基于單片機的校園自動灌溉器

任相+梁才華+楊繼婷

摘 要： 本設計的基于單片機的校園自動灌溉器以AT89S52芯片作為主要控制控芯片。以土壤濕度傳感器作為檢測裝置繼電器與電磁閥作為執行設備，在AT89S52芯片的控制下實現自動灌溉為目的。采用A/D模數轉換器（ADC0809芯片）將土壤濕度傳感器所采樣的模擬信號數字化，再通過單片機判斷是否進行灌溉。本灌溉器具有節水，穩定性好，灌溉范圍大，便于移動的優點。

關鍵詞： AT89S52單片機；自動灌溉；A/D轉換

基金項目：由西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助

引言

水乃生命之源。隨著21世紀的到來，世界人口的大量增長，各種資源危機接踵而來，其中水資源危機已經成為全球的突出問題。我國為解決水資源南多北少，東多西少的分布問題，引進南水北調工程，盡管這項工程意義重大、作用顯著，但我們任然不能停止探索節約水資源方法的步伐。身在大西北的我們，水資源更是貧乏，農業用水更是緊缺，采用傳統的灌溉模式，灌溉水利用率低，大力發展和使用節水技術刻不容緩，從根本上解決水危機的途徑就是發展灌溉節水技術。結合這些因素，我們制作出一款基于單片機的校園自動灌溉器，用以對校園中的綠化帶進行自動灌溉，從而達到節約水資源并解放人工澆灌的勞動力。

2.自動灌溉器的總體結構及各模塊設計

我們以土壤含水量作為灌溉指標，通過對土壤水分快速測量的方法進行查閱資料，對于檢測模塊，我們最終選擇采用介電法中基于頻域反射原理的土壤水分傳感器準確采集土壤水分信息。根據以單片機為核心構建的控制單元模塊內置的控制規則，具體選擇為AT89S52單片機對土壤濕度傳感器所采樣的數據進行A/D轉換。傳輸給單片機從而實現對電磁閥的控制，執行裝置由繼電器控制電磁閥來進行控制，最后由顯示模塊的數碼管來實時顯示土壤水分含量。其整體結構框圖如圖2.1所示

2.1自動灌溉器的組成及其工作原理

自動灌溉器主要由AT89S52單片機、SM2801V型土壤水分傳感器、數模轉換芯片ADC0809、電磁閥、數碼管顯示器等部件組成。其工作原理為：單片機系統主要采用AT89S52作為本灌溉控制器的控制單元核心，AT89S52與PC機之間的通信方式采用的是RS-485通信，系統中的水分濕度傳感器主要是通過單片機與A/D轉換輸入端相連接形成的，從而實現信號的傳送與A/D轉換，基于單片機自動控制器根據傳感器所采樣到的信號，然后控制執行裝置發出控制信號，執行裝置和數碼管顯示模塊做出相應的動作。

2.2 各組成模塊設計

2.2.1 AT89S52單片機電路設計與A/D電路設計

我們采用單片機最小系統作為本設計的控制單元，在此基礎上加上外圍電路的設計從而實現自動灌溉，土壤水分傳感器所采集的土壤水分是模擬信號，但是單片機所處理的信號需數字信號，于是得對所采樣的信號數字化，我們才用ADC0809芯片對其進行A/D轉換，其A/D轉換與單片機接口電路如圖2.2.1所示。

2.2.2 土壤水分傳感器電路設計

在本次設計中我們采用的是SM2801型土壤水分傳感器，因為該傳感器穩定性、穩定性高，而且體積較小，滿足我們設計的要求。據設計要求我們把土壤水分傳感器的電壓端VCC接供電電源直流電壓12到24V，接地端GNG接地，電壓輸出端VOUT接模數轉換芯片ADC0809的INO引腳，ADC0809的VREF （ + ）接5V參考電壓，VREF （-）接地。

2.2.3 數碼管顯示電路與執行電路設計

顯示電路采用四位數碼管對土壤濕度進行實時顯示。執行電路我們采用繼電器對電磁閥的控制，相當于開關從而實現對水管的閉合的控制。繼電器輸入INI口可直接與單片機I/O 口連接，輸入高電平時繼電器吸合，輸入低電平時繼電器釋放。對繼電器的控制從而實現對電磁閥的控制。其電路設計圖如圖2.2.4所示。

2.2.4 灌溉裝置

灌溉裝置我們選擇采用旋轉噴頭，其噴灑直徑為8到10米，能夠利用水力驅動實現360°旋轉灌溉，同時既可雙進水增大其灌溉壓力，又可以串聯從而達到增大灌溉面積，同時還具有節水、灌溉水量均勻，而且便于移動可以安放到需要灌溉的地方。

3.自動灌溉軟件設計

3.1 自動灌溉主程序設計

自動灌溉是利用土壤濕度傳感器對土壤的濕度進行數據收集，通過AD轉換將所收集到的數據傳到AT89S52單片機，單片機通過對當前的數據進行判斷是否達到所需灌溉的濕度最低數值，如果低于該值，給繼電器反饋一個低電平從而使電磁閥打開，從而進行灌溉。其主程序設計流程圖如圖3.1.1所示。

4.總結

現代自動控制技術正在飛速發展，自動灌溉控制技術也必將越來越多的被應用到人們的生活中。因此，自動灌溉系統的自動化、精細化是灌溉發展的重要趨勢。本自動灌溉器是在植物土壤水分濕度較低的情況下給予及時的澆灌，這種灌溉器不僅實現了自動灌溉的功能、解放了人工澆灌的勞動力，而且制作的成本低，工作性能穩定，適用性廣，并且隨著科學技術的發展，自動灌溉的設定將會更加完善而精準，該灌溉器不僅適用于學校更能在各類灌溉中得到更廣泛的使用。

參考文獻

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