基于AT89C52 的無籽西瓜自動灌溉系統設計

郭小冬 侯春光

（濰坊科技學院，山東 濰坊262700）

隨著農村經濟的發展，越來越多的地方開始選擇種植不同與常規種植的農作物。這些農作物相對于小麥、水稻、玉米等，可以帶來更大的收益，但同時也會在種植過程中出現更多的問題。無籽西瓜便是一個例子，雖然可以帶來很高的收益，但是在種植過程中需要多次的施肥和澆水。因為無籽西瓜是夏季農作物，北方地區夏季又多出現少水、干旱、氣溫高等情況，所以在種植的過程中需要進行多次的灌溉，如果不進行灌溉則會影響作物的生長不良，產量降低等問題，嚴重甚至導致作物灼傷或死亡等情況。我國大部分地區的灌溉還是使用人工漫灌或者人工滴管，這樣會對水資源造成大量的浪費，以及人力財力的耗費。本設計可以大大的節省在澆灌過程中的人力物力的耗費，以及水資源的浪費，大幅度的提高了工作效率。

圖1 系統框圖

1 自動灌溉技術的設計與原理

1.1 系統總體介紹

圖2 系統仿真圖

根據系統功能，設計了自動灌溉系統的整體結構。該自動灌溉技術的控制方式分為自動控制和手動控制兩種方式。本系統是以AT89C52 單片機作為系統的控制核心，采用了SHT11 智能傳感器作為檢測空氣中的溫度和土壤中的含水率。為了達到更好的效果，以及滿足數據顯示的需要，顯示器選擇的是LCD1602 的液晶顯示模塊與單片機相連，將傳感器檢測到的溫濕度數值，和鍵盤電路設置的土壤濕度的上限,下限值以及選擇的操作模式(手動/自動)顯示在LCD1602 屏幕上便于用戶觀察。驅動電路是收到單片機的指令之后控制電磁閥的關斷或打開從而控制水泵出水噴灑。自動控制模式下可以實現智能的澆灌，設置好溫濕度的數據，便可以實現在無人監管下的自動灌溉，該系統除了自動控制模式，還設置了手動控制模式，當用戶需要時，即可進行手動操作來實現在特殊情況下的需要。此外，為了防止在出現超限無法察覺的情況，該系統還設置了報警裝置。系統的結構框圖如圖1 所示。

1.2 工作原理

接通電源開關K 啟動系統，然后初始化系統程序，在使用該系統時用戶可以根據需要在鍵盤控制面板上設置好土壤濕度的上限和下限后，SHT11 智能傳感器開始檢測土壤中的含水率數據，并且在經過傳感器內置的A/D 數模轉換器將信號轉化為數字信號經過I2C 總線傳送給單片機控制系統，單片機進行分析、處理，與提前設定好的數值進行對比，當SHT11 濕度傳感器模塊檢測到的土壤濕度數據低于提前設定的土壤含水率上限時，單片機開始由P2 輸出高電平信號到驅動控制模塊，驅動控制模塊收到指令后驅動電磁閥打開，水泵開始工作從蓄水池中將水灌溉到指定位置。與此同時SHT11 濕度傳感器會繼續監測土壤中含水率并傳送給單片機，一旦高于設定值時，單片機P2 口高電平消失驅動系統自動停止驅動，關閉電磁閥，水泵停止工作，這一過程只要系統通電便會一直重復進行自動灌溉，時刻保持農作物西瓜地土壤的濕潤度。當SHT11 濕度傳感器模塊檢測到的土壤濕度數據高于提前設定的土壤含水率上限時，則直接將監測到的數據，顯示在顯示屏中，這一過程中如果出現特殊情況，用戶可以選擇手動控制模式，來實現人工灌溉從而達到灌溉目的。溫度傳感器則是用來實時檢測空氣中溫度，當溫度較高時，我們就可以選擇手動模式對農作物進行定時的噴灑，保證西瓜苗不會被強烈的太陽光灼傷，造成瓜苗的死亡。液晶顯示器LCD1602 的D0-D7 引腳對應接到單片機的P0-P7引腳上，這樣整個過程中單片機會將傳感器傳過來的溫濕度數據信息輸出給液晶屏直觀的顯示出來，以便及時的做出調整灌溉的計劃。

