智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

姚瑞來

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，中國(guó)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域不斷擴(kuò)張。目前已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)第一大國(guó)，而人工操作已經(jīng)不能滿足目前的工作需要，所以智能灌溉系統(tǒng)的出現(xiàn)，能更好地解決勞動(dòng)生產(chǎn)力等問題，此次設(shè)計(jì)的智能灌溉系統(tǒng)由四部分組成：核心控制模塊、外部傳感器模塊、開關(guān)控制模塊、顯示模塊。此系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土地濕度，還可以控制水泵自動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌功能。

關(guān)鍵詞：智能灌溉;濕度檢測(cè);單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP368.1;S274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.033

1 設(shè)計(jì)背景

我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，一直使用的灌溉方式為大水漫溉，但是這并不是一種很好的灌溉方式，首先使用大水漫溉的方式并不能使土壤中濕度適中，所以并不能保證菜地的所有蔬菜水果都享受到合適的土壤濕度;其二該方式會(huì)對(duì)菜地的植物造成水流的沖刷傷害，大大減少菜地的產(chǎn)量;其三大水漫溉的灌溉方式會(huì)浪費(fèi)大量的水資源。我國(guó)是一個(gè)缺水大國(guó)，所以一個(gè)可以更好實(shí)現(xiàn)灌溉功能的智能灌溉系統(tǒng)，是我們國(guó)家在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上所需要的。

2 設(shè)計(jì)原理

為了解決灌溉問題，通過問題探討，最終將智能灌溉系統(tǒng)劃分為四部分：核心控制模塊、外部傳感器模塊、開關(guān)控制模塊、顯示模塊，其中為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了兩種不同的工作模式：定時(shí)工作模式、智能工作模式。核心芯片的選擇上采用了52系列的單片機(jī)，因其具有良好的穩(wěn)定性、價(jià)格合理、操作簡(jiǎn)單、方便維修等特點(diǎn)，一直被工程上所使用。外部傳感器部分采用了土壤濕度監(jiān)測(cè)傳感器，該傳感器可以監(jiān)測(cè)土壤中的水分含量并將數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)。顯示部分使用了LCD顯示屏，該模塊上會(huì)顯示出當(dāng)前土壤濕度和當(dāng)前設(shè)定濕度。開關(guān)控制部分使用了電磁閥與繼電器，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)置濕度的時(shí)候，開關(guān)電路就會(huì)接通電磁閥，電磁閥會(huì)打開水泵或水箱開關(guān)，實(shí)現(xiàn)灌溉功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，使用了STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制芯片，濕度監(jiān)測(cè)使用了DHT11土壤濕度監(jiān)測(cè)模塊，顯示部分使用了LCD1602顯示屏，灌溉部分包含電磁閥、繼電器、水箱和噴頭。

3.1 STC89C52單片機(jī)

STC89C52單片機(jī)是一款性能強(qiáng)大、容易使用的控制芯片，其8位的數(shù)據(jù)類型剛好滿足于此次設(shè)計(jì)的智能灌溉系統(tǒng)，該芯片因操作簡(jiǎn)單、方便維修等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，芯片配有最小系統(tǒng)、高頻晶振，可以更好地保證系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定。

3.2 DHT11濕度監(jiān)測(cè)模塊

在土壤濕度檢測(cè)上，使用了DHT11濕度傳感器。該傳感器具有精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、體積小等特點(diǎn)。濕度監(jiān)測(cè)范圍為0～100% 土壤相對(duì)濕度，監(jiān)測(cè)后數(shù)據(jù)通過 A/D 轉(zhuǎn)換并傳送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)是否需要灌溉進(jìn)行判斷。

3.3 顯示模塊

輸入顯示模塊采用了LCD1602顯示屏，該顯示屏用于對(duì)檢測(cè)到的土壤濕度的顯示。

3.4 灌溉模塊

灌溉部分電路中使用了繼電器和電磁閥。通過利用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的控制，并將繼電器與開關(guān)電源及電磁閥串聯(lián)，最后通過單片機(jī)引腳控制繼電器銜鐵的吸合與釋放，從而控制電磁閥的通斷。

3.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)控制，將控制部分分為智能控制模式和手動(dòng)控制模式。在智能控制模式中，單片機(jī)會(huì)控制濕度傳感器對(duì)土壤進(jìn)行實(shí)時(shí)濕度檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)通過AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)送至控制芯片，控制芯片會(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷是否需要進(jìn)行澆水操作。在手動(dòng)控制模式中，用戶可以直接控制按鍵對(duì)土壤進(jìn)行灌溉。

4 總結(jié)

此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用戶可以通過LCD顯示屏了解當(dāng)前土壤的濕度情況。該系統(tǒng)中自動(dòng)、手動(dòng)控制的結(jié)合，極大地提高了灌溉工作效率，并減少了傳統(tǒng)灌溉方式的資源浪費(fèi)，同時(shí)也避免了由于忘記澆水而引發(fā)植物死亡的情況，極大地降低了植物在種植及管理過程中的成本消耗。

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