顧光旭++李家榮


摘 要:設計了一種成本較低、集溫室大棚環境監控和自動灌溉于一體的監測與控制系統。該系統利用AT89C51單片機實現對溫室環境參數的實時檢測,并根據實時數據和控制模型對溫室通風、滴灌等系統進行控制,使溫室內濕度環境參數處于設定值之間。通過分析智能灌溉系統的設計需求,完成了系統全部的軟、硬件設計,并進行了系統仿真,實現了預期的設計目標。
關鍵詞:苗圃大棚;自動灌溉控制系統;AT89C51單片機;系統仿真
中圖分類號:S626 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.016
隨著溫室大棚規模的不斷擴大和種植品種的日趨多樣化,人們對溫室大棚的灌溉提出了更高的要求,以往的人工灌溉方式在人力成本和時間上都顯示出了極大的局限性。為此,本文設計了一種成本較低、集溫室大棚環境監控和自動灌溉于一體的監測與控制系統。該系統控制精度高、成本低、易于實現,具有很高的實用價值。
1 系統總體設計方案
苗圃大棚自動灌溉控制系統總框圖如圖1所示。系統的硬件電路主要由AT89C52單片機電路、濕度傳感器SHT11電路、電源電路、鍵盤輸入電路、液晶顯示電路、驅動電路、步進電機電路等組成。
圖1 苗圃大棚自動灌溉控制系統總框圖
選用單片機AT89C51芯片作為控制系統的核心,用C語言編程,用濕度傳感器SHT11采集農田土壤濕度值,將按鍵電路輸入設定的濕度值作為參考,比較參考值與實時測得的濕度值,傳感器通過I2C總線與單片機通信,由此決定是否啟動步進電機灌溉農田,從而實現對土壤濕度的自動控制,起到高效灌溉、節水、節能的作用。
2 系統的軟件設計
苗圃大棚自動灌溉控制系統由主程序、讀取并處理傳感器數據程序、1602實時顯示數據程序、鍵盤掃描程序和步進電機驅動程序組成,具體如圖2所示。
苗圃大棚自動灌溉控制系統的主程序流程圖如圖3所示。首先使濕度傳感器SHT11復位,并初始化顯示屏LCD1602;然后測量土壤濕度,根據實際需要設定系統的下限值,并與測得的數據比較:如果測得的數據比設定值大,則不需要啟動步進電機;如果測得的數據比設定值小,則需要啟動電機灌溉。
3 系統仿真
Keil C51軟件是51系列兼容單片機C語言軟件開發系統,Proteus軟件是電子設計自動化工具軟件。本文采用Proteus7.5和Keil C51軟件對系統進行仿真。
苗圃大棚自動灌溉控制系統仿真電路圖如圖4所示。系統可以通過獨立按鍵設置濕度的下限(0~99%),并通過LCD1602顯示器實時顯示濕度值。當所測濕度值低于設定濕度值時,系統自動啟動驅動設備灌溉。
開機運行后,LCD1602顯示器上的讀數“Hum”表示當前濕度傳感器測出的農田實時濕度信息。如圖5所示,當前顯示濕度值為39%,“50-99”為設定的灌溉閾值,“50”為通過按鍵設定的下限值。此時,實際濕度值低于警戒值,單片機自動啟動步進電機灌溉,如圖6所示。
如果將灌溉下限閾值最低濕度值設定為25,如圖7所示,而農田實時濕度值為39%,此時,實時濕度值大于設定的濕度下限值,則步進電機不工作,如圖8所示。
通過分析系統仿真情況可知,設計的苗圃大棚自動灌溉控制系統達到了預期的設計要求。
4 結論
通過系統仿真驗證了設計的苗圃大棚自動灌溉控制系統可以對
土壤的濕度進行自動檢測和控制。該系統以AT89C51單片機為主控元件,將接收到的實時濕度數據與單片機內存的數據進行比較,如果接收的數據低于設定的數值,則需要啟動步進電機灌溉;如果接收到的數據高于設定的數值,則不需要啟動步進電機灌溉。
圖8 濕度高于設定值時的電機工作狀態
參考文獻
[1]景東升.單片機自動灌溉控制系統研究、設計及應用[D].北京:北京農業工程大學,1994.
〔編輯:劉曉芳〕