農林灌溉自動控制系統設計

摘 要：水資源短缺的現象日益嚴重，科學有效地利用水資源是當務之急。農林灌溉自動控制系統，利用單片機AT89C52和土壤濕度傳感器等組成控制電路，可以根據不同的農林作物的類型，選擇不同的澆灌周期、澆灌水量、澆灌方式等進行自動澆灌，實現對水量的精確控制，避免人為澆灌造成的水資源嚴重浪費的現象。

關鍵詞：農林灌溉；AT89C52；土壤濕度；傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.245

隨著人口的增長及人均收入的增加，人們對水資源的消耗量不斷增長，世界性近年來，中國的經濟高速發展，水資源的消耗更是大幅增長，而中國是一個嚴重干旱的國家，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一，節約用水，珍惜水資源，正在引起人們的重視，但在工業、農業等方面，水的浪費現象卻依然很嚴重。比如，在農業灌溉方面，水資源的利用率極低，有的地方仍然在采用原始的漫地澆灌的方式，這種做法使水的有效利用率低，嚴重浪費水資源。利用傳感器和單片機技術實現對農作物的自動澆灌，可以根據需要準確控制水量進行澆灌，避免人為澆灌對水量控制不準，造成澆水過量或澆水不足的現象，保證對水資源的有效利用；通過合理的程序設計，可以滿足不同種作物，不同場合澆灌的需要。

1 系統主要功能及物理模型設計

1.1 系統主要功能設計

根據農作物的澆灌特點，我們主要設計了以下功能：

（1）定時澆水周期控制：根據不同的植物、不同的地區氣溫和溫度，可選擇不同的澆水周期；

（2）水量控制：根據不同的澆灌對象選擇不同的水量；

（3）對多個對象實現逐一澆水：澆灌系統對多個澆灌對象自動切換，逐一澆水；

（4）澆灌方式選擇：可根據需要選擇水管或噴灑的方式，對植物的根部、葉部進行澆水；

（5）土壤濕度控制：每次澆灌前自動進行土壤濕度檢測，當下雨使土壤達到農作物需要的濕度不需要進行澆灌時，不啟動澆灌程序，而檢測到土壤低于要求的濕度時啟動澆灌程序；

（6）作業語音提示：作業中語音提示，可以告知人們澆灌機的作業情況，使管理更為人性化；

（7）有停電、來電語音提示，以便管理人員采取應對管理員措施；

（8）夜間彩燈指示：夜幕降臨時，該系統彩色指示燈會自動亮起，以方便管理人員監測系統工作狀態。

1.2 系統物理模型設計

系統主要由水泵、控制水箱、球閥、輸水管、水位控制裝置等組成，先用水泵將水抽到控制水箱里，通過程序控制打開相應的電磁閥向需要水的目標澆灌，當澆灌的水量達到設定值時該電磁閥關閉，同時，程序控制打開另外的電磁閥進行下一路澆灌。當水位檢測裝置檢測到水箱里水位不夠時，水泵工作，向水箱里注水，當水位達到設定的上限時，水泵停止工作。

2 系統設計

2.1 控制方案選擇

該控制系統可選擇PLC控制技術，也可采用以單片機為主控單元的控制系統。PLC進行控制的優點是抗干擾能力強，可靠性好，但成本高不利于大面積推廣；采用單片機控制，其優點是制作成本和維修成本都很低，且使用靈活，易于讓消費者接受和大面積推廣大面積推廣。因此，該設計方案采用以單片機AT89C52為主控單元的控制系統。

2.2 硬件控制電路設計

控制電路采用AT89C52為主控單元。

用SWR2型土壤水分傳感器檢測土壤濕度，檢測數據經A/D轉換器芯片TLC549進行轉換后送給單片機進行分析處理。SWR2型土壤水分傳感器的特點是測量精度高，響應速度快，土質影響較小，適用地區廣泛，密封性好，可長期埋在土壤中使用，不受腐蝕，適合農田、水利等水份的埋測，且價格低廉。

SWR2型土壤水分傳感器的主要性能指標，工作電壓4.5～5.5VCD，典型值5.5VCD，工作電流50～70mA， 典型值60mA，輸出信號0～2，5V，電纜標準長度5m，最長20m，探針材料銹鋼，強度大，不易折斷，密封材料采用ABS工程塑料，外形尺寸Φ50×115mm，工作溫度-50～50℃。

2.3 系統程序設計

根據不同的農林作物對土壤濕度的要求，設定相應的濕度值，程序每次啟動前，要首先檢測土壤濕度，如達到設定值，程序不啟動，如未達到設定值，選擇合適的周期和水量，啟動程序進行澆灌。

根據所管理的農林作物的地塊和面積的多少，設置多路澆灌，對每路澆灌作物的不同，選擇不同的給水量，用時間來設定，程序檢測澆灌的時間，達到設定時間后，完成該地塊的澆灌，關閉該路控制球閥，打開下一路控制球閥，進行下一路的澆灌，如此循環，完成需要澆灌的所有目標。

3 結論

該控制系統使用靈活、方便，可通過多個球閥的并聯，實現幾路到任意多路地塊或作物的澆灌，通過多個球閥的串聯，向遠處延伸；通過程序設計，實現多種流量的選擇和不同周期的選擇；可用水管進行根部澆灌，也可通過在水管的端部安裝噴頭進行葉部的噴灑；且成本低，結構簡單，安裝方便，不僅實現了對水資源的有效、合理、科學地利用，又可以讓人們從繁重的體力勞動中解放出來。該系統可廣泛應用于農業、園林、花草等領域，具有廣泛的推廣前景。

參考文獻：

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[2]戴永貴.C語言程序教程[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]金發慶.傳感器技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2011.

作者簡介：王和平（1958-），女，河北平泉人，本科，教授，主要從事：電工電子技術和自動控制技術的教學和科研工作。