基于單片機(jī)的大棚智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：大棚智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為信息處理核心，系統(tǒng)主要由土壤濕度傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、液晶顯示電路和故障報(bào)警電路等組成。系統(tǒng)在進(jìn)行智能灌溉的同時(shí)，還能調(diào)節(jié)大棚內(nèi)空氣的濕度和溫度。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)可以在無人的情況下實(shí)現(xiàn)智能節(jié)能，并根據(jù)作物的需要進(jìn)行適時(shí)、有效的灌溉，并有效的調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的濕度和溫度，做到定時(shí)噴灑農(nóng)藥。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；節(jié)水灌溉；控制系統(tǒng)

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，智能節(jié)水灌溉的需求越來越大[1]，然而，智能灌溉由于成本等因素發(fā)展緩慢[2]。本設(shè)計(jì)通過對(duì)大棚內(nèi)土壤濕度的控制和大棚內(nèi)空氣溫度和濕度分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能灌溉系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總原理方框圖如圖1所示。硬件電路包括了傳感器電路、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理電路、液晶顯示電路，繼電器電磁閥電路，農(nóng)藥噴灑電路。首先，數(shù)據(jù)采樣電路將土壤濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換后，將信息傳遞給單片機(jī)，然后單片機(jī)將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過處理后在液晶顯示屏上反應(yīng)出來，同時(shí)控制電路將根據(jù)指令完成操作。

2 硬件部分設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)主電路布局。該設(shè)計(jì)包括DH11溫濕度電路，LED顯示電路，晶振電路，繼電器電池閥驅(qū)動(dòng)電路，繼電器風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路，DH11溫度濕度電路將土壤濕度通過A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)主芯片，然后，單片機(jī)主芯片首先對(duì)數(shù)據(jù)做出判斷，然后會(huì)分別對(duì)各個(gè)下屬電路做出指示，LED電路的作用是顯示工作的狀態(tài)，農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)的作用是定時(shí)定量噴灑農(nóng)藥。（2）DH11溫度傳感器電路設(shè)計(jì)。溫度傳感器采用DH11溫濕度傳感器，由于傳感器的電阻較小，通電作用下，很容易被燒壞[3]，故此電路會(huì)選擇串聯(lián)一個(gè)電阻值較大的電阻，該電路中串聯(lián)的電阻選擇的是R3=43K的電阻來保護(hù)傳感器。（3）DH11濕度傳感器電路設(shè)計(jì)。土壤濕度傳感器采用DH11，和溫度傳感器一樣，R2的作用是保護(hù)傳感器不被燒壞，這里R2取47K，3端口用不到，故此懸空。（4）繼電器風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)大棚中的空氣濕度比設(shè)定好的溫度高時(shí)，溫度傳感器將接受到的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)調(diào)用散熱子程序，完成三極管導(dǎo)通，使的繼電器閉合，開啟散熱功能，當(dāng)溫度降到設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，散熱就會(huì)結(jié)束[4]。同樣的，當(dāng)空氣濕度高于設(shè)定濕度時(shí)，電風(fēng)扇會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)降低濕度，當(dāng)濕度低于設(shè)定濕度時(shí)，電扇就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，散濕結(jié)束。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序流程圖

設(shè)計(jì)主要由四大模塊組成，分別是土壤灌溉模塊，空氣散濕模塊，空氣散熱模塊，農(nóng)藥噴灑模塊，前三大模塊為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)模塊。總流程圖如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)子程序流程圖

該系統(tǒng)主要有三大模塊，圖3是灌溉系統(tǒng)，灌溉系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)作物對(duì)水量的需求反應(yīng)做出判斷，若土壤濕度達(dá)不到作物需要的濕度，灌溉就會(huì)啟動(dòng)，當(dāng)濕度高于或正好達(dá)到作物需求，則灌溉不會(huì)進(jìn)行。第二個(gè)功能是空氣散濕功能，如圖4，如果空氣濕度過高，則風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)開啟，將對(duì)大棚空氣做出將濕功能。

第三個(gè)功能是降溫作用，如圖5，若是空氣溫度高于設(shè)定溫度，則風(fēng)扇會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，將大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行適當(dāng)減低。如圖6所示，為系統(tǒng)的噴灑農(nóng)藥流程圖，若需要噴灑農(nóng)藥，只需打開開關(guān)，一段時(shí)間后，農(nóng)藥會(huì)自動(dòng)進(jìn)行噴灑，若是不需要噴灑農(nóng)藥只需要關(guān)閉開關(guān)，農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)就不會(huì)打開。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)主要涉及了大棚土壤智能灌溉，大棚空氣溫度智能控制，大棚空氣濕度智能控制三大模塊，并充分考慮到實(shí)際情況，以AT89C51單片機(jī)為主導(dǎo)核心，通過液晶顯示屏改變參數(shù)，采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的器件來降低成本，并通過實(shí)驗(yàn)論證，將理論與實(shí)際值的進(jìn)行對(duì)比，得出了設(shè)計(jì)的誤差范圍完全在可控范圍內(nèi)，充分證明了設(shè)計(jì)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊玉白.節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及趨勢(shì)[J].科學(xué)時(shí)代，2013，6（24）：2-9.

[2]戴杉虎.單片機(jī)在節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2011，11（8）：139-140.

[3]黃同.一種基于CH340T的STC89C52RC編程器設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2013，4（12）：16-25.

[4]李瑞芳.短消息在節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，3（8）：196-199.