溫室大棚滴灌系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

任才 孔德尉* 沈陽(yáng)工學(xué)院 王雪 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司

1 設(shè)計(jì)方案

⑴ 有效讀取土壤的濕度數(shù)據(jù)，借助于濕度傳感器；

⑵ 單片機(jī)通過(guò)讀取A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)模換算出具體的土壤相對(duì)濕度，并在LCD1602上實(shí)時(shí)顯示濕度的相對(duì)大?。?/p>

⑶ 以濕度傳感器為有效助力，不僅要對(duì)土壤的濕度情況實(shí)施有效監(jiān)控，還應(yīng)將其在顯示屏上加以顯示；

⑷ 通過(guò)模擬繼電器模塊，用戶(hù)可以通過(guò)觀察紅綠黃三種燈光顏色，來(lái)判斷土壤濕度的大概值。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到實(shí)時(shí)的濕度大于實(shí)際需要的60%時(shí)，紅燈亮啟動(dòng)報(bào)警裝置，不會(huì)啟動(dòng)繼電器進(jìn)行滴灌。當(dāng)濕度小于實(shí)際需要的10%時(shí)，綠燈亮，單片機(jī)會(huì)啟動(dòng)繼電器進(jìn)行滴灌。當(dāng)濕度大于10%，小于60%時(shí)，黃燈亮，此時(shí)處于植物的最適合生長(zhǎng)濕度范圍，也同樣不會(huì)啟動(dòng)繼電器進(jìn)行工作。

2 硬件方案設(shè)計(jì)

2.1 最小系統(tǒng)模塊的選型

單片機(jī)的最小系統(tǒng)，它主要包括了以下3個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)；復(fù)位電路；時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路選用了12MHZ的晶振頻率，作用是給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時(shí)間為一個(gè)機(jī)器周期。單片機(jī)的復(fù)位電路，按下復(fù)位按鍵之后可以使單片機(jī)進(jìn)入剛上電的起始狀態(tài)。

2.2 濕度檢測(cè)的選型

所謂土壤濕度傳感器，不僅可以用于測(cè)試農(nóng)作物根部土壤所含有的水分，還可以通過(guò)電路檢測(cè)，將濕度有偏差的信號(hào)傳送給主控制器。

作為控制系統(tǒng)的主要器件，在選擇濕度傳感器的時(shí)候，必須綜合考慮其涉及的領(lǐng)域，詳細(xì)考察5個(gè)主要方面：精度；響應(yīng)的速度；測(cè)量的范圍；實(shí)際體積；具備的穩(wěn)定性。要將濕度傳感器作為一種計(jì)量器實(shí)用，其精度一般控制在±2%～ ±5%RH。一般情況下，這種傳感器的精度在初用時(shí)相對(duì)較高，隨著時(shí)間的推移，受到有害氣體等因素的影響，往往會(huì)導(dǎo)致老化問(wèn)題的出現(xiàn)，進(jìn)而影響其精度。

2.3 A/D采樣模塊的選型

IC總線是一系列串行總線中的普通一員，其全雙工數(shù)據(jù)的傳輸主要借助兩條線來(lái)加以完善的，這兩條線便是時(shí)鐘線（SCL）、數(shù)據(jù)線（SDA）。它在實(shí)質(zhì)上有別于傳統(tǒng)的并行總線，具備了以下6個(gè)優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；系統(tǒng)要得以擴(kuò)展的難度相對(duì)較??；其設(shè)計(jì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化；可維護(hù)性好；實(shí)現(xiàn)模塊化的過(guò)程相對(duì)容易；具有較高的可靠性。

一般情況下，完整的單片機(jī)系統(tǒng)中都包含了A/D轉(zhuǎn)換芯片。而在諸多A/D轉(zhuǎn)換元器件中，PCF8591的優(yōu)勢(shì)明顯，它具備了I C總線接口。與CPU之間的信息傳送過(guò)程中功能及作用的實(shí)現(xiàn)也相對(duì)簡(jiǎn)易，單靠數(shù)據(jù)線SDA、時(shí)鐘線SCL就能完成了?；趯?duì)以上各種因素的考量，可對(duì)PCF8591進(jìn)行采樣，將其作為轉(zhuǎn)換芯片使用。

2.4 顯示模塊的選型

考慮到AT89C51 單片機(jī)I/O口資源的局限性問(wèn)題，要使系統(tǒng)功能得以順利實(shí)現(xiàn)，就有必要將I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展。這一系統(tǒng)所用的動(dòng)態(tài)顯示器，其I/O口是得以擴(kuò)展的，具備了4個(gè)8位LCD 。而掃描的顯示，則通過(guò)程控開(kāi)關(guān)得以實(shí)現(xiàn)。其中，PA輸出的是字型碼，而PC口輸出的則是位選信號(hào)（也就是掃描信號(hào)）；與I/O 選通輸入線所對(duì)應(yīng)的接口是 P2.4口，而選線CE對(duì)應(yīng)的是P2.7 口。若是P2.4=1的同時(shí)， P2.7=0，此時(shí)選中8155 芯片內(nèi)三個(gè) I/O 口。

它具備了以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：功耗相對(duì)較低；超薄輕巧；體積較?。伙@示內(nèi)容相當(dāng)豐富，主要運(yùn)用于功耗較低的應(yīng)用系統(tǒng)以及袖珍型的儀表。除此之外，它的價(jià)格相當(dāng)?shù)土?，而性?xún)r(jià)比卻并不低?；谝陨细鞣N因素的考量，將LCD1602作為顯示芯片是一種理智的選擇。

3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的控制核心為STC89C52單片機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)了模塊的初始化，還實(shí)現(xiàn)了濕度檢測(cè)模塊；顯示和報(bào)警模塊；最小系統(tǒng)模塊；AD采樣模塊等功能。通過(guò)對(duì)各模塊的控制和協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)工作目標(biāo)。

本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：最小系統(tǒng)模塊、濕度檢測(cè)模塊、AD采樣模塊、顯示和報(bào)警模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

[1]解金耀.鄭文剛，王興成等.節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中溫濕度傳感器的選擇與應(yīng)用[J].節(jié)水灌溉，2004(5).

[2]馮磊.王一鳴，楊衛(wèi)中等.管式土壤水分傳感器的性能測(cè)試[J] .農(nóng)機(jī)化研究，2011，33（10）.