智能灌溉系統的設計與實現

張娣 曲子謙 羅文濤

摘? 要： 近年來，人們的節水思想發生巨大變化，針對灌溉這一技術的要求也越來越高。為了找尋一種智能化、易控制和不造成水資源浪費的更高效的灌溉技術，新的智能灌溉系統的設計與實現迫在眉睫。本文所計劃的智能灌溉系統是基于STC89C52單片機，操縱DHT11溫濕度傳感器收集溫度、濕度和關于植物的相關數據，將數據進行收集和處置后，按照數據對農作物進行相應的智能灌溉，以便充分發揮智能灌溉系統的作用。

關鍵詞： 智能灌溉系統;單片機;傳感器

【Abstract】： In recent years， great changes have taken place in people's thinking of water saving， and the requirements for irrigation technology are getting higher and higher. In order to find a more efficient irrigation technology with intelligence， easy control and no waste of water resources， the design and implementation of new intelligent irrigation system is urgent. The intelligent irrigation system planned in this paper is based on STC89C52 single-chip microcomputer， which manipulates the DHT11 temperature and humidity sensor to collect temperature， humidity and related data about plants. After collecting and disposing the data， the crops are irrigated according to the data， so as to give full play to the role of the intelligent irrigation system.

【Key words】： Intelligent irrigation system; Single chip microcomputer; The sensor

0? 引言

水作為人們的生產生活基礎，起著特別重要的作用。中國自古以來就是一個農業大國和人口大國，水資源嚴重缺少是我國的基本國情，我國每個人擁有的水資源大約只有世界每個人的1/4，但是我國的用水量最多，而且農業用水占我國用水量的一半以上，因此，提高水資源的利用率，對解決我國的農業澆灌用水和緩解水資源短缺有著非常重要的作用[1]。

針對這一情況，基于單片機的智能灌溉系統的設計是我國施行可持續發展的基礎，也是發展節水農業，提高農作物產量的必要措施。智能灌溉系統的廣泛應用，可以大幅度提高農作物的生長效率，有效的節約水資源，使灌溉更加科學、合理。

1? 智能灌溉系統的組成部分

智能灌溉系統的硬件部分首要由單片機核心控制模塊、數據采集模塊、數據顯示模塊、閥門控制模塊、供電模塊、報警模塊等構成，此中硬件計劃的電路圖如圖1。單片機核心控制模塊首要由STC89C52單片機完成;數據采集模塊通過DHT11溫濕度傳感器來完成，其中A/D轉換器也起到很大部分作用：數據顯示模塊將數據表現到LCD1602液晶顯示屏上;報警模塊由LED燈和蜂鳴器構成。

基于單片機的智能灌溉系統的硬件設計如圖2。

1.1? 數據采集

本體系使用DHT11溫濕度傳感器，其中包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高指標8位單片機連接[2]。供電電壓為3-5.5 V，溫濕度數據的收集經由過程系統的數據采集功能來實現。

1.2? 電路控制

為了克服STC89C52單片機在實際操作過程中因容易受到外來因素的干擾而出現的一系列問題，需要為單片機系統配置一個較為穩定的電源模塊。此體系是操縱兩個電源接口來接通外部電源。

1.3? 數據顯示

體系將收集到的信息通過STC89C52單片機處理后，經由A/D數據轉換器將數據表現到LCD1602液晶顯示屏上，也可以表現出環境的溫濕度。

1.4? 系統報警

當外界溫濕度條件超出或低于用戶設置的上下限值時，系統的LED燈亮，蜂鳴器報警，實現自動灌溉。當外界條件滿足用戶設置的上下限值時，系統不發生報警。

2? 智能灌溉系統的元器件選擇

2.1? STC89C52單片機

STC89C52單片機是STC公司制造的一種低耗能、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節系統可編程Flash存儲器[3]。其典范參數以下所示：512字節RAM，4個8位I/O口線，看門狗定時器，內置MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部間斷，全雙工串行口，適用電壓電壓3–5.5 V，工作頻率0–40 MHz[4]。

