基于51單片機的溫濕度自動感應的灌溉系統

李蘊祎　陸海南　陳玉香　李世偉

【摘 要】目前使用廣泛的灌溉系統多為人工控制灌溉系統，不僅易造成資源浪費，還可能因澆灌或停止澆灌不及時導致農作物枯死或溺亡，造成極大的經濟損失。針對這一問題，本項目將實現一個溫濕度自動感應的智能灌溉系統。本系統由服務器端、傳感器端和移動手持設備端三部分組成。利用溫濕度傳感器，實時測量作物田的溫濕度變化并據此改變灌溉強度，用戶可通過移動手持設備遠程監測灌溉情況，也可自由進行人為修改，實現良好的人機交互功能。

【關鍵詞】溫濕度感應；傳感器；嵌入式系統

0 引言

我國雖是沿海大國，卻仍是一個缺水大國，尤其在水資源普遍匱乏的當代，合理利用水資源尤為重要。就我國現狀而言，水資源濫用現象主要集中在農作物灌溉上。政府雖大力引進國外先進的灌溉技術，但其成本較高，結構框架復雜，只局限應用于一些大型農場或科研機構，無法從根本上解決水資源濫用現象 基于這一現象，我們設計實現了溫濕度自動感應的可視多功能灌溉系統，將視頻監控技術，傳感器特性及自動控制技術相結合，對土壤溫濕度進行實時測量，判斷土壤狀態，智能控制水閥開關，以最低的功耗，合理解決水資源利用問題。

1 系統設計

1.1 需求分析

目前的人工灌溉系統由于難以實時監控溫濕度和作物情況，導致灌溉時間過長，既影響了作物生長，又浪費大量水資源。針對這一現象，本課題利用嵌入式系統與傳感器技術，結合智能手持設備，實時監控農作物生長情況進行合理灌溉。

當系統開始運行時，溫濕度傳感器根據設定的檢測頻率以一定時間間隔檢測溫濕度，并將其傳送至控制端口，與預設值對比，若不滿足預設值，則進行相應的操作。同時用戶可以通過移動手持設備實時監控灌溉情況。

1.2 系統硬件架構

此次設計以AT89C51單片機為控制系統的處理核心，溫濕度傳感器SHT10通過單片機將溫濕度傳送至控制端口及顯示終端如移動設備及液晶顯示屏，若溫濕度不符合預設值，則警報模塊相應，并控制水閥進行相應的開關操作。

2 電路設計

本溫濕度感應自動灌溉系統從硬件角度可分為單片機最小系統模塊、顯示模塊、執行灌溉模塊，數據采集模塊，報警模塊，液晶顯示模塊。

數據采集模塊：溫濕度傳感器SHT10，測濕精度±45%RH，測溫精度±0.5℃（25℃）。

顯示模塊：LCD1602是兩行16字符型液晶顯示屏，顯示亮度高，且可顯示內容豐富。

主控制器：AT89C51支持ISP在線可編程寫入技串行寫入，速度快。

主控模塊：主要由單片機最小系統和4個操作按鍵組成。

警報模塊：本設計采用蜂鳴器來作為報警電路。蜂鳴器是一個電聲轉換器件，他把電信號轉換成聲音信號。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型，本實驗選用了壓電式的蜂鳴器。當外部環境的溫度或者濕度超過預設值的時候，基級變為低電平，蜂鳴器導通鳴叫。

繼電器模塊：本實驗中選用無觸點通斷電子開關的交流固態繼電器。優點在于體積小、重量輕、工作頻率高、穩定可靠、控制開關速度快、壽命長等。

本溫濕度感應自動灌溉系統從硬件角度可分為單片機最小系統模塊、執行灌溉模塊，數據采集模塊，報警模塊，液晶顯示模塊。

其中單片機模塊為核心模塊，主要通過STC89C51芯片的各個端口控制其他各個模塊，構成一個整體，實現功能。溫濕度采集模塊用于在實驗時對溫濕度進行實時檢測，且根據SHT10的數字一體性及其集成了模數轉換等模塊的特點，可直接連接單片機，當其采集完數據后，實時傳送給單片機；LCD液晶顯示模塊直接連接單片機，當單片機將收到的信號進行處理后，將采集到時溫濕度實時數據送給顯示屏顯示。報警模塊主要指將蜂鳴器接入單片機電路，通過對時時溫濕度的檢測，與所給定的溫濕度區間比較，實現越限報警并啟動相應的溫濕度調節。

3 軟件設計

采用中斷方式進行溫濕度數據的采樣，首先打開定時器，定時一段時間后產生中斷，傳感器相應中斷開始測量數據并將數據返回，由單片機計算此時所需的灌溉量，若土壤濕度已達到此數值則重新開始計時，否則先打開閥門，再重新計時。

4 測試結果

該系統主要是利用傳感器采集到的數據信號，經AT89C51的處理，將所測信號與設置好的上/下限值進行比較，若采集到的數據高于設定的上限值（低于設定的下限值），蜂鳴器發生鳴響，同時繼電器響應，自動灌溉系統或自動關閉灌溉系統。

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