農(nóng)業(yè)自動節(jié)水灌溉車的設(shè)計與制作

鄭航　李凱

摘 要：本設(shè)計的農(nóng)業(yè)自動節(jié)水灌溉車由STC89C52單片機作為控制核心，ADC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，L9110驅(qū)動電路驅(qū)動，可實現(xiàn)根據(jù)土壤濕度自動尋路灌溉的功能。以電子類的自動澆花器的工作原理為參考，配以能智能循跡的車模和自動采集機械臂，運用溫濕度采集電路及單片機控制技術(shù)構(gòu)成一個土壤溫濕度采集與控制系統(tǒng)。再用數(shù)字電路控制自動給水系統(tǒng)及時的澆水系統(tǒng)供水?？稍O(shè)置濕度上下限值，小車自動檢測出土壤濕度是否超過設(shè)置值的上下限值，如果低于下限，則小車實施灌溉，如果超過上限，則小車停止灌溉。另外，模型車配備由步進電機組成的簡易機械臂，可將濕度傳感器插入到適當(dāng)深度的土壤中，單片機將濕度傳感器采集到的濕度數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，每當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，單片機調(diào)用中斷程序讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，最后，單片機把采集到的濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件程序處理后送到LCD1602進行顯示。

關(guān)鍵詞：STC89C52；干濕度的采集與顯示；LED；智能循跡小車

1研制背景及意義

農(nóng)業(yè)自動灌溉節(jié)水車可自動監(jiān)測土壤濕度，并根據(jù)土壤濕度選擇灌溉用水量，可通過按鍵設(shè)置濕度的上下閥值，既能保證農(nóng)作物的生長所需，又能避免過度澆灌造成的水資源浪費。充分發(fā)揮節(jié)水農(nóng)業(yè)在解決缺水少水問題中的作用，提高水資源的利用率。其利用太陽能可充電電池供電，節(jié)省能源，并且能夠全程自動灌溉，最大程度節(jié)省人力。

2總體方案設(shè)計

2.1硬件設(shè)計

本設(shè)計采用STC89C52單片機，STC89C52是一種高性能的CMOS類型的微控制器，采用STC89C52的主要原因是其具有傳統(tǒng)的51內(nèi)核，功能實現(xiàn)簡單，并且，硬件上有較多的改進，完全能夠滿足本款模型車的所需。

2.1.1ADC0832

ADC0832是一種采用逐次逼近式進行數(shù)模轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，它能夠完成單片機與大多數(shù)外設(shè)之間的數(shù)模轉(zhuǎn)換，是當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

其轉(zhuǎn)換過程如下：

（1）保持片選段CS置于低電平，并且，在轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，CS的狀態(tài)保持不變。

（2）單片機需向ADC0832芯片時鐘輸入端提供脈沖輸入信號。

（3）在第一個時鐘脈沖下降沿之前置DI為高電平，啟動轉(zhuǎn)換。

（4）接連的兩個脈沖用于選擇轉(zhuǎn)換通道。

（5）從第4個脈沖的下降沿開始，DO端在每個下降沿由高位到低位輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。

（6）單片機讀取結(jié)果結(jié)束后，置位CS端，轉(zhuǎn)換結(jié)束。單片機對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進行處理，如何判斷A/D轉(zhuǎn)換的完成是使用ADC0832芯片的重點，傳統(tǒng)的判斷方式有固定時間傳送法、程序查詢法，中斷方式。

無論使用哪種方式，單片機一旦確定 A/D轉(zhuǎn)換完成，就可以對A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行讀取，并進行后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，實現(xiàn)對濕度信息的綜合利用。

2.1.2顯示模塊采用數(shù)碼管顯示接口電路

采用傳統(tǒng)LCD數(shù)碼管顯示，利用循環(huán)掃描方式，方便簡單，接口電路如下：

2.2工作流程

工作流程：模型車啟動→根據(jù)軌道運行一段路程→模型車停止→機械臂運動→土壤濕度檢測器檢驗濕度→單片機讀取濕度→將當(dāng)前濕度與設(shè)置閥值做比較→低于最低濕度閥值啟動電機噴水→高于最高濕度閥值停止噴水→繼續(xù)按軌道前進，重復(fù)過程。

3工作原理及性能分析

本次設(shè)計的自動灌溉節(jié)水模型車以電子類的自動澆花器的工作原理為參考，配以能智能循跡的車模和自動采集機械臂，運用溫濕度采集電路及單片機控制技術(shù)構(gòu)成一個土壤溫濕度采集與控制系統(tǒng)。再用數(shù)字電路控制自動給水系統(tǒng)及時的澆水系統(tǒng)供水。土壤溫濕度的采集和顯示以ADC0832配合兩個電位器為感應(yīng)檢測電路，將檢測到的土壤濕度值送入單片機，再經(jīng)過單片機處理后通過LCD數(shù)碼管顯示。同時此濕度值也是是否給盆花澆水的參考值。通過單片機程序設(shè)定澆水的上下限值并與溫濕度采集電路送入單片機的土壤濕度值相比較，當(dāng)傳感器檢測到的濕度值低于設(shè)定的下限值時，單片機輸出一個信號，開始澆水，高于設(shè)定的上限值時再由單片機輸出一個信號，停止?jié)菜?。由單片機從數(shù)碼管讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間。通過按鍵開關(guān)對當(dāng)前時間以及定時澆水時間進行設(shè)置，共陰數(shù)碼管顯示。

4創(chuàng)新點及應(yīng)用

4.1基于單片機控制的節(jié)水灌溉自動控制模型車制造成本較低、占地小、安裝維護方便、運行安全可靠，相比傳統(tǒng)灌溉方式來說，具有極高的性價比，更易進行市場推廣與應(yīng)用。

4.2極大的提高操作的準確性，有利于進行科學(xué)管理，對操作者本身的要求相對較低，從而能夠大大促進了產(chǎn)量的提高。

4.3相比固定安裝的農(nóng)業(yè)節(jié)水系統(tǒng)，模型車無需復(fù)雜安裝，不易受外界環(huán)境影響，保養(yǎng)維修更加方便，并且，解決了兩點測試存在的缺陷問題，能夠更加精確的測量土壤濕度，從而給作物提供最合適的水分，避免過度澆水。

參考文獻：

[1]李泉溪.單片機原理與應(yīng)用實例仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009.8.

作者簡介：

鄭航（1996—），女，漢族，山東威海人，現(xiàn)為山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生。

李凱（1994—），男，漢族，山東煙臺人，現(xiàn)為山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生。

（作者單位：山東大學(xué)）