基于單片機(jī)的智能滴灌系統(tǒng)構(gòu)想

[摘 要] 滴灌作為一種高效率、環(huán)保的灌溉方式，在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。本文介紹一種基于單片機(jī)的智能滴灌系統(tǒng)的構(gòu)想，將滴灌技術(shù)與智能控制技術(shù)相結(jié)合，目的在于構(gòu)想一種自動(dòng)控制的滴灌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的高效利用，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

[關(guān)鍵詞] 單片機(jī)；智能；滴灌系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)] S277.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2017）15-95-2

自動(dòng)控制節(jié)水灌溉技術(shù)水平代表著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展?fàn)顩r，灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低是制約我國(guó)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。自動(dòng)高效灌溉技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是大面積種植或缺水地區(qū)極其適用。而我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水占全年總用水量的67%左右，對(duì)于一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家來說，研發(fā)高效率灌溉系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 智能灌溉系統(tǒng)概述

自動(dòng)滴灌系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的重要工具，自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可以通過埋置于土壤中的溫濕度傳感器獲得當(dāng)前土壤濕度、環(huán)境溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)植物的生長(zhǎng)特性，在特定時(shí)間以特定的水量進(jìn)行灌溉，且灌溉方式為滴灌，這一灌溉方式可以將水分精準(zhǔn)地輸送給植物，減少因?yàn)樗终舭l(fā)而導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)。由于單片機(jī)的可編程性，所以可以通過編程在特定時(shí)間將植物所需的營(yíng)養(yǎng)液、藥物一同灌溉給植物，從而在原基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)植物自動(dòng)施肥、噴藥的功能。所以，基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)是一種成本小、效率高、通用性強(qiáng)的灌溉系統(tǒng)。

基于單片機(jī)的智能滴灌系統(tǒng)是通過一種微處理器進(jìn)行系統(tǒng)控制，以單片機(jī)作為控制器以實(shí)現(xiàn)控制功能。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是小體積、低成本、低功耗、擴(kuò)展性強(qiáng)以及適用范圍廣。本構(gòu)想采用目前市場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛的AT89S52單片機(jī)作為控制器，其被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。

2 智能滴灌的優(yōu)點(diǎn)

滴灌方式為全管道輸水和局部微量灌溉，使水分的滲漏和損失降至最低限度，可直接向作物根系附近供水、施肥，可以調(diào)節(jié)溫度和濕度，不會(huì)造成土壤板結(jié)，為作物提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的目的。

該系統(tǒng)解決方案，可實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)各類數(shù)據(jù)參數(shù)，如土壤溫濕度、氣象參數(shù)、不同植物生長(zhǎng)參數(shù)，通過對(duì)這數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期跟蹤和分析，可針對(duì)不同的區(qū)域、不同的場(chǎng)景、不同的種植作物，制定更加合理的施肥和灌溉計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥，真正達(dá)到節(jié)水、增效、增產(chǎn)的目的，大大提升農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的科學(xué)管理水平。

3 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理

如圖1所示，土壤溫濕度傳感器感知種植作物的土壤的溫濕度，并反饋信號(hào)，反饋的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)處理后，將土壤的溫濕度顯示在LCD屏上，如果溫濕度達(dá)到設(shè)定閾值，觸發(fā)反饋機(jī)制，則單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)輸出高電平在經(jīng)過外置設(shè)備的放大驅(qū)動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)土壤的滴灌、施肥、打藥等目的。當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定或回落至預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，傳入單片機(jī)的信號(hào)經(jīng)過處理，會(huì)停止之前使用的措施。若在一定時(shí)間內(nèi)，環(huán)境參數(shù)無改變或無法回落到預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，即負(fù)反饋調(diào)節(jié)措施失效，此時(shí)單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警，促使管理人員及時(shí)采取有效措施，排除或降低不利的環(huán)境因素，避免因此產(chǎn)生農(nóng)作物死亡或減產(chǎn)等不利后果。

4 基單片機(jī)的智能滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 主模塊

4.1.1 時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路的作用是為系統(tǒng)操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。

4.1.2 復(fù)位電路。為寄存器進(jìn)行初始化。

4.1.3 核心芯片AT89S52單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)是一種功耗低高性能的CMOS 8位微控制器，內(nèi)置8 kB可在線編程編程閃存。工作電源范圍為4.0～5.5 V，有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、32條可編程I/O線、8個(gè)中斷源以及靈活的在線編程。

4.2 數(shù)據(jù)采集模塊

采用市售的溫濕度傳感器，將溫濕度傳感器埋于土壤中，通過傳感器獲取土壤濕度、環(huán)境溫濕度值，通過對(duì)比植物的生長(zhǎng)需求和當(dāng)前的環(huán)境條件，若觸發(fā)條件則驅(qū)動(dòng)電磁閥對(duì)土壤實(shí)施滴灌、施肥、打藥等操作。

4.3 LED顯示模塊

將環(huán)境數(shù)值顯示在LED屏上。從性價(jià)比上考慮，選擇LCD1602字符式顯示器，該顯示器的顯示容量是16×2個(gè)字符，帶I2C模塊的LCD1602連接到核心芯片AT89S52單片機(jī)上。

4.4 報(bào)警模塊

當(dāng)環(huán)境條件觸發(fā)報(bào)警條件時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，以方便工作人員采取措施。報(bào)警系統(tǒng)采用聲光報(bào)警機(jī)制，報(bào)警時(shí)LCD燈會(huì)亮，同時(shí)報(bào)警器也會(huì)蜂鳴，從而引起管理人員的注意。

4.5 電磁閥

電磁閥（Electromagnetic Valve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器。用戶可根據(jù)實(shí)際需求采用不同類型的電磁閥，以滿足使用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)開發(fā)的智能滴灌系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)水資源高效利用的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，而且在生產(chǎn)中節(jié)約了大量的水資源，對(duì)于提高大規(guī)模種植業(yè)的效率有著顯著作用。同時(shí)，對(duì)于需要精確控制水肥條件的種植業(yè)有著顯著的影響，未來應(yīng)用前景十分廣泛。而且該系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)后可以面向農(nóng)業(yè)的其他領(lǐng)域進(jìn)行服務(wù)。