基于單片機的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計

周宇　趙彩云　鄭穎

摘 要：旨在建立一個基于AT89C51單片機的智能灌溉系統(tǒng)。系統(tǒng)將YL-69溫濕度傳感器的檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機中進行信息處理，同時將分析的信息數(shù)據(jù)通過LCD1602進行顯示，當(dāng)達到報警值時，系統(tǒng)報警，同時打開水泵，自動灌溉。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機;溫濕度傳感器;自動灌溉

中圖分類號：S274.2文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.056

0 引言

中國自古以來就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)業(yè)技術(shù)的進步也在不斷更新?lián)Q代。為了能夠增加產(chǎn)量，科學(xué)種植越來越被重視。在植物生長過程中，保證水分充足、溫度適中是植物生長過程中的重要因素，設(shè)計該系統(tǒng)可以有效地控制土壤的濕度，智能灌溉取代傳統(tǒng)灌溉模式。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

此次設(shè)計是一款智能澆灌系統(tǒng)，可在無人監(jiān)管的情況下通過控制水泵輸水來調(diào)節(jié)植物生長所需環(huán)境。系統(tǒng)通過單片機進行整體控制，使每個子系統(tǒng)模塊協(xié)同工作。首先通過YL-69溫濕度傳感器對土壤的濕度進行檢測，通過A/D轉(zhuǎn)換將信息傳輸?shù)絾纹瑱C中，通過LCD對信息進行顯示，當(dāng)檢測的土壤濕度值達到設(shè)定的臨界值時，蜂鳴器工作觸發(fā)報警，同時水泵開啟，自動灌溉。系統(tǒng)主要包括單片機控制模塊、顯示模塊、濕度檢測模塊、水泵控制模塊、報警模塊。

1.1 芯片選擇

控制單元選用AT89C51，其性能具有低電壓、性能高、價格便宜等優(yōu)點，同時可以與MCS-51系列很好的兼容。ADC0832的A/D轉(zhuǎn)換是一種雙通道和8位分辨率的轉(zhuǎn)換芯片。其性能主要是體積小、性價比高、兼容性好。繼電器的控制電閥工作電壓比較低，大約在5 V左右，系統(tǒng)使用05VDC-SL型繼電器。此繼電器價格低，使用方便。顯示器選用的是LCD1602，可以顯示32個英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字等字符。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)由電源接口模塊、顯示模塊、土壤檢測模塊、繼電器控制水泵模塊、報警模塊等主要部分組成。

AT89C51微控制器包含一個具有高增益方向的開發(fā)設(shè)備。XTAL1引腳是放大器的輸入端子，XTAL2引腳是放大器的輸出端子。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的自激振蕩電路，在以上兩個引腳上加晶體振蕩器。單片機產(chǎn)生時鐘的方式主要包括內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種。

（1）內(nèi)部時鐘模式是通過微控制器的高增益放大器和外部連接的晶體，修剪電容器結(jié)構(gòu)時鐘電路的生成方式。在內(nèi)部時鐘模式下，通常使用30 pF或40 pF作為調(diào)諧頻率，以確保振蕩器的可靠性、穩(wěn)定性，減少寄生電容。在本系統(tǒng)中單片機通常采用的是外部電路連接簡單內(nèi)部時鐘電路的方式。

（2）外部時鐘電路在單片機之外的其他電路中產(chǎn)生。與單片機的XTAL1引腳端口進行連接。

YL-69土壤濕度傳感器是一種常見的簡單土壤濕度傳感器。其工作原理是當(dāng)環(huán)境濕度變化時，濕度傳感器的電容器會感應(yīng)濕敏電容器存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化，電容的數(shù)值正比于濕度值。由于濕敏電容的高靈敏度和快速響應(yīng)，滯后很小，因此濕度傳感器的敏感電容器易于集成化。在該系統(tǒng)中，采用YL-69土壤濕度傳感器對土壤水分數(shù)據(jù)進行收集。

ADC0832是一個8位轉(zhuǎn)換器，其串行接口通過三條線路連接到微控制器。具有性價比高、低耗能等優(yōu)點，適合使用在小型智能設(shè)備中處理絕大部分的模擬量，誤差小且轉(zhuǎn)換速率高，性能穩(wěn)定。

關(guān)于繼電器方面，本系統(tǒng)采用的是電磁繼電器。電磁繼電器大多數(shù)是由線圈、鐵芯、銜鐵及觸點簧片等構(gòu)成。只要一定電流流過線圈，就會在繼電器內(nèi)部發(fā)生電磁效應(yīng)從而產(chǎn)生磁力。在磁吸力的作用下，電樞迅速克服彈簧張力的影響，將會吸附在常開觸點上，使得電機開始工作。當(dāng)線圈未通電時，電磁效應(yīng)也會消失。電樞將在彈簧張力的作用下返回其原始位置，即觸點將斷開。通過控制線圈的通電和斷電，電樞很快地實現(xiàn)了兩個觸點之間的選擇性連接，使其達到電路斷開及導(dǎo)通的目的。

2 硬件調(diào)試

此設(shè)計可檢測土壤濕度并通過LCD顯示屏顯示信息。通過單片機對濕度上下限進行設(shè)定，當(dāng)濕度低于一定值時，通過單片機進行蜂鳴器報警，同時對水泵進行控制，進行自動灌溉。當(dāng)濕度達到檢測值時，泵關(guān)閉，停止?jié)菜?/p>

3 結(jié)論

本文設(shè)計的智能灌溉系統(tǒng)具有造價低、易于操作、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、智能化等優(yōu)點，在無人看管的情況下仍然可以對植物進行正常的灌溉。系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動灌溉，實時監(jiān)控顯示土壤信息，做到足不出戶便知土壤信息變化，一定程度上減少了人工灌溉的次數(shù)，同時更加科學(xué)的針對灌溉時機進行把握。

參考文獻：

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