張娣 曲子謙 羅文濤

摘? 要： 近年來，人們的節(jié)水思想發(fā)生巨大變化，針對灌溉這一技術(shù)的要求也越來越高。為了找尋一種智能化、易控制和不造成水資源浪費的更高效的灌溉技術(shù)，新的智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)迫在眉睫。本文所計劃的智能灌溉系統(tǒng)是基于STC89C52單片機，操縱DHT11溫濕度傳感器收集溫度、濕度和關(guān)于植物的相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行收集和處置后，按照數(shù)據(jù)對農(nóng)作物進行相應(yīng)的智能灌溉，以便充分發(fā)揮智能灌溉系統(tǒng)的作用。

關(guān)鍵詞： 智能灌溉系統(tǒng);單片機;傳感器

【Abstract】： In recent years， great changes have taken place in people's thinking of water saving， and the requirements for irrigation technology are getting higher and higher. In order to find a more efficient irrigation technology with intelligence， easy control and no waste of water resources， the design and implementation of new intelligent irrigation system is urgent. The intelligent irrigation system planned in this paper is based on STC89C52 single-chip microcomputer， which manipulates the DHT11 temperature and humidity sensor to collect temperature， humidity and related data about plants. After collecting and disposing the data， the crops are irrigated according to the data， so as to give full play to the role of the intelligent irrigation system.

【Key words】： Intelligent irrigation system; Single chip microcomputer; The sensor

0? 引言

水作為人們的生產(chǎn)生活基礎(chǔ)，起著特別重要的作用。中國自古以來就是一個農(nóng)業(yè)大國和人口大國，水資源嚴重缺少是我國的基本國情，我國每個人擁有的水資源大約只有世界每個人的1/4，但是我國的用水量最多，而且農(nóng)業(yè)用水占我國用水量的一半以上，因此，提高水資源的利用率，對解決我國的農(nóng)業(yè)澆灌用水和緩解水資源短缺有著非常重要的作用[1]。

針對這一情況，基于單片機的智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計是我國施行可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量的必要措施。智能灌溉系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，可以大幅度提高農(nóng)作物的生長效率，有效的節(jié)約水資源，使灌溉更加科學、合理。

1? 智能灌溉系統(tǒng)的組成部分

智能灌溉系統(tǒng)的硬件部分首要由單片機核心控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、閥門控制模塊、供電模塊、報警模塊等構(gòu)成，此中硬件計劃的電路圖如圖1。單片機核心控制模塊首要由STC89C52單片機完成;數(shù)據(jù)采集模塊通過DHT11溫濕度傳感器來完成，其中A/D轉(zhuǎn)換器也起到很大部分作用：數(shù)據(jù)顯示模塊將數(shù)據(jù)表現(xiàn)到LCD1602液晶顯示屏上;報警模塊由LED燈和蜂鳴器構(gòu)成。

基于單片機的智能灌溉系統(tǒng)的硬件設(shè)計如圖2。

1.1? 數(shù)據(jù)采集

本體系使用DHT11溫濕度傳感器，其中包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高指標8位單片機連接[2]。供電電壓為3-5.5 V，溫濕度數(shù)據(jù)的收集經(jīng)由過程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能來實現(xiàn)。

1.2? 電路控制

為了克服STC89C52單片機在實際操作過程中因容易受到外來因素的干擾而出現(xiàn)的一系列問題，需要為單片機系統(tǒng)配置一個較為穩(wěn)定的電源模塊。此體系是操縱兩個電源接口來接通外部電源。

1.3? 數(shù)據(jù)顯示

體系將收集到的信息通過STC89C52單片機處理后，經(jīng)由A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)表現(xiàn)到LCD1602液晶顯示屏上，也可以表現(xiàn)出環(huán)境的溫濕度。

1.4? 系統(tǒng)報警

當外界溫濕度條件超出或低于用戶設(shè)置的上下限值時，系統(tǒng)的LED燈亮，蜂鳴器報警，實現(xiàn)自動灌溉。當外界條件滿足用戶設(shè)置的上下限值時，系統(tǒng)不發(fā)生報警。

