温室大棚滴灌系统方案设计

任才 孔德尉* 沈阳工学院 王雪 国网辽宁省电力有限公司

1 设计方案

⑴ 有效读取土壤的湿度数据，借助于湿度传感器；

⑵ 单片机通过读取A/D转换器的数据，再进行数模换算出具体的土壤相对湿度，并在LCD1602上实时显示湿度的相对大小；

⑶ 以湿度传感器为有效助力，不仅要对土壤的湿度情况实施有效监控，还应将其在显示屏上加以显示；

⑷ 通过模拟继电器模块，用户可以通过观察红绿黄三种灯光颜色，来判断土壤湿度的大概值。当单片机检测到实时的湿度大于实际需要的60%时，红灯亮启动报警装置，不会启动继电器进行滴灌。当湿度小于实际需要的10%时，绿灯亮，单片机会启动继电器进行滴灌。当湿度大于10%，小于60%时，黄灯亮，此时处于植物的最适合生长湿度范围，也同样不会启动继电器进行工作。

2 硬件方案设计

2.1 最小系统模块的选型

单片机的最小系统，它主要包括了以下3个部分：单片机；复位电路；时钟电路。时钟电路选用了12MHZ的晶振频率，作用是给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期。单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。

2.2 湿度检测的选型

所谓土壤湿度传感器，不仅可以用于测试农作物根部土壤所含有的水分，还可以通过电路检测，将湿度有偏差的信号传送给主控制器。

作为控制系统的主要器件，在选择湿度传感器的时候，必须综合考虑其涉及的领域，详细考察5个主要方面：精度；响应的速度；测量的范围；实际体积；具备的稳定性。要将湿度传感器作为一种计量器实用，其精度一般控制在±2%～ ±5%RH。一般情况下，这种传感器的精度在初用时相对较高，随着时间的推移，受到有害气体等因素的影响，往往会导致老化问题的出现，进而影响其精度。

2.3 A/D采样模块的选型

IC总线是一系列串行总线中的普通一员，其全双工数据的传输主要借助两条线来加以完善的，这两条线便是时钟线（SCL）、数据线（SDA）。它在实质上有别于传统的并行总线，具备了以下6个优势：结构相对简单；系统要得以扩展的难度相对较小；其设计达到标准化；可维护性好；实现模块化的过程相对容易；具有较高的可靠性。

一般情况下，完整的单片机系统中都包含了A/D转换芯片。而在诸多A/D转换元器件中，PCF8591的优势明显，它具备了I C总线接口。与CPU之间的信息传送过程中功能及作用的实现也相对简易，单靠数据线SDA、时钟线SCL就能完成了。基于对以上各种因素的考量，可对PCF8591进行采样，将其作为转换芯片使用。

2.4 显示模块的选型

考虑到AT89C51 单片机I/O口资源的局限性问题，要使系统功能得以顺利实现，就有必要将I/O 口进行扩展。这一系统所用的动态显示器，其I/O口是得以扩展的，具备了4个8位LCD 。而扫描的显示，则通过程控开关得以实现。其中，PA输出的是字型码，而PC口输出的则是位选信号（也就是扫描信号）；与I/O 选通输入线所对应的接口是 P2.4口，而选线CE对应的是P2.7 口。若是P2.4=1的同时， P2.7=0，此时选中8155 芯片内三个 I/O 口。

它具备了以下4个优点：功耗相对较低；超薄轻巧；体积较小；显示内容相当丰富，主要运用于功耗较低的应用系统以及袖珍型的仪表。除此之外，它的价格相当低廉，而性价比却并不低。基于以上各种因素的考量，将LCD1602作为显示芯片是一种理智的选择。

3 系统整体设计

该系统的控制核心为STC89C52单片机，不仅实现了模块的初始化，还实现了湿度检测模块；显示和报警模块；最小系统模块；AD采样模块等功能。通过对各模块的控制和协调，最终实现工作目标。

本设计可分为以下模块：最小系统模块、湿度检测模块、AD采样模块、显示和报警模块。系统结构，如图1所示。

图1 系统结构示意图

[1]解金耀.郑文刚，王兴成等.节水灌溉控制系统中温湿度传感器的选择与应用[J].节水灌溉，2004(5).

[2]冯磊.王一鸣，杨卫中等.管式土壤水分传感器的性能测试[J] .农机化研究，2011，33（10）.