2.2? A/D數據轉換器

模數轉換包括量化和編碼兩個過程，量化是將模擬信號量程分成許多離散量化級別，再確定輸入信號所屬的量化級別，編碼是給量化級別分配唯一的數字碼，并確定與輸入信號相對應的代碼[5]。最一般的碼制是二進制，它有2的n次方個量級（n為位數），可以按照順序一個一個編號，模數轉換的方法比較多，從轉換原理來分可分為直接法和間接法[6]。

2.3? DHT11溫濕度傳感器

本系統通過DHT11溫濕度傳感器對溫濕度數據進行收集。該種傳感用具具有價格低、穩定性強等長處。它的的工作電壓為3–5.5 V，平均工作電流為0.2 mA，其較寬的溫濕度檢測規模和適合的精度值可以達到體系檢測的要求。過程中的各個參數通過改變和控制，可以調整其采樣的效率和采樣精度，而且將采集到的錯誤數據進行控制處理，就會達到比較精確的測量目標將采集到的錯誤數據進行控制處理[7]。其電路連接圖如圖3。

2.4? LCD1602液晶

該液晶屏首要是用于表現溫度和濕度的數值，從而在性價比上斟酌，選擇了LCD1602字符式顯示器，該顯示器的表現容量是16×2個字符，帶I2C模塊LCD1602眥連到焦點芯片STC89C52單片機，它具備多種長處。液晶顯示屏的電路設計如圖4。

2.5? LED燈和蜂鳴器

通過設置溫濕度的上下限報警范疇，可以通過溫濕度的轉變控制閥門的閉合。當濕度低于下限值時，打開閥門自動進行抽水澆灌，同時LED燈亮，蜂鳴器報警;當濕度高于上限值時，主動關閉閥門再不進行澆灌。當溫度高于上限值時，打開閥門舉行抽水主動澆灌，同時LED燈亮，蜂鳴器報警;當溫度低于下限值時，閥門會主動關閉并且體系會中斷澆灌。

3? 智能灌溉系統的軟件設計

起先根據體系所要實現的功效和計劃體系功效的道理，寫出一個程序流程圖，并且編寫程序代碼。從接通電源后開始，相應的利用代碼對外界溫濕度數據的進行采集，通過傳感器編寫的代碼將數據顯示到液晶顯示屏上。然后將收集到的數據與管理員設定的數據進行相比，判斷是不是有必要舉行澆溉。不滿足外界前提時，會實現體系報警功效，實現適應外界條件的灌溉。程序流程圖如5所示。

4? 結語

聯系我國的基本國情，針對水資源欠缺這一基本問題，根據單片機設計的智能灌溉系統，利用溫濕度傳感器進行數據的采集，使用閥門控制水量，以及液晶顯示屏進行數據的顯示，最后通過LED燈和蜂鳴器實現相應的報警功能，最終實現系統的節水灌溉功能，并在其他灌溉方面起到重要作用。

參考文獻

[1]王友貞. 節水灌溉與農業可持續發展[M]. 中國機械出版社， 2005.

[2]劉彥賓， 李麗瓊. 溫濕度控制器的設計. 無線互聯科技， 2016.

[3]韓竺秦， 牛王元， 李玉華， 耿靖宇. 基于STC89C52的太陽能追蹤系統設計. 電子質量， 2016.

[4]謝彤. 基于單片機的溫室智能灌溉系統設計與實現. 安徽農業科學， 2013， 41（18）， 8048-8049+8068.

[5]代友軍. 某型燃油部件測試臺CAT系統的開發研究[C]. 軟件工程， 2011.

[6]胡婷婷. 分布式放射性探測成像設備數據采集系統研究[C]. 粒子物理與原子核物理， 2013.

[7]陳曦， 董玉華， 楊姚， 等， 王宇航.基于STM32的智能植物照料系統設計. 智能計算機與應用， 2018， 8（4）， 153-156.