智能灌溉系统的设计

    姚瑞来

    

    摘 要：随着时代的发展，中国的农业领域不断扩张。目前已经成为农业第一大国，而人工操作已经不能满足目前的工作需要，所以智能灌溉系统的出现，能更好地解决劳动生产力等问题，此次设计的智能灌溉系统由四部分组成：核心控制模块、外部传感器模块、开关控制模块、显示模块。此系统不仅可以实时监测土地湿度，还可以控制水泵自动开关实现自动浇灌功能。

    关键词：智能灌溉;湿度检测;单片机

    中图分类号：TP368.1;S274.2 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.033

    1 设计背景

    我国农业领域，一直使用的灌溉方式为大水漫溉，但是这并不是一种很好的灌溉方式，首先使用大水漫溉的方式并不能使土壤中湿度适中，所以并不能保证菜地的所有蔬菜水果都享受到合适的土壤湿度;其二该方式会对菜地的植物造成水流的冲刷伤害，大大减少菜地的产量;其三大水漫溉的灌溉方式会浪费大量的水资源。我国是一个缺水大国，所以一个可以更好实现灌溉功能的智能灌溉系统，是我们国家在农业领域上所需要的。

    2 设计原理

    为了解决灌溉问题，通过问题探讨，最终将智能灌溉系统划分为四部分：核心控制模块、外部传感器模块、开关控制模块、显示模块，其中为保证系统的稳定性，采用了两种不同的工作模式：定时工作模式、智能工作模式。核心芯片的选择上采用了52系列的单片机，因其具有良好的稳定性、价格合理、操作简单、方便维修等特点，一直被工程上所使用。外部传感器部分采用了土壤湿度监测传感器，该传感器可以监测土壤中的水分含量并将数据发送至单片机。显示部分使用了LCD显示屏，该模块上会显示出当前土壤湿度和当前设定湿度。开关控制部分使用了电磁阀与继电器，当土壤湿度低于设置湿度的时候，开关电路就会接通电磁阀，电磁阀会打开水泵或水箱开关，实现灌溉功能。

    3 系统设计

    在系统的硬件设计中，使用了STC89C52单片机作为系统控制芯片，湿度监测使用了DHT11土壤湿度监测模块，显示部分使用了LCD1602显示屏，灌溉部分包含电磁阀、继电器、水箱和喷头。

    3.1 STC89C52单片机

    STC89C52单片机是一款性能强大、容易使用的控制芯片，其8位的数据类型刚好满足于此次设计的智能灌溉系统，该芯片因操作简单、方便维修等特点被广泛应用于各个工业领域，芯片配有最小系统、高频晶振，可以更好地保证系统时钟的稳定。

    3.2 DHT11湿度监测模块

    在土壤湿度检测上，使用了DHT11湿度传感器。该传感器具有精度高、稳定性强、体积小等特点。湿度监测范围为0～100% 土壤相对湿度，监测后数据通过 A/D 转换并传送给单片机，单片机接收到数据后，对是否需要灌溉进行判断。

    3.3 显示模块

    输入显示模块采用了LCD1602显示屏，该显示屏用于对检测到的土壤湿度的显示。

    3.4 灌溉模块

    灌溉部分电路中使用了继电器和电磁阀。通过利用开关电源实现对电磁阀的控制，并将继电器与开关电源及电磁阀串联，最后通过单片机引脚控制继电器衔铁的吸合与释放，从而控制电磁阀的通断。

    3.5 系统软件设计

    在系统软件设计中，为实现自动、手动控制，将控制部分分为智能控制模式和手动控制模式。在智能控制模式中，单片机会控制湿度传感器对土壤进行实时湿度检测，并将数据通过AD转换电路发送至控制芯片，控制芯片会对接收到的数据与设定数据进行对比，判断是否需要进行浇水操作。在手动控制模式中，用户可以直接控制按键对土壤进行灌溉。

    4 总结

    此次系统设计中，用户可以通过LCD显示屏了解当前土壤的湿度情况。该系统中自动、手动控制的结合，极大地提高了灌溉工作效率，并减少了传统灌溉方式的资源浪费，同时也避免了由于忘记浇水而引发植物死亡的情况，极大地降低了植物在种植及管理过程中的成本消耗。

    參考文献：

    [1] 郑毛祥.单片机应用基础（第1版）[M].北京：人民邮电出版社，2007：8-10.

    [2] 冯成龙.刘洪恩.传感器应用技术[M].北京：清华大学出版社，2009：22.

    [3] 靳桅.基于51系列单片机的LED显示屏开关技术（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.