基于單片機的智能滴灌系統構想

[摘 要] 滴灌作為一種高效率、環保的灌溉方式，在發達國家的應用已經非常成熟。本文介紹一種基于單片機的智能滴灌系統的構想，將滴灌技術與智能控制技術相結合，目的在于構想一種自動控制的滴灌系統，實現對資源的高效利用，提高農作物產量。

[關鍵詞] 單片機；智能；滴灌系統

[中圖分類號] S277.9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）15-95-2

自動控制節水灌溉技術水平代表著農業現代化的發展狀況，灌溉系統自動化水平較低是制約我國高效農業發展的主要原因。自動高效灌溉技術在發達國家，特別是大面積種植或缺水地區極其適用。而我國農業灌溉用水占全年總用水量的67%左右，對于一個水資源匱乏的國家來說，研發高效率灌溉系統顯得尤為重要。

1 智能灌溉系統概述

自動滴灌系統是農業發展、節能環保的重要工具，自動灌溉系統可以通過埋置于土壤中的溫濕度傳感器獲得當前土壤濕度、環境溫度等相關數據，并根據植物的生長特性，在特定時間以特定的水量進行灌溉，且灌溉方式為滴灌，這一灌溉方式可以將水分精準地輸送給植物，減少因為水分蒸發而導致的水資源浪費。由于單片機的可編程性，所以可以通過編程在特定時間將植物所需的營養液、藥物一同灌溉給植物，從而在原基礎上實現對植物自動施肥、噴藥的功能。所以，基于單片機的智能灌溉系統是一種成本小、效率高、通用性強的灌溉系統。

基于單片機的智能滴灌系統是通過一種微處理器進行系統控制，以單片機作為控制器以實現控制功能。該系統的特點是小體積、低成本、低功耗、擴展性強以及適用范圍廣。本構想采用目前市場應用最為廣泛的AT89S52單片機作為控制器，其被廣泛應用于生產生活中。

2 智能滴灌的優點

滴灌方式為全管道輸水和局部微量灌溉，使水分的滲漏和損失降至最低限度，可直接向作物根系附近供水、施肥，可以調節溫度和濕度，不會造成土壤板結，為作物提供了良好的生長環境，從而實現高產和穩產的目的。

該系統解決方案，可實時采集并存儲各類數據參數，如土壤溫濕度、氣象參數、不同植物生長參數，通過對這數據的長期跟蹤和分析，可針對不同的區域、不同的場景、不同的種植作物，制定更加合理的施肥和灌溉計劃，實現精準灌溉、精準施肥，真正達到節水、增效、增產的目的，大大提升農業節水灌溉的科學管理水平。

3 單片機控制系統原理

如圖1所示，土壤溫濕度傳感器感知種植作物的土壤的溫濕度，并反饋信號，反饋的信號經過A/D轉換后傳入單片機系統，經過系統處理后，將土壤的溫濕度顯示在LCD屏上，如果溫濕度達到設定閾值，觸發反饋機制，則單片機會驅動蜂鳴器發出報警聲，同時輸出高電平在經過外置設備的放大驅動后，驅動電磁閥，從而實現土壤的滴灌、施肥、打藥等目的。當外部環境參數達到穩定或回落至預設范圍內，傳入單片機的信號經過處理，會停止之前使用的措施。若在一定時間內，環境參數無改變或無法回落到預設范圍內，即負反饋調節措施失效，此時單片機會驅動報警系統進行聲光報警，促使管理人員及時采取有效措施，排除或降低不利的環境因素，避免因此產生農作物死亡或減產等不利后果。

4 基單片機的智能滴灌系統的設計

4.1 主模塊

4.1.1 時鐘電路。時鐘電路的作用是為系統操作提供時間基準。

4.1.2 復位電路。為寄存器進行初始化。

4.1.3 核心芯片AT89S52單片機。AT89S52單片機是一種功耗低高性能的CMOS 8位微控制器，內置8 kB可在線編程編程閃存。工作電源范圍為4.0～5.5 V，有3個16位定時器/計數器、32條可編程I/O線、8個中斷源以及靈活的在線編程。

4.2 數據采集模塊

采用市售的溫濕度傳感器，將溫濕度傳感器埋于土壤中，通過傳感器獲取土壤濕度、環境溫濕度值，通過對比植物的生長需求和當前的環境條件，若觸發條件則驅動電磁閥對土壤實施滴灌、施肥、打藥等操作。

4.3 LED顯示模塊

將環境數值顯示在LED屏上。從性價比上考慮，選擇LCD1602字符式顯示器，該顯示器的顯示容量是16×2個字符，帶I2C模塊的LCD1602連接到核心芯片AT89S52單片機上。

4.4 報警模塊

當環境條件觸發報警條件時，自動報警，以方便工作人員采取措施。報警系統采用聲光報警機制，報警時LCD燈會亮，同時報警器也會蜂鳴，從而引起管理人員的注意。

4.5 電磁閥

電磁閥（Electromagnetic Valve）是用電磁控制的工業設備，是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執行器。用戶可根據實際需求采用不同類型的電磁閥，以滿足使用需求。

5 結語

基于單片機開發的智能滴灌系統，在實現水資源高效利用的同時降低了生產成本，而且在生產中節約了大量的水資源，對于提高大規模種植業的效率有著顯著作用。同時，對于需要精確控制水肥條件的種植業有著顯著的影響，未來應用前景十分廣泛。而且該系統經過改進后可以面向農業的其他領域進行服務。