基于AT89C51的自动灌溉系统设计

2022-05-01 09:40:02 | 浏览次数：

随着单片机技术和传感器技术的迅速发展，本文研制了一套基于AT89C51的只能浇灌系统，该系统通过湿度传感器对土壤湿度进行自动监测，并以此为依据对农作物进行适时、适量的灌水。研制完成后，经试验验证，该系统能起到节水、节能的作用，达到高效浇灌的目的。

【关键词】单片机自动浇灌 AT89C51

1 引言

浇灌系统自动化是农业现代化的一个重要标志。随着科学技术的发展，越来越多的只能控制器应用在了农业、林业、园艺等的浇灌系统中，智能控制器已经发展成为灌溉系统的有效管理手段。

传统的浇灌技术自动化程度很低，极度依赖于人力，不适应现代农业系统，为节约水资源，提高浇灌效率，缓解劳动时间，本文研制了一套基于单片机控制的自动浇灌系统，在监测土壤湿度的基础上合理进行浇灌安排。并通过上位机与下位机之间进行通讯，建立了良好的人机界面，从而实现合理的浇灌。

2 总体设计

自动浇灌系统以单片机AT89C51为核心，通过采集土壤传感器的信号，经过AD转换后送入单片机，经计算后依据程序设计，输出驱动信号，放大后可直接驅动电磁阀控制水泵。该系统设置有现地显示单元、报警单元，并通过RS232接口与工控计算机相连。其原理框图见图1。

由图可知，电路主要包含土壤湿度传感器、AD转换器、单片机、显示单元、RS232通讯单元、信号放大电路及控制电磁阀。其中土壤湿度传感器主要用来采集土壤湿度信号，AD转换器将采集到的湿度信号转换为数字信号送入单片机，显示单元显示土壤实时湿度，信号放大电路将单片机输出的控制信号放大后驱动控制电磁阀用以控制浇灌水路。

3 系统构成

3.1 土壤湿度采集

3.1.1 湿度传感器

土壤湿度传感器主要是用来快速、准确的测量土壤湿度，考虑成本及现场实际需求，选用了AQUA-TEL-TDR便携式土壤水分仪，其采用TDR原理的水分探头，使用简单。其技术参数：

测量湿度范围：0-100%vol；

温度范围：-60℃-85℃；

预热时间：1s；

供电电压：12VDC@40mA。

3.1.2 AD转换器

AD转换器是数据采集系统的核心，可以把模拟量信号转换成对应成正比的数字量信号。综合考虑后，选用了ADC0809转换芯片，其转换原理为逐次逼近式，价格低廉，转换速度为中速，可以满足现场需求。其电路结构图见图2。

3.2 单片机控制电路

单片机采用AT89C51单片机，属于ATMEL公司生产89系列的标准型单片机。其自带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器，可以反复擦除1000次，采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

3.3 显示电路

本系统采用四个LED显示，均为8段共阴级型LED，正常显示时公共端接低电平。为简化硬件电路，提高LED的效率，采用了动态显示方案，即逐位分时轮流显示的方式。

在动态显示过程中，为得到稳定的显示，需不断调用显示子程序。每个LED显示2ms，显示完成后，再取下一个，直至最后，每调用一次显示子程序，需扫描一遍。

3.4 通讯单元

本系统采用串行通讯方式实现单片机与工控机之间的通讯，因工控机一般均配置标准的RS232C接口，而AT89C51单片机为TTL电平，两者之间电平不兼容，为实现通讯目的，在两者之间增加了电平转换器，这里采用了MAX232芯片，为MAXIM公司生产的包含两路接收器和驱动器芯片，其功能强大，使用简单方便。

单片机和工控机机进行通信时，软件设计包括单片机通讯软件及工控机串行设计，其中工控机串行设计采用VB语言编程，单片机部分则采用汇编语言。通讯完成后，根据实际情况可在工控机上进行参数设置：包括湿度限值、湿润层深度等，并在工控机上实时显示当前土壤湿度，该值与LED现地实时显示的湿度一致。

系统正常工作时，如检测到湿度值低于设定值，可根据计算算出需要的灌水量及灌水时间，并将信息传送至单片机，进而控制放大电路驱动开启或关闭电磁阀进行灌水操作。

4 结论

本文研究的自动浇灌系统对农业自动化具有重要意义。经试验验证，系统在模拟检测中运行状况良好，达到了预期的结果，可为其它类似问题的解决提供参考。

参考文献

[1]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].北京：邮电出版社，2005.

[2]刘叶飞，陈志刚.节水自动灌溉模糊控制系统设计[J].排灌机械，1993，3.