基于單片機的太陽能溫室智能滴灌系統設計

摘 要：溫室智能滴灌系統由太陽能電池板提供能量，系統以單片機AT89S52為控制芯片，利用SLHT5-1土壤濕度傳感器自動檢測土壤的相對濕度，再通過單片機進行信息處理，采用模糊控制法，經過A/D轉換，輸出控制信號，控制繼電器工作，從而控制水泵電源的通斷，完成按照植物生長要求自動澆水的工作，澆水方式采用最節水的滴灌技術。同時，系統還通過顯示屏及蜂鳴器對濕度進行顯示和報警等監控。

關鍵詞：太陽能；感器；片機；滴灌

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

隨著國家各級政府對農業生產的日益重視，各科研單位也在服務農業、促進農民增收等方面開展了許多研究。對農業生產中的各項問題也進行了廣泛調研。調研發現，園藝栽培、溫室花卉等的某些名貴品種，對土壤濕度有著極高的要求，土壤濕度不當時，不僅嚴重影響其正常生長，甚至會導致種植品死亡，造成嚴重經濟損失。為此，從事該類農業生產的人員非常需要一種成本低、體積小且檢測可靠的土壤濕度檢測儀，為水分供應提供依據。在現有的能源結構中，主要是石油，天然氣，煤炭等化石能源，是不可再生能源，并且這些能源非常有限。而太陽能作為一種新型能源無疑是一種環保、綠色的能源，而且是巨量的、可再生的能源。本文設計的太陽能溫室智能滴灌系統，可以實現根據需要自動澆水，從而確保植物能健康生長。

一、系統組成

該系統組要由太陽能供電電路、土壤濕度檢測電路、A/D轉換電路、按鍵、液晶顯示電路、報警電路、水泵控制電路及滴灌導管網絡組成。整個系統由太陽能電池板提供電能。通過土壤濕度傳感，器測量出土壤濕度信號，單片機采集土壤濕度信號并進行顯示、分析和處理，輸出控制信號，控制水泵工作與否，從而達到按需澆花的目的。

二、系統工作原理

由于不同的植物有不同的需水特性，澆灌時應適時適量，按需澆水。為此，系統采用模糊控制的方式達到精確澆水的目的。一方面，單片機采集土壤濕度信號，并通過計算判斷是否應該澆花；另一方面，單片機采用查表的方法來實現澆水量的模糊控制。在軟件設計時，根據不同植物的需水量，將其土壤濕度值允許區間存入表格中，即模糊控制響應表，這些數據均是人們長期積累的經驗值，并將表格事先置入ROM存儲區的某一位置中供查表使用。整個系統的能源由最綠色節能的太陽能電池板提供，電池板多存儲的電能經過變壓器，對單片機系統以及水泵電機分別提供能量。水泵外端所連接的是滴灌導管網絡，這樣一來，既可以節約用水，又能讓植物充分吸收水分來更好地生長。

三、系統硬件設計

（一）太陽能供電電路

太陽能供電電路由天陽能電池板，蓄電池，逆變電路，穩壓電路等組成。當單片機檢測到電池板的電壓符合標準時，開始給蓄電池充電；當輸出電壓不符合要求時，停止給蓄電池供電。蓄電池經過逆變，輸出220V交流電給水泵供電。同時，蓄電池經過穩壓電路，輸出5V穩定直流電源Vcc供單片機，顯示屏，傳感器等供電。

（二）濕度檢測電路

濕度檢測電路采用土壤溫濕度傳感器SLHT5-1。該傳感器采用全量程標定，兩線數字輸出，可直接與單片機連接使用，具有非常高的一致性，濕度測量范圍可達0～100%RH。可將探頭直接埋入土壤中，適合在工地、農業溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要檢測土壤溫濕度的環境使用。

（三）按鍵及顯示模塊

本設計采用LCD液晶顯示模塊，鍵盤采用獨立式按鍵，包括復位鍵、調節濕度范圍按鍵、啟動按鍵。通過對調節濕度范圍按鍵的調節，結合液晶顯示內容，確定土壤濕度限定。

（四）水泵控制電路

水泵控制電路中，三極管Q1的基極B接到單片機的P3.6，三極管的發射極E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到+5V電源VCC上；繼電器線圈兩端并接一個二極管IN4148用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產生的反向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管及干擾其他電路。

（五）滴灌導管網絡

在滴灌條件下水的有效利用率高，灌溉水濕潤部分土壤表面，可有效減少土壤水分的無效蒸發。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長。滴灌系統不產生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，非常省水。環境濕度低滴灌灌水后，土壤根系通透條件良好，將化肥加入水中，通過滴灌還可以實現化肥的高效利用以及解決不能均勻施肥的問題。使土壤水分處于能滿足作物要求的穩定和較低吸力狀態，灌水區域地面蒸發量也小，這樣可以有效控制保護地內的濕度，使保護地中作物的病蟲害的發生頻率大大降低，也降低了農藥的施用量。

（六）報警及指示電路

由于本系統通常應用在溫室中，維護人員可能比較忙，導致經常忘記系統是否正在運行，為了人員安全，為了不因干旱或者水分過多影響植物的正常生長，在系統中設置了報警及指示電路。在水泵未啟動時綠燈亮，當土壤濕度低于植物所需要水分最小值時。蜂鳴器報警水泵開始工作。通過對將測信號的處理，輸出控制信號來控制蜂鳴器的通斷。

四、結束語

本設計用太陽能電池板功能，采用AT89S52單片機作為控制芯片，并用滴灌方式澆水施肥，設計了一款智能溫室澆水系統。該系統根據土壤濕度來控制水泵的開啟與停止。采用模糊控制方式，控制澆水量的多少，即對土壤濕度進行實時監測，與設定好模糊控制響應表的濕度值進行比較，判斷澆水量是否符合標準，完全實現按需按量自動灌溉。系統根據不同植物的需水情況設置了不同的澆水量，開機后只需設置好濕度范圍，便能夠自動控制澆水。

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[作者簡介]崔洪超（1992.07-），黑龍江齊齊哈爾人，本科在讀，研究方向：自動化。