2? 智能灌溉系統(tǒng)的元器件選擇

2.1? STC89C52單片機

STC89C52單片機是STC公司制造的一種低耗能、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器[3]。其典范參數(shù)以下所示：512字節(jié)RAM，4個8位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部間斷，全雙工串行口，適用電壓電壓3–5.5 V，工作頻率0–40 MHz[4]。

2.2? A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換包括量化和編碼兩個過程，量化是將模擬信號量程分成許多離散量化級別，再確定輸入信號所屬的量化級別，編碼是給量化級別分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號相對應(yīng)的代碼[5]。最一般的碼制是二進制，它有2的n次方個量級（n為位數(shù)），可以按照順序一個一個編號，模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法比較多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法[6]。

2.3? DHT11溫濕度傳感器

本系統(tǒng)通過DHT11溫濕度傳感器對溫濕度數(shù)據(jù)進行收集。該種傳感用具具有價格低、穩(wěn)定性強等長處。它的的工作電壓為3–5.5 V，平均工作電流為0.2 mA，其較寬的溫濕度檢測規(guī)模和適合的精度值可以達到體系檢測的要求。過程中的各個參數(shù)通過改變和控制，可以調(diào)整其采樣的效率和采樣精度，而且將采集到的錯誤數(shù)據(jù)進行控制處理，就會達到比較精確的測量目標將采集到的錯誤數(shù)據(jù)進行控制處理[7]。其電路連接圖如圖3。

2.4? LCD1602液晶

該液晶屏首要是用于表現(xiàn)溫度和濕度的數(shù)值，從而在性價比上斟酌，選擇了LCD1602字符式顯示器，該顯示器的表現(xiàn)容量是16×2個字符，帶I2C模塊LCD1602眥連到焦點芯片STC89C52單片機，它具備多種長處。液晶顯示屏的電路設(shè)計如圖4。

2.5? LED燈和蜂鳴器

通過設(shè)置溫濕度的上下限報警范疇，可以通過溫濕度的轉(zhuǎn)變控制閥門的閉合。當濕度低于下限值時，打開閥門自動進行抽水澆灌，同時LED燈亮，蜂鳴器報警;當濕度高于上限值時，主動關(guān)閉閥門再不進行澆灌。當溫度高于上限值時，打開閥門舉行抽水主動澆灌，同時LED燈亮，蜂鳴器報警;當溫度低于下限值時，閥門會主動關(guān)閉并且體系會中斷澆灌。

3? 智能灌溉系統(tǒng)的軟件設(shè)計

起先根據(jù)體系所要實現(xiàn)的功效和計劃體系功效的道理，寫出一個程序流程圖，并且編寫程序代碼。從接通電源后開始，相應(yīng)的利用代碼對外界溫濕度數(shù)據(jù)的進行采集，通過傳感器編寫的代碼將數(shù)據(jù)顯示到液晶顯示屏上。然后將收集到的數(shù)據(jù)與管理員設(shè)定的數(shù)據(jù)進行相比，判斷是不是有必要舉行澆溉。不滿足外界前提時，會實現(xiàn)體系報警功效，實現(xiàn)適應(yīng)外界條件的灌溉。程序流程圖如5所示。

4? 結(jié)語

聯(lián)系我國的基本國情，針對水資源欠缺這一基本問題，根據(jù)單片機設(shè)計的智能灌溉系統(tǒng)，利用溫濕度傳感器進行數(shù)據(jù)的采集，使用閥門控制水量，以及液晶顯示屏進行數(shù)據(jù)的顯示，最后通過LED燈和蜂鳴器實現(xiàn)相應(yīng)的報警功能，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)水灌溉功能，并在其他灌溉方面起到重要作用。

參考文獻

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[2]劉彥賓， 李麗瓊. 溫濕度控制器的設(shè)計. 無線互聯(lián)科技， 2016.

[3]韓竺秦， 牛王元， 李玉華， 耿靖宇. 基于STC89C52的太陽能追蹤系統(tǒng)設(shè)計. 電子質(zhì)量， 2016.

[4]謝彤. 基于單片機的溫室智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn). 安徽農(nóng)業(yè)科學， 2013， 41（18）， 8048-8049+8068.

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[7]陳曦， 董玉華， 楊姚， 等， 王宇航.基于STM32的智能植物照料系統(tǒng)設(shè)計. 智能計算機與應(yīng)用， 2018， 8（4）， 153-156.