苗圃大棚自动灌溉控制系统的设计

顾光旭++李家荣

摘 要：设计了一种成本较低、集温室大棚环境监控和自动灌溉于一体的监测与控制系统。该系统利用AT89C51单片机实现对温室环境参数的实时检测，并根据实时数据和控制模型对温室通风、滴灌等系统进行控制，使温室内湿度环境参数处于设定值之间。通过分析智能灌溉系统的设计需求，完成了系统全部的软、硬件设计，并进行了系统仿真，实现了预期的设计目标。

关键词：苗圃大棚；自动灌溉控制系统；AT89C51单片机；系统仿真

中图分类号：S626 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.016

随着温室大棚规模的不断扩大和种植品种的日趋多样化，人们对温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时间上都显示出了极大的局限性。为此，本文设计了一种成本较低、集温室大棚环境监控和自动灌溉于一体的监测与控制系统。该系统控制精度高、成本低、易于实现，具有很高的实用价值。

1 系统总体设计方案

苗圃大棚自动灌溉控制系统总框图如图1所示。系统的硬件电路主要由AT89C52单片机电路、湿度传感器SHT11电路、电源电路、键盘输入电路、液晶显示电路、驱动电路、步进电机电路等组成。

图1 苗圃大棚自动灌溉控制系统总框图

选用单片机AT89C51芯片作为控制系统的核心，用C语言编程，用湿度传感器SHT11采集农田土壤湿度值，将按键电路输入设定的湿度值作为参考，比较参考值与实时测得的湿度值，传感器通过I2C总线与单片机通信，由此决定是否启动步进电机灌溉农田，从而实现对土壤湿度的自动控制，起到高效灌溉、节水、节能的作用。

2 系统的软件设计

苗圃大棚自动灌溉控制系统由主程序、读取并处理传感器数据程序、1602实时显示数据程序、键盘扫描程序和步进电机驱动程序组成，具体如图2所示。

苗圃大棚自动灌溉控制系统的主程序流程图如图3所示。首先使湿度传感器SHT11复位，并初始化显示屏LCD1602；然后测量土壤湿度，根据实际需要设定系统的下限值，并与测得的数据比较：如果测得的数据比设定值大，则不需要启动步进电机；如果测得的数据比设定值小，则需要启动电机灌溉。

3 系统仿真

Keil C51软件是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Proteus软件是电子设计自动化工具软件。本文采用Proteus7.5和Keil C51软件对系统进行仿真。

苗圃大棚自动灌溉控制系统仿真电路图如图4所示。系统可以通过独立按键设置湿度的下限（0～99%），并通过LCD1602显示器实时显示湿度值。当所测湿度值低于设定湿度值时，系统自动启动驱动设备灌溉。

开机运行后，LCD1602显示器上的读数“Hum”表示当前湿度传感器测出的农田实时湿度信息。如图5所示，当前显示湿度值为39%，“50-99”为设定的灌溉阈值，“50”为通过按键设定的下限值。此时，实际湿度值低于警戒值，单片机自动启动步进电机灌溉，如图6所示。

如果将灌溉下限阈值最低湿度值设定为25，如图7所示，而农田实时湿度值为39%，此时，实时湿度值大于设定的湿度下限值，则步进电机不工作，如图8所示。

通过分析系统仿真情况可知，设计的苗圃大棚自动灌溉控制系统达到了预期的设计要求。

4 结论

通过系统仿真验证了设计的苗圃大棚自动灌溉控制系统可以对

土壤的湿度进行自动检测和控制。该系统以AT89C51单片机为主控元件，将接收到的实时湿度数据与单片机内存的数据进行比较，如果接收的数据低于设定的数值，则需要启动步进电机灌溉；如果接收到的数据高于设定的数值，则不需要启动步进电机灌溉。

图8 湿度高于设定值时的电机工作状态

参考文献

[1]景东升.单片机自动灌溉控制系统研究、设计及应用[D].北京：北京农业工程大学，1994.

〔编辑：刘晓芳〕