一种基于单片机设计的自动灌溉系统

阮程鹏+曾肖枫+洪鑫

摘要：植物生长需要土壤保持一定的湿度，通过经验对植物进行灌溉不但劳动强度大，而且用水不准时也不能精确，这样就会浪费掉很多水资源。因此需要一种及时，高精度，使用简单，价格比较便宜，能够自动进行湿度检测和控制的自动灌溉系统来取代的传统人工的灌溉模式。本次设计的自动灌溉系统可以精确定量灌溉，也可以手动灌溉，效率相对较高，这样就可以节约很多水，节省很多人力物力。

关键词：AT89S51单片机；YL-69土壤湿度传感器；LCD1602

1设计所采用的研究方法

本次设计的自动灌溉系统由土壤湿度的检测显示部分和控制水泵进行灌溉部分共同构成。该系统选用AT89S51单片机为控制核心，通过土壤湿度值大小控制抽水泵及时、适量地对植物进行灌溉。检测显示部分采用YL-69湿度传感器采集土壤湿度信息，经过ADC0832A/D转换器将湿度信号进行放大转换成数字信号，然后送到单片机程序处理，湿度值大小就会显示在LCD1602屏幕上。灌溉部分可利用单片机内部中断服务程序实现，若采集到的当前湿度值小于单片机设置的启动值，单片机发出抽水命令经放大驱动装置控制继电器闭合，水泵打开进行灌溉浇水，以缓解土壤干旱情况。当湿度值大于启动值时继电器断开，水泵停止工作，单片机进行下一次循环检测。

2基于单片机控制的自动灌溉系统设计原理

自动灌溉系统的湿度检测电路利用湿度传感器对土壤湿度进行检测。湿度传感器检测到的湿度信号送到A/D转换器，处理之后湿度信号转换为数字信号。通过该形式可以检测土壤湿度值的变化情况，也可以根据不同作物对水的需求量的差异，设置合适的土壤湿度范围。系统流程图如图2.1所示。

3硬件电路设计

灌溉系统包含硬件设计与软件设计两部分，根据设计任务要求，采用AT89S51单片機，振荡电路，复位电路，按键等构成单片机最小系统，通过LCD1602液晶显示屏显示，从而构成符合使用要求的单片机自动灌溉系统。该系统具备响应速度快，灌溉效率高，体积小，制作成本低等优点。

3.1单片机基本组成

AT89S51是一个低功率，高性能CMOS 8位单片机，具有如下特点，4kFlash片内存储器，128k的片外存储器，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断源，1个UART，2个16位定时/计数器，工作频率为32MHz。

3.2湿度传感器

湿度传感器是一种输出装置，工作时作用于土壤湿度这个物理量并且产生输出信号。该自动灌溉系统采用型号为YL-69的土壤湿度传感器，传感器本身就是一个可变电阻，其电阻值随着湿度值的增大而变小，其变化大小范围为0—10K欧。当电阻变化时将导致电路的电压也会发生变化，使得电路中的电压值发生变化，满足电路设计要求。

3.3 ADC0832A/D转换器

ADC0832转换器是一种体积小，反应速度快，兼容性好，工作电压在0-5V间的具有8位分辨率，双通道A/D转换的半导体芯片。它能把采集到的湿度信息转变为数字信号。由于A/D转换芯片的反应速度快，并且据有双数据输出作为数据检验，对缩小土壤湿度值的数据误差有显著作用。另外A/D转换器的使能输入，使得A/D转换器和其他器件的连接和单片机的控制更加简单、稳定。

3.4 LCD1602显示屏

LCD1602是一种工作电流小、功耗低液晶显示器件。为了实现在屏幕上显示土壤湿度值，需要把AT89S51单片机的I/O接口连接到LCD1602显示模块的8位数据输入口，再把单片机的p2.0、p2.1、p2.2分别与液晶模块的寄存器选择端、读/写信号端、使能端连接。

3.5振荡电路

每一个单片机系统都必须有振荡电路，振荡电路的作用是结合单片机内部电路产生单片机工作所必须的时钟信号。在AT89S51内部自带一个放大器，单片机的XTAL1、XTAL2引脚分别做为该放大器的输入端和输出端。另外，输入端和输出端的引脚分别与晶振和电容连接，此外和放大器一起构成单片机系统工作所需的自激振荡器。为了保障振荡器稳定工作，除了选择性能稳定的电容外，需要把晶振、电容和芯片近距离安装。

3.6键盘设计

该灌溉系统设置四个S0、S1、S2、S3按键，其功能依次为复位键、设置/保存、加/模式切换、减/手动模式，初始化上电后系统默认以自动模式工作。上电后如果传感器检测到土壤湿度值小于设置的湿度最小值，水泵抽水，当前土壤湿度值在LCD上显示。当土壤湿度值超过设置的最大值时，水泵停止抽水。按键设定功能具体如下：S2键和s3键组合使用可以控制水泵工作，实现手动浇花模式；按下S1设置键，上下湿度值大小设置界面；按S2键，对应的湿度值加；按S3键，对应的湿度值减，通过光标所在位置判断对上湿度值还是下湿度极进行加减。最后在完成湿度范围设置后，按S1键保存，并且返回到正常模式。

3.7复位电路

当单片机系统接通电源工作时，突然发生故障，这时候就需要有一个操作对单片机进行复位。当单片机的RES/VPD和RST引脚持续2个周期及以上的高电平，就会触发复位。复位的功能是让单片机和其他功能部件处于初始化工作状态。复位方式有上电自动复位和按键复位两种，该系统选用按键复位方式。

4系统控制流程

自动灌溉系统的软件编写应采用C语音进行结构化以及模块化的方法编写，然后烧写到单片机里面。传感器对湿度进行采样之后，为了使检测的湿度值更加精确，可以用补偿算法对获得的湿度值进行处理，最后送到LCD显示屏显示。

5总结

自动灌溉系统通过AT89S51单片机对土壤湿度数据进行的采集、处理、显示和控制等功能。其适用性强，可以对土壤进行手动，自动、定时定量的灌溉，并且自动系统成本比较低，过程简单，扩展性好。

参考文献：

[1]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.8.

[2]王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究[J].华中农业大学.

第一作者简介：阮程鹏（1996.02.27）；性别：男，籍贯：福建莆田人，学历：本科，在读与：福建农林大学；

第二作者姓名：曾肖枫（1998.12.03）；性别：女，籍贯：福建莆田人，学历：本科，在读与：福建农林大学；

第三作者姓名：洪鑫（1998.05.19）；性别：男，籍贯：广东揭阳人，学历：本科，在读于：福建农林大学；endprint