量輸入模塊接線方式如圖2所示。FX2N-2AD模擬量輸入模塊有兩個輸入通道CH1、CH2，用于將外部兩點輸入的模擬信號轉換成12位數(shù)字量信號，然后傳送到可編程控制器的基本單元中。

圖2 FX2N-2AD模擬量輸入模塊的接線方式

根據(jù)設計要求，我們需要一個能正反轉的電動機。其接線圖如圖3所示。

圖3 正反轉電動機

PLC輸入分配關系如表1所示。

表1 PLC輸入分配表

PLC輸出分配關系如表2所示。

表2 PLC輸出分配表

2 太陽能滴灌系統(tǒng)軟件設計

太陽能滴灌系統(tǒng)流程圖如圖4所示。根據(jù)設計要求，我們需要通過土壤溫濕度傳感器采集土壤的溫度和濕度兩個模擬量，采用FX2N-2AD模擬量輸入模塊就能滿足設計需求。程序中的X3表示啟動按鈕，X4表示停止按鈕，X0表示打開CH1通道，X1表示打開CH2通道。我們設置CH1通道采集的是濕度值，CH2采集的是溫度值。

圖4 太陽能滴灌系統(tǒng)流程圖

當按下X3啟動按鈕后，系統(tǒng)啟動，再按下X0時，CH1通道打開，PLC讀取FX2N-2AD模擬量輸入模塊所轉換的的濕度值（數(shù)字量），并將其存儲在D100當中。部分程序如圖5所示。

圖5 PLC部分程序

結語：本文設計了一個太陽能滴灌系統(tǒng)，實現(xiàn)了由太陽能供電，驅動整個系統(tǒng)裝置。通過土壤溫濕度傳感器將土壤濕度和環(huán)境溫度反饋給PLC，PLC按照設定好的應用指令進行運算后，通過控制閥門達到自動滴灌的效果。相信隨著科技進步，會有更高級更智能的太陽能滴灌系統(tǒng)被制造出來。