基于單片機(jī)的校園自動(dòng)灌溉器

任相+梁才華+楊繼婷

摘 要： 本設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的校園自動(dòng)灌溉器以AT89S52芯片作為主要控制控芯片。以土壤濕度傳感器作為檢測(cè)裝置繼電器與電磁閥作為執(zhí)行設(shè)備，在AT89S52芯片的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉為目的。采用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0809芯片）將土壤濕度傳感器所采樣的模擬信號(hào)數(shù)字化，再通過(guò)單片機(jī)判斷是否進(jìn)行灌溉。本灌溉器具有節(jié)水，穩(wěn)定性好，灌溉范圍大，便于移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： AT89S52單片機(jī)；自動(dòng)灌溉；A/D轉(zhuǎn)換

基金項(xiàng)目：由西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院“雙E”項(xiàng)目資助

引言

水乃生命之源。隨著21世紀(jì)的到來(lái)，世界人口的大量增長(zhǎng)，各種資源危機(jī)接踵而來(lái)，其中水資源危機(jī)已經(jīng)成為全球的突出問(wèn)題。我國(guó)為解決水資源南多北少，東多西少的分布問(wèn)題，引進(jìn)南水北調(diào)工程，盡管這項(xiàng)工程意義重大、作用顯著，但我們?nèi)稳徊荒芡Ｖ固剿鞴?jié)約水資源方法的步伐。身在大西北的我們，水資源更是貧乏，農(nóng)業(yè)用水更是緊缺，采用傳統(tǒng)的灌溉模式，灌溉水利用率低，大力發(fā)展和使用節(jié)水技術(shù)刻不容緩，從根本上解決水危機(jī)的途徑就是發(fā)展灌溉節(jié)水技術(shù)。結(jié)合這些因素，我們制作出一款基于單片機(jī)的校園自動(dòng)灌溉器，用以對(duì)校園中的綠化帶進(jìn)行自動(dòng)灌溉，從而達(dá)到節(jié)約水資源并解放人工澆灌的勞動(dòng)力。

2.自動(dòng)灌溉器的總體結(jié)構(gòu)及各模塊設(shè)計(jì)

我們以土壤含水量作為灌溉指標(biāo)，通過(guò)對(duì)土壤水分快速測(cè)量的方法進(jìn)行查閱資料，對(duì)于檢測(cè)模塊，我們最終選擇采用介電法中基于頻域反射原理的土壤水分傳感器準(zhǔn)確采集土壤水分信息。根據(jù)以單片機(jī)為核心構(gòu)建的控制單元模塊內(nèi)置的控制規(guī)則，具體選擇為AT89S52單片機(jī)對(duì)土壤濕度傳感器所采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。傳輸給單片機(jī)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的控制，執(zhí)行裝置由繼電器控制電磁閥來(lái)進(jìn)行控制，最后由顯示模塊的數(shù)碼管來(lái)實(shí)時(shí)顯示土壤水分含量。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示

2.1自動(dòng)灌溉器的組成及其工作原理

自動(dòng)灌溉器主要由AT89S52單片機(jī)、SM2801V型土壤水分傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809、電磁閥、數(shù)碼管顯示器等部件組成。其工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)主要采用AT89S52作為本灌溉控制器的控制單元核心，AT89S52與PC機(jī)之間的通信方式采用的是RS-485通信，系統(tǒng)中的水分濕度傳感器主要是通過(guò)單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換輸入端相連接形成的，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳送與A/D轉(zhuǎn)換，基于單片機(jī)自動(dòng)控制器根據(jù)傳感器所采樣到的信號(hào)，然后控制執(zhí)行裝置發(fā)出控制信號(hào)，執(zhí)行裝置和數(shù)碼管顯示模塊做出相應(yīng)的動(dòng)作。

2.2 各組成模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 AT89S52單片機(jī)電路設(shè)計(jì)與A/D電路設(shè)計(jì)

我們采用單片機(jī)最小系統(tǒng)作為本設(shè)計(jì)的控制單元，在此基礎(chǔ)上加上外圍電路的設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，土壤水分傳感器所采集的土壤水分是模擬信號(hào)，但是單片機(jī)所處理的信號(hào)需數(shù)字信號(hào)，于是得對(duì)所采樣的信號(hào)數(shù)字化，我們才用ADC0809芯片對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)接口電路如圖2.2.1所示。

2.2.2 土壤水分傳感器電路設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中我們采用的是SM2801型土壤水分傳感器，因?yàn)樵搨鞲衅鞣€(wěn)定性、穩(wěn)定性高，而且體積較小，滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。據(jù)設(shè)計(jì)要求我們把土壤水分傳感器的電壓端VCC接供電電源直流電壓12到24V，接地端GNG接地，電壓輸出端VOUT接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的INO引腳，ADC0809的VREF （ + ）接5V參考電壓，VREF （-）接地。

2.2.3 數(shù)碼管顯示電路與執(zhí)行電路設(shè)計(jì)

顯示電路采用四位數(shù)碼管對(duì)土壤濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。執(zhí)行電路我們采用繼電器對(duì)電磁閥的控制，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水管的閉合的控制。繼電器輸入INI口可直接與單片機(jī)I/O 口連接，輸入高電平時(shí)繼電器吸合，輸入低電平時(shí)繼電器釋放。對(duì)繼電器的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的控制。其電路設(shè)計(jì)圖如圖2.2.4所示。

2.2.4 灌溉裝置

灌溉裝置我們選擇采用旋轉(zhuǎn)噴頭，其噴灑直徑為8到10米，能夠利用水力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)灌溉，同時(shí)既可雙進(jìn)水增大其灌溉壓力，又可以串聯(lián)從而達(dá)到增大灌溉面積，同時(shí)還具有節(jié)水、灌溉水量均勻，而且便于移動(dòng)可以安放到需要灌溉的地方。

3.自動(dòng)灌溉軟件設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)灌溉主程序設(shè)計(jì)

自動(dòng)灌溉是利用土壤濕度傳感器對(duì)土壤的濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換將所收集到的數(shù)據(jù)傳到AT89S52單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否達(dá)到所需灌溉的濕度最低數(shù)值，如果低于該值，給繼電器反饋一個(gè)低電平從而使電磁閥打開(kāi)，從而進(jìn)行灌溉。其主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3.1.1所示。

4.總結(jié)

現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)正在飛速發(fā)展，自動(dòng)灌溉控制技術(shù)也必將越來(lái)越多的被應(yīng)用到人們的生活中。因此，自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化、精細(xì)化是灌溉發(fā)展的重要趨勢(shì)。本自動(dòng)灌溉器是在植物土壤水分濕度較低的情況下給予及時(shí)的澆灌，這種灌溉器不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)灌溉的功能、解放了人工澆灌的勞動(dòng)力，而且制作的成本低，工作性能穩(wěn)定，適用性廣，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)灌溉的設(shè)定將會(huì)更加完善而精準(zhǔn)，該灌溉器不僅適用于學(xué)校更能在各類灌溉中得到更廣泛的使用。

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