基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周宇　趙彩云　鄭穎

摘 要：旨在建立一個(gè)基于AT89C51單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)。系統(tǒng)將YL-69溫濕度傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)中進(jìn)行信息處理，同時(shí)將分析的信息數(shù)據(jù)通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示，當(dāng)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)打開(kāi)水泵，自動(dòng)灌溉。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī);溫濕度傳感器;自動(dòng)灌溉

中圖分類(lèi)號(hào)：S274.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.056

0 引言

中國(guó)自古以來(lái)就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)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(lái)越被重視。在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，保證水分充足、溫度適中是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的重要因素，設(shè)計(jì)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(jì)

此次設(shè)計(jì)是一款智能澆灌系統(tǒng)，可在無(wú)人監(jiān)管的情況下通過(guò)控制水泵輸水來(lái)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)所需環(huán)境。系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行整體控制，使每個(gè)子系統(tǒng)模塊協(xié)同工作。首先通過(guò)YL-69溫濕度傳感器對(duì)土壤的濕度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，通過(guò)LCD對(duì)信息進(jìn)行顯示，當(dāng)檢測(cè)的土壤濕度值達(dá)到設(shè)定的臨界值時(shí)，蜂鳴器工作觸發(fā)報(bào)警，同時(shí)水泵開(kāi)啟，自動(dòng)灌溉。系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、濕度檢測(cè)模塊、水泵控制模塊、報(bào)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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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?xún)r(jià)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(jià)格低，使用方便。顯示器選用的是LCD1602，可以顯示32個(gè)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(jì)

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

AT89C51微控制器包含一個(gè)具有高增益方向的開(kāi)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自激振蕩電路，在以上兩個(gè)引腳上加晶體振蕩器。單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘的方式主要包括內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種。

（1）內(nèi)部時(shí)鐘模式是通過(guò)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(shí)鐘電路的生成方式。在內(nèi)部時(shí)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(jī)通常采用的是外部電路連接簡(jiǎn)單內(nèi)部時(shí)鐘電路的方式。

（2）外部時(shí)鐘電路在單片機(jī)之外的其他電路中產(chǎn)生。與單片機(jī)的XTAL1引腳端口進(jìn)行連接。

YL-69土壤濕度傳感器是一種常見(jiàn)的簡(jiǎn)單土壤濕度傳感器。其工作原理是當(dāng)環(huán)境濕度變化時(shí)，濕度傳感器的電容器會(huì)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(duì)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行收集。

ADC0832是一個(gè)8位轉(zhuǎn)換器，其串行接口通過(guò)三條線路連接到微控制器。具有性?xún)r(jià)比高、低耗能等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)簧片等構(gòu)成。只要一定電流流過(guò)線圈，就會(huì)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(huì)吸附在常開(kāi)觸點(diǎn)上，使得電機(jī)開(kāi)始工作。當(dāng)線圈未通電時(shí)，電磁效應(yīng)也會(huì)消失。電樞將在彈簧張力的作用下返回其原始位置，即觸點(diǎn)將斷開(kāi)。通過(guò)控制線圈的通電和斷電，電樞很快地實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)觸點(diǎn)之間的選擇性連接，使其達(dá)到電路斷開(kāi)及導(dǎo)通的目的。

2 硬件調(diào)試

此設(shè)計(jì)可檢測(cè)土壤濕度并通過(guò)LCD顯示屏顯示信息。通過(guò)單片機(jī)對(duì)濕度上下限進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)濕度低于一定值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)對(duì)水泵進(jìn)行控制，進(jìn)行自動(dòng)灌溉。當(dāng)濕度達(dá)到檢測(cè)值時(shí)，泵關(guān)閉，停止?jié)菜?/p>

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的智能灌溉系統(tǒng)具有造價(jià)低、易于操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、智能化等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)人看管的情況下仍然可以對(duì)植物進(jìn)行正常的灌溉。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，實(shí)時(shí)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(shí)更加科學(xué)的針對(duì)灌溉時(shí)機(jī)進(jìn)行把握。

參考文獻(xiàn)：

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