基于單片機的智能灌溉系統設計

周宇　趙彩云　鄭穎

摘 要：旨在建立一個基于AT89C51單片機的智能灌溉系統。系統將YL-69溫濕度傳感器的檢測數據發送到單片機中進行信息處理，同時將分析的信息數據通過LCD1602進行顯示，當達到報警值時，系統報警，同時打開水泵，自動灌溉。

關鍵詞：AT89C51單片機;溫濕度傳感器;自動灌溉

中圖分類號：S274.2文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.056

0 引言

中國自古以來就是農業生產大國，農業技術的進步也在不斷更新換代。為了能夠增加產量，科學種植越來越被重視。在植物生長過程中，保證水分充足、溫度適中是植物生長過程中的重要因素，設計該系統可以有效地控制土壤的濕度，智能灌溉取代傳統灌溉模式。

1 系統方案設計

此次設計是一款智能澆灌系統，可在無人監管的情況下通過控制水泵輸水來調節植物生長所需環境。系統通過單片機進行整體控制，使每個子系統模塊協同工作。首先通過YL-69溫濕度傳感器對土壤的濕度進行檢測，通過A/D轉換將信息傳輸到單片機中，通過LCD對信息進行顯示，當檢測的土壤濕度值達到設定的臨界值時，蜂鳴器工作觸發報警，同時水泵開啟，自動灌溉。系統主要包括單片機控制模塊、顯示模塊、濕度檢測模塊、水泵控制模塊、報警模塊。

1.1 芯片選擇

控制單元選用AT89C51，其性能具有低電壓、性能高、價格便宜等優點，同時可以與MCS-51系列很好的兼容。ADC0832的A/D轉換是一種雙通道和8位分辨率的轉換芯片。其性能主要是體積小、性價比高、兼容性好。繼電器的控制電閥工作電壓比較低，大約在5 V左右，系統使用05VDC-SL型繼電器。此繼電器價格低，使用方便。顯示器選用的是LCD1602，可以顯示32個英文字母、阿拉伯數字等字符。

1.2 系統結構設計

本系統由電源接口模塊、顯示模塊、土壤檢測模塊、繼電器控制水泵模塊、報警模塊等主要部分組成。

AT89C51微控制器包含一個具有高增益方向的開發設備。XTAL1引腳是放大器的輸入端子，XTAL2引腳是放大器的輸出端子。為了實現穩定的自激振蕩電路，在以上兩個引腳上加晶體振蕩器。單片機產生時鐘的方式主要包括內部時鐘和外部時鐘兩種。

（1）內部時鐘模式是通過微控制器的高增益放大器和外部連接的晶體，修剪電容器結構時鐘電路的生成方式。在內部時鐘模式下，通常使用30 pF或40 pF作為調諧頻率，以確保振蕩器的可靠性、穩定性，減少寄生電容。在本系統中單片機通常采用的是外部電路連接簡單內部時鐘電路的方式。

（2）外部時鐘電路在單片機之外的其他電路中產生。與單片機的XTAL1引腳端口進行連接。

YL-69土壤濕度傳感器是一種常見的簡單土壤濕度傳感器。其工作原理是當環境濕度變化時，濕度傳感器的電容器會感應濕敏電容器存在的環境中的介質發生變化，導致濕敏電容中的電容數值產生變化，電容的數值正比于濕度值。由于濕敏電容的高靈敏度和快速響應，滯后很小，因此濕度傳感器的敏感電容器易于集成化。在該系統中，采用YL-69土壤濕度傳感器對土壤水分數據進行收集。

ADC0832是一個8位轉換器，其串行接口通過三條線路連接到微控制器。具有性價比高、低耗能等優點，適合使用在小型智能設備中處理絕大部分的模擬量，誤差小且轉換速率高，性能穩定。

關于繼電器方面，本系統采用的是電磁繼電器。電磁繼電器大多數是由線圈、鐵芯、銜鐵及觸點簧片等構成。只要一定電流流過線圈，就會在繼電器內部發生電磁效應從而產生磁力。在磁吸力的作用下，電樞迅速克服彈簧張力的影響，將會吸附在常開觸點上，使得電機開始工作。當線圈未通電時，電磁效應也會消失。電樞將在彈簧張力的作用下返回其原始位置，即觸點將斷開。通過控制線圈的通電和斷電，電樞很快地實現了兩個觸點之間的選擇性連接，使其達到電路斷開及導通的目的。

2 硬件調試

此設計可檢測土壤濕度并通過LCD顯示屏顯示信息。通過單片機對濕度上下限進行設定，當濕度低于一定值時，通過單片機進行蜂鳴器報警，同時對水泵進行控制，進行自動灌溉。當濕度達到檢測值時，泵關閉，停止澆水。

3 結論

本文設計的智能灌溉系統具有造價低、易于操作、結構簡單、靈敏度高、智能化等優點，在無人看管的情況下仍然可以對植物進行正常的灌溉。系統可以實現自動灌溉，實時監控顯示土壤信息，做到足不出戶便知土壤信息變化，一定程度上減少了人工灌溉的次數，同時更加科學的針對灌溉時機進行把握。

參考文獻：

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