苗圃大棚自動灌溉控制系統的設計

顧光旭++李家榮

摘 要：設計了一種成本較低、集溫室大棚環境監控和自動灌溉于一體的監測與控制系統。該系統利用AT89C51單片機實現對溫室環境參數的實時檢測，并根據實時數據和控制模型對溫室通風、滴灌等系統進行控制，使溫室內濕度環境參數處于設定值之間。通過分析智能灌溉系統的設計需求，完成了系統全部的軟、硬件設計，并進行了系統仿真，實現了預期的設計目標。

關鍵詞：苗圃大棚；自動灌溉控制系統；AT89C51單片機；系統仿真

中圖分類號：S626 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.016

隨著溫室大棚規模的不斷擴大和種植品種的日趨多樣化，人們對溫室大棚的灌溉提出了更高的要求，以往的人工灌溉方式在人力成本和時間上都顯示出了極大的局限性。為此，本文設計了一種成本較低、集溫室大棚環境監控和自動灌溉于一體的監測與控制系統。該系統控制精度高、成本低、易于實現，具有很高的實用價值。

1 系統總體設計方案

苗圃大棚自動灌溉控制系統總框圖如圖1所示。系統的硬件電路主要由AT89C52單片機電路、濕度傳感器SHT11電路、電源電路、鍵盤輸入電路、液晶顯示電路、驅動電路、步進電機電路等組成。

圖1 苗圃大棚自動灌溉控制系統總框圖

選用單片機AT89C51芯片作為控制系統的核心，用C語言編程，用濕度傳感器SHT11采集農田土壤濕度值，將按鍵電路輸入設定的濕度值作為參考，比較參考值與實時測得的濕度值，傳感器通過I2C總線與單片機通信，由此決定是否啟動步進電機灌溉農田，從而實現對土壤濕度的自動控制，起到高效灌溉、節水、節能的作用。

2 系統的軟件設計

苗圃大棚自動灌溉控制系統由主程序、讀取并處理傳感器數據程序、1602實時顯示數據程序、鍵盤掃描程序和步進電機驅動程序組成，具體如圖2所示。

苗圃大棚自動灌溉控制系統的主程序流程圖如圖3所示。首先使濕度傳感器SHT11復位，并初始化顯示屏LCD1602；然后測量土壤濕度，根據實際需要設定系統的下限值，并與測得的數據比較：如果測得的數據比設定值大，則不需要啟動步進電機；如果測得的數據比設定值小，則需要啟動電機灌溉。

3 系統仿真

Keil C51軟件是51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，Proteus軟件是電子設計自動化工具軟件。本文采用Proteus7.5和Keil C51軟件對系統進行仿真。

苗圃大棚自動灌溉控制系統仿真電路圖如圖4所示。系統可以通過獨立按鍵設置濕度的下限（0～99%），并通過LCD1602顯示器實時顯示濕度值。當所測濕度值低于設定濕度值時，系統自動啟動驅動設備灌溉。

開機運行后，LCD1602顯示器上的讀數“Hum”表示當前濕度傳感器測出的農田實時濕度信息。如圖5所示，當前顯示濕度值為39%，“50-99”為設定的灌溉閾值，“50”為通過按鍵設定的下限值。此時，實際濕度值低于警戒值，單片機自動啟動步進電機灌溉，如圖6所示。

如果將灌溉下限閾值最低濕度值設定為25，如圖7所示，而農田實時濕度值為39%，此時，實時濕度值大于設定的濕度下限值，則步進電機不工作，如圖8所示。

通過分析系統仿真情況可知，設計的苗圃大棚自動灌溉控制系統達到了預期的設計要求。

4 結論

通過系統仿真驗證了設計的苗圃大棚自動灌溉控制系統可以對

土壤的濕度進行自動檢測和控制。該系統以AT89C51單片機為主控元件，將接收到的實時濕度數據與單片機內存的數據進行比較，如果接收的數據低于設定的數值，則需要啟動步進電機灌溉；如果接收到的數據高于設定的數值，則不需要啟動步進電機灌溉。

圖8 濕度高于設定值時的電機工作狀態

參考文獻

[1]景東升.單片機自動灌溉控制系統研究、設計及應用[D].北京：北京農業工程大學，1994.

〔編輯：劉曉芳〕