顧光旭++李家榮

摘 要：設(shè)計(jì)了一種成本較低、集溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和自動(dòng)灌溉于一體的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制模型對(duì)溫室通風(fēng)、滴灌等系統(tǒng)進(jìn)行控制，使溫室內(nèi)濕度環(huán)境參數(shù)處于設(shè)定值之間。通過分析智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，完成了系統(tǒng)全部的軟、硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：苗圃大棚；自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)；AT89C51單片機(jī)；系統(tǒng)仿真

中圖分類號(hào)：S626 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.016

隨著溫室大棚規(guī)模的不斷擴(kuò)大和種植品種的日趨多樣化，人們對(duì)溫室大棚的灌溉提出了更高的要求，以往的人工灌溉方式在人力成本和時(shí)間上都顯示出了極大的局限性。為此，本文設(shè)計(jì)了一種成本較低、集溫室大棚環(huán)境監(jiān)控和自動(dòng)灌溉于一體的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制精度高、成本低、易于實(shí)現(xiàn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)總框圖如圖1所示。系統(tǒng)的硬件電路主要由AT89C52單片機(jī)電路、濕度傳感器SHT11電路、電源電路、鍵盤輸入電路、液晶顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)電路等組成。

圖1 苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)總框圖

選用單片機(jī)AT89C51芯片作為控制系統(tǒng)的核心，用C語言編程，用濕度傳感器SHT11采集農(nóng)田土壤濕度值，將按鍵電路輸入設(shè)定的濕度值作為參考，比較參考值與實(shí)時(shí)測(cè)得的濕度值，傳感器通過I2C總線與單片機(jī)通信，由此決定是否啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)灌溉農(nóng)田，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的自動(dòng)控制，起到高效灌溉、節(jié)水、節(jié)能的作用。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)由主程序、讀取并處理傳感器數(shù)據(jù)程序、1602實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)程序、鍵盤掃描程序和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序組成，具體如圖2所示。

苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。首先使?jié)穸葌鞲衅鱏HT11復(fù)位，并初始化顯示屏LCD1602；然后測(cè)量土壤濕度，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定系統(tǒng)的下限值，并與測(cè)得的數(shù)據(jù)比較：如果測(cè)得的數(shù)據(jù)比設(shè)定值大，則不需要啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；如果測(cè)得的數(shù)據(jù)比設(shè)定值小，則需要啟動(dòng)電機(jī)灌溉。

3 系統(tǒng)仿真

Keil C51軟件是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Proteus軟件是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具軟件。本文采用Proteus7.5和Keil C51軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)仿真電路圖如圖4所示。系統(tǒng)可以通過獨(dú)立按鍵設(shè)置濕度的下限（0～99%），并通過LCD1602顯示器實(shí)時(shí)顯示濕度值。當(dāng)所測(cè)濕度值低于設(shè)定濕度值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備灌溉。

開機(jī)運(yùn)行后，LCD1602顯示器上的讀數(shù)“Hum”表示當(dāng)前濕度傳感器測(cè)出的農(nóng)田實(shí)時(shí)濕度信息。如圖5所示，當(dāng)前顯示濕度值為39%，“50-99”為設(shè)定的灌溉閾值，“50”為通過按鍵設(shè)定的下限值。此時(shí)，實(shí)際濕度值低于警戒值，單片機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)灌溉，如圖6所示。

如果將灌溉下限閾值最低濕度值設(shè)定為25，如圖7所示，而農(nóng)田實(shí)時(shí)濕度值為39%，此時(shí)，實(shí)時(shí)濕度值大于設(shè)定的濕度下限值，則步進(jìn)電機(jī)不工作，如圖8所示。

通過分析系統(tǒng)仿真情況可知，設(shè)計(jì)的苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的苗圃大棚自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)可以對(duì)

土壤的濕度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制。該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為主控元件，將接收到的實(shí)時(shí)濕度數(shù)據(jù)與單片機(jī)內(nèi)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果接收的數(shù)據(jù)低于設(shè)定的數(shù)值，則需要啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)灌溉；如果接收到的數(shù)據(jù)高于設(shè)定的數(shù)值，則不需要啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)灌溉。

圖8 濕度高于設(shè)定值時(shí)的電機(jī)工作狀態(tài)

參考文獻(xiàn)

[1]景東升.單片機(jī)自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].北京：北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)，1994.

〔編輯：劉曉芳〕