如圖2 所示，根據全自動無籽西瓜自動灌溉技術的控制原理，確定了灌溉系統由單片機+SHT11 智能傳感器+LCD 液晶顯示+驅動電路+鍵盤電路+報警器組成，由上面的系統流程圖可以把該系統分為下面幾個部分：控制裝置、檢測裝置和執行裝置。本系統的控制裝置選用的是Atmel 公司生產的AT89C52 單片機，該型號的單片機具有低能耗、價格低廉、操作簡單、高性能等優點。AT89C52 內含8k 字節得Flash 和256 的隨機存儲數據儲存器(RAM)，內置了定時器和計數器，并且具有低功耗空閑和斷電模式下的睡眠和喚醒功能，進一步提高了該系統的可靠性。鍵盤電路和LCD1602 液晶顯示屏也屬于控制電路中的一部分，鍵盤電路由五個設置開關組成，分別為S1 設置、S2 增大、S3 減小、S4 復位功能、S5 切換手動/自動模式。通過按鍵可以直接設置土壤濕度的上限和下限值，并未具有掉電儲存功能，設置好的數據傳送給單片機進行處理和儲存，再次給電時無需重新設置數據。LCD1602 液晶顯示屏則用來將單片機傳送過來的土壤的濕度和空氣中的溫度數據顯示到液晶屏上以便用戶查看，并根據天氣等其他特殊情況來選擇選擇手動/自動控制模式。檢測部分包括傳感器檢測模塊（溫濕度傳感器和土壤濕度傳感器）和報警器。傳感器檢測模塊的主要功能是利用材料的電氣特性或機械性能將外部采集的數據轉化為電信號器件。這也是該系統比較最重要的一部分，隨著技術的不斷更新，常規的傳感器已經無法滿足需求，為了提高整個系統的精確和穩定性，該系統的傳感器選擇的是高精度、高精度、高集成度的一體化的SHT11 智能溫濕度傳感器。SHT11 智能傳感器是一片集成檢測相對溫度和濕度的傳感器模塊，并且自己內置了14 位A/D 數模轉換器和CRC 發生器能夠輸出經過校正的溫度和濕度數據。將SHT11 的串行時鐘輸入線SCK 和串行數據線線Date 分別與單片機的P3.6 和P3.7 連接。在采集到數據之后便可直接將信號通過I?C 總線傳送給單片機，經過單片機的分析和處理之后發送給控制裝置進行執行。在使用時SHT11 傳感器不在需要外接模擬電子電路，有較高的穩定性，可以直接埋入土壤中使用。報警器電路則是采用的三極管放大電路和蜂鳴器組成，用來監測數據是否出現異常，當系統出現異常時時蜂鳴器蜂鳴，便可以及時發現問題。驅動裝置模塊是使用繼電器模塊來驅動電磁閥通斷電，從而達到控制水泵得開關，實現系統噴頭的灌溉。

2 系統軟件程序設計

圖3 中的流程圖為改自動灌溉系統的流程圖，首先給該系統通電初始化程序模塊，然后在面板上設置好溫濕度的上下限數值，讀取傳感器的檢測到的數值，在主程序中與設定好的數值進行對比，根據得到的結果可以執行相應的命令，再配合硬件設備相互協調合作，從而達到自動控制灌溉的目的。除此之外在出現特殊情況是可以通過手動控制來實現人工操控灌溉。

圖3 主程序流程圖

3 結論

相對于其他灌溉系統而言，該系統選擇智能處理器AT89C52，使得控制功能的實現更加靈活。溫濕度傳感器SHT11相對傳統的傳感器檢測到的數值更準確，性能更穩定，耐腐蝕能力更強，可以直接埋入土壤中,液晶顯示屏LCD1602 的選用使得人機交互更加清晰方便，具有較強的操作性，相比于數碼管，顯示的內容更加靈活。綜合上面所述，本套基于單片機AT89C52 的自動灌溉系統的成本低廉、易于操作、準確性更高、更穩定、并且擴展性比較強，若需實現其它功能，稍微的修改就可增加其他功能。實現了自動/手動灌溉于一體的人性化灌溉管理，能夠有效地克服傳統人工灌溉中嚴重浪費人力和物力以及時間的缺點，提高了在無籽西瓜種植生產中的工作效率。