作物自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐娟　黃利強(qiáng)　姜新宇

摘要 針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中智能灌溉和遠(yuǎn)程自動(dòng)化的需求，設(shè)計(jì)并研發(fā)了一套基于單片機(jī)控制的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)土壤墑情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)適量自動(dòng)灌溉。并可利用GSM模塊以手機(jī)短信等形式將需求信息發(fā)送給管理人員，管理人員可遠(yuǎn)程向單片機(jī)發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)灌溉。初步試驗(yàn)表明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能準(zhǔn)確采集土壤墑情信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉控制。

關(guān)鍵詞 灌溉系統(tǒng)；遠(yuǎn)程自動(dòng)化；GSM

中圖分類號(hào) S277.9+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）15-0157-02

在作物生長(zhǎng)過程中，不同作物及同種作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水的需求量都會(huì)不同，不合理的灌溉時(shí)間和灌水量不僅會(huì)影響作物的產(chǎn)量，而且還會(huì)不同程度地影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，合理灌溉是作物生長(zhǎng)的重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和改善，合理采用自動(dòng)化程度較高、經(jīng)濟(jì)、高效的灌溉系統(tǒng)，不僅可以提高水資源利用率，達(dá)到節(jié)約用水的目的，而且還可以提高作物的質(zhì)量和產(chǎn)量，從而對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)也起到一定的促進(jìn)作用。本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)及GSM一體的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)作物的遠(yuǎn)程定時(shí)、定量灌溉，具有重要的社會(huì)意義及應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由信息采集模塊、單片機(jī)控制模塊及無線通訊模塊構(gòu)成，如圖1所示。由土壤濕度傳感器實(shí)時(shí)采集該地塊的土壤墑情，單片機(jī)將此數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、處理和分析后實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量灌溉；并對(duì)泵房?jī)?nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，同時(shí)關(guān)閉布置在農(nóng)田中的電磁閥。通過無線數(shù)傳模塊可實(shí)現(xiàn)用戶與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程人機(jī)交互，用戶可通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)向控制器下發(fā)控制命令，控制水泵[1-2]。

2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 信息采集模塊

采用帶有靈敏度調(diào)節(jié)電位器四線制FC-28土壤濕度傳感器作為信息采集模塊的核心，其內(nèi)部集成有電位器，可通過電位器對(duì)土壤濕度的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以通過軟件補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)該功能進(jìn)行控制。表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應(yīng)面積，可以提高導(dǎo)電性能，防止接觸土壤導(dǎo)致生銹，從而延長(zhǎng)使用壽命。具有數(shù)字量與模擬量雙輸出模式，內(nèi)置具有強(qiáng)穩(wěn)定性的LM393比較器，集成有電源指示燈和數(shù)字量開關(guān)指示燈，工作電壓3.3～5.0 V。其內(nèi)部模塊電路如圖2所示[3]。

2.2 單片機(jī)控制模塊

該模塊可設(shè)定自動(dòng)模式及手動(dòng)模式。土壤濕度信息通過ADC0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將信號(hào)送入STC89C52單片機(jī)進(jìn)行分析。在自動(dòng)模式設(shè)置情況下，則該值與設(shè)定值上、下限值相比較，若低于下限值，則單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行灌溉；若高于上限值時(shí)，關(guān)閉電機(jī)，停止灌溉，實(shí)現(xiàn)灌溉設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。在手動(dòng)模式設(shè)置情況下，則按照設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)定量灌溉，并實(shí)時(shí)將土壤濕度值顯示，以達(dá)到對(duì)土壤墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的[4]。

傳感器、A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的連接如圖3所示。單片機(jī)采用STC89C52，自帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，可以反復(fù)擦除100次，4個(gè)8位并行I/O接口，2個(gè)16位的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，中斷控制系統(tǒng)以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。A/D轉(zhuǎn)換使用ADC0832，是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有1個(gè)8通道多路開關(guān)，可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的1個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。

2.3 無線通訊模塊

GSM模塊選用Siemens公司的TC35i，可以很好地完成短消息收發(fā)、數(shù)據(jù)和語音通信。TC35i與GSM 2/2+兼容、雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級(jí)為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，可提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口。

GSM與單片機(jī)之間采用串口通信的方式，與單片機(jī)的 TX、RX連接，如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

按用戶設(shè)定的自動(dòng)或手動(dòng)的工作模式，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)程序。在自動(dòng)模式下，定時(shí)檢測(cè)土壤濕度，實(shí)時(shí)顯示，按用戶提前設(shè)定的時(shí)間啟動(dòng)水泵進(jìn)行定量灌溉；在手動(dòng)模式下，用戶可隨時(shí)用手機(jī)發(fā)送短信給 GSM模塊，查詢實(shí)時(shí)濕度，發(fā)送指令啟動(dòng)灌溉設(shè)備，當(dāng)濕度超過限定值時(shí)，GSM模塊自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信，提醒用戶及時(shí)灌溉。系統(tǒng)主程序如圖5所示。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，使用濕度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤墑情，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量灌溉的自動(dòng)控制。通過GSM模塊，及時(shí)發(fā)送墑情報(bào)警信息，用戶可以通過手機(jī)短信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程灌溉控制。本系統(tǒng)完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序編寫。本系統(tǒng)可以用于家庭花卉種植、溫室作物墑情控制等方面，成本低、實(shí)用性和可操作性強(qiáng)，有一定的應(yīng)用價(jià)值[5-6]。

5 參考文獻(xiàn)

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