作物自動灌溉控制系統的設計與實現

唐娟　黃利強　姜新宇

摘要 針對農業生產中智能灌溉和遠程自動化的需求，設計并研發了一套基于單片機控制的自動灌溉系統，該系統可對土壤墑情進行監測，對作物進行適時適量自動灌溉。并可利用GSM模塊以手機短信等形式將需求信息發送給管理人員，管理人員可遠程向單片機發送指令，實現灌溉。初步試驗表明，系統穩定可靠，能準確采集土壤墑情信息，實現遠程自動灌溉控制。

關鍵詞 灌溉系統；遠程自動化；GSM

中圖分類號 S277.9+9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）15-0157-02

在作物生長過程中，不同作物及同種作物在不同生長時期對水的需求量都會不同，不合理的灌溉時間和灌水量不僅會影響作物的產量，而且還會不同程度地影響農產品的質量。因此，合理灌溉是作物生長的重要環節。隨著現代化農業的不斷發展和改善，合理采用自動化程度較高、經濟、高效的灌溉系統，不僅可以提高水資源利用率，達到節約用水的目的，而且還可以提高作物的質量和產量，從而對農業現代化建設也起到一定的促進作用。本文設計了一種基于單片機及GSM一體的自動灌溉控制系統，能夠實現對作物的遠程定時、定量灌溉，具有重要的社會意義及應用前景。

1 系統總體設計

本系統由信息采集模塊、單片機控制模塊及無線通訊模塊構成，如圖1所示。由土壤濕度傳感器實時采集該地塊的土壤墑情，單片機將此數據進行分解、處理和分析后實現定時、定量灌溉；并對泵房內的設備進行自動控制，同時關閉布置在農田中的電磁閥。通過無線數傳模塊可實現用戶與現場設備的遠程人機交互，用戶可通過 GSM 網絡向控制器下發控制命令，控制水泵[1-2]。

2 硬件設計與實現

2.1 信息采集模塊

采用帶有靈敏度調節電位器四線制FC-28土壤濕度傳感器作為信息采集模塊的核心，其內部集成有電位器，可通過電位器對土壤濕度的閾值進行調節，也可以通過軟件補償的方式對該功能進行控制。表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應面積，可以提高導電性能，防止接觸土壤導致生銹，從而延長使用壽命。具有數字量與模擬量雙輸出模式，內置具有強穩定性的LM393比較器，集成有電源指示燈和數字量開關指示燈，工作電壓3.3～5.0 V。其內部模塊電路如圖2所示[3]。

2.2 單片機控制模塊

該模塊可設定自動模式及手動模式。土壤濕度信息通過ADC0832進行A/D轉換，將信號送入STC89C52單片機進行分析。在自動模式設置情況下，則該值與設定值上、下限值相比較，若低于下限值，則單片機發出控制信號，啟動電機，進行灌溉；若高于上限值時，關閉電機，停止灌溉，實現灌溉設備的自動運行。在手動模式設置情況下，則按照設定好的程序實現定時定量灌溉，并實時將土壤濕度值顯示，以達到對土壤墑情實時監測的目的[4]。

傳感器、A/D轉換與單片機的連接如圖3所示。單片機采用STC89C52，自帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器，可以反復擦除100次，4個8位并行I/O接口，2個16位的定時器、計數器，中斷控制系統以及片內振蕩器和時鐘產生電路。A/D轉換使用ADC0832，是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內部有1個8通道多路開關，可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的1個進行A/D轉換，是目前國內應用最廣泛的8位通用A/D芯片。

2.3 無線通訊模塊

GSM模塊選用Siemens公司的TC35i，可以很好地完成短消息收發、數據和語音通信。TC35i與GSM 2/2+兼容、雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數據口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，可提供標準的AT命令接口。

GSM與單片機之間采用串口通信的方式，與單片機的 TX、RX連接，如圖4所示。

3 軟件設計

按用戶設定的自動或手動的工作模式，系統進入相應程序。在自動模式下，定時檢測土壤濕度，實時顯示，按用戶提前設定的時間啟動水泵進行定量灌溉；在手動模式下，用戶可隨時用手機發送短信給 GSM模塊，查詢實時濕度，發送指令啟動灌溉設備，當濕度超過限定值時，GSM模塊自動發送報警短信，提醒用戶及時灌溉。系統主程序如圖5所示。

4 結語

本系統以STC89C52單片機為核心，使用濕度傳感器實時檢測土壤墑情，實現定時定量灌溉的自動控制。通過GSM模塊，及時發送墑情報警信息，用戶可以通過手機短信實現遠程灌溉控制。本系統完成了系統的硬件電路設計、軟件程序編寫。本系統可以用于家庭花卉種植、溫室作物墑情控制等方面，成本低、實用性和可操作性強，有一定的應用價值[5-6]。

5 參考文獻

[1] 蔡義華，劉剛，李莉，等.基于無線傳感器網絡的農田信息采集節點設計與試驗[J].農業工程學報，2009（4）：176-178.

[2] 唐海弢，陳天華，鄭文剛.土壤墑情監測預報技術研究進展[J].灌溉排水學報，2011（29）：140-142.

[3] 聶晶，岑紅蕾.精準滴灌施肥自動控制系統的研究與實現[J].節水灌溉，2011（1）：57-61.

[4] 陳磊，許燕，李建軍，等.基于WSN和GSM的智能灌溉控制系統設計與實現[J].農機化研究，2017（3）：175-180.

[5] 王語園，孔育琴.基于單片機的大棚智能節水灌溉系統設計[J].科技創新與應用，2016（12）：50-51.

[6] 廖 雄，羅正華，唐毅謙，等.基于GSM短消息的遠程溫度監控系統的設計與實現[J].成都大學學報（自然科學版），2017（3）：70-72.endprint