智能灌溉系統的設計

姚瑞來

摘 要：隨著時代的發展，中國的農業領域不斷擴張。目前已經成為農業第一大國，而人工操作已經不能滿足目前的工作需要，所以智能灌溉系統的出現，能更好地解決勞動生產力等問題，此次設計的智能灌溉系統由四部分組成：核心控制模塊、外部傳感器模塊、開關控制模塊、顯示模塊。此系統不僅可以實時監測土地濕度，還可以控制水泵自動開關實現自動澆灌功能。

關鍵詞：智能灌溉;濕度檢測;單片機

中圖分類號：TP368.1;S274.2 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.033

1 設計背景

我國農業領域，一直使用的灌溉方式為大水漫溉，但是這并不是一種很好的灌溉方式，首先使用大水漫溉的方式并不能使土壤中濕度適中，所以并不能保證菜地的所有蔬菜水果都享受到合適的土壤濕度;其二該方式會對菜地的植物造成水流的沖刷傷害，大大減少菜地的產量;其三大水漫溉的灌溉方式會浪費大量的水資源。我國是一個缺水大國，所以一個可以更好實現灌溉功能的智能灌溉系統，是我們國家在農業領域上所需要的。

2 設計原理

為了解決灌溉問題，通過問題探討，最終將智能灌溉系統劃分為四部分：核心控制模塊、外部傳感器模塊、開關控制模塊、顯示模塊，其中為保證系統的穩定性，采用了兩種不同的工作模式：定時工作模式、智能工作模式。核心芯片的選擇上采用了52系列的單片機，因其具有良好的穩定性、價格合理、操作簡單、方便維修等特點，一直被工程上所使用。外部傳感器部分采用了土壤濕度監測傳感器，該傳感器可以監測土壤中的水分含量并將數據發送至單片機。顯示部分使用了LCD顯示屏，該模塊上會顯示出當前土壤濕度和當前設定濕度。開關控制部分使用了電磁閥與繼電器，當土壤濕度低于設置濕度的時候，開關電路就會接通電磁閥，電磁閥會打開水泵或水箱開關，實現灌溉功能。

3 系統設計

在系統的硬件設計中，使用了STC89C52單片機作為系統控制芯片，濕度監測使用了DHT11土壤濕度監測模塊，顯示部分使用了LCD1602顯示屏，灌溉部分包含電磁閥、繼電器、水箱和噴頭。

3.1 STC89C52單片機

STC89C52單片機是一款性能強大、容易使用的控制芯片，其8位的數據類型剛好滿足于此次設計的智能灌溉系統，該芯片因操作簡單、方便維修等特點被廣泛應用于各個工業領域，芯片配有最小系統、高頻晶振，可以更好地保證系統時鐘的穩定。

3.2 DHT11濕度監測模塊

在土壤濕度檢測上，使用了DHT11濕度傳感器。該傳感器具有精度高、穩定性強、體積小等特點。濕度監測范圍為0～100% 土壤相對濕度，監測后數據通過 A/D 轉換并傳送給單片機，單片機接收到數據后，對是否需要灌溉進行判斷。

3.3 顯示模塊

輸入顯示模塊采用了LCD1602顯示屏，該顯示屏用于對檢測到的土壤濕度的顯示。

3.4 灌溉模塊

灌溉部分電路中使用了繼電器和電磁閥。通過利用開關電源實現對電磁閥的控制，并將繼電器與開關電源及電磁閥串聯，最后通過單片機引腳控制繼電器銜鐵的吸合與釋放，從而控制電磁閥的通斷。

3.5 系統軟件設計

在系統軟件設計中，為實現自動、手動控制，將控制部分分為智能控制模式和手動控制模式。在智能控制模式中，單片機會控制濕度傳感器對土壤進行實時濕度檢測，并將數據通過AD轉換電路發送至控制芯片，控制芯片會對接收到的數據與設定數據進行對比，判斷是否需要進行澆水操作。在手動控制模式中，用戶可以直接控制按鍵對土壤進行灌溉。

4 總結

此次系統設計中，用戶可以通過LCD顯示屏了解當前土壤的濕度情況。該系統中自動、手動控制的結合，極大地提高了灌溉工作效率，并減少了傳統灌溉方式的資源浪費，同時也避免了由于忘記澆水而引發植物死亡的情況，極大地降低了植物在種植及管理過程中的成本消耗。

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