隨著單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，本文研制了一套基于AT89C51的只能澆灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過濕度傳感器對土壤濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，并以此為依據(jù)對農(nóng)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的灌水。研制完成后，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)能起到節(jié)水、節(jié)能的作用，達(dá)到高效澆灌的目的。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 自動(dòng)澆灌 AT89C51

1 引言

澆灌系統(tǒng)自動(dòng)化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的只能控制器應(yīng)用在了農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等的澆灌系統(tǒng)中，智能控制器已經(jīng)發(fā)展成為灌溉系統(tǒng)的有效管理手段。

傳統(tǒng)的澆灌技術(shù)自動(dòng)化程度很低，極度依賴于人力，不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，為節(jié)約水資源，提高澆灌效率，緩解勞動(dòng)時(shí)間，本文研制了一套基于單片機(jī)控制的自動(dòng)澆灌系統(tǒng)，在監(jiān)測土壤濕度的基礎(chǔ)上合理進(jìn)行澆灌安排。并通過上位機(jī)與下位機(jī)之間進(jìn)行通訊，建立了良好的人機(jī)界面，從而實(shí)現(xiàn)合理的澆灌。

2 總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)澆灌系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為核心，通過采集土壤傳感器的信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)計(jì)算后依據(jù)程序設(shè)計(jì)，輸出驅(qū)動(dòng)信號，放大后可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥控制水泵。該系統(tǒng)設(shè)置有現(xiàn)地顯示單元、報(bào)警單元，并通過RS232接口與工控計(jì)算機(jī)相連。其原理框圖見圖1。

由圖可知，電路主要包含土壤濕度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、顯示單元、RS232通訊單元、信號放大電路及控制電磁閥。其中土壤濕度傳感器主要用來采集土壤濕度信號，AD轉(zhuǎn)換器將采集到的濕度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)，顯示單元顯示土壤實(shí)時(shí)濕度，信號放大電路將單片機(jī)輸出的控制信號放大后驅(qū)動(dòng)控制電磁閥用以控制澆灌水路。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 土壤濕度采集

3.1.1 濕度傳感器

土壤濕度傳感器主要是用來快速、準(zhǔn)確的測量土壤濕度，考慮成本及現(xiàn)場實(shí)際需求，選用了AQUA-TEL-TDR便攜式土壤水分儀，其采用TDR原理的水分探頭，使用簡單。其技術(shù)參數(shù)：

測量濕度范圍：0-100%vol；

溫度范圍：-60℃-85℃；

預(yù)熱時(shí)間：1s；

供電電壓：12VDC@40mA。

3.1.2 AD轉(zhuǎn)換器

AD轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，可以把模擬量信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)成正比的數(shù)字量信號。綜合考慮后，選用了ADC0809轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換原理為逐次逼近式，價(jià)格低廉，轉(zhuǎn)換速度為中速，可以滿足現(xiàn)場需求。其電路結(jié)構(gòu)圖見圖2。

3.2 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)采用AT89C51單片機(jī)，屬于ATMEL公司生產(chǎn)89系列的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。其自帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，可以反復(fù)擦除1000次，采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。

3.3 顯示電路

本系統(tǒng)采用四個(gè)LED顯示，均為8段共陰級型LED，正常顯示時(shí)公共端接低電平。為簡化硬件電路，提高LED的效率，采用了動(dòng)態(tài)顯示方案，即逐位分時(shí)輪流顯示的方式。

在動(dòng)態(tài)顯示過程中，為得到穩(wěn)定的顯示，需不斷調(diào)用顯示子程序。每個(gè)LED顯示2ms，顯示完成后，再取下一個(gè)，直至最后，每調(diào)用一次顯示子程序，需掃描一遍。

3.4 通訊單元

本系統(tǒng)采用串行通訊方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與工控機(jī)之間的通訊，因工控機(jī)一般均配置標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口，而AT89C51單片機(jī)為TTL電平，兩者之間電平不兼容，為實(shí)現(xiàn)通訊目的，在兩者之間增加了電平轉(zhuǎn)換器，這里采用了MAX232芯片，為MAXIM公司生產(chǎn)的包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器芯片，其功能強(qiáng)大，使用簡單方便。

單片機(jī)和工控機(jī)機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)通訊軟件及工控機(jī)串行設(shè)計(jì)，其中工控機(jī)串行設(shè)計(jì)采用VB語言編程，單片機(jī)部分則采用匯編語言。通訊完成后，根據(jù)實(shí)際情況可在工控機(jī)上進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：包括濕度限值、濕潤層深度等，并在工控機(jī)上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前土壤濕度，該值與LED現(xiàn)地實(shí)時(shí)顯示的濕度一致。

系統(tǒng)正常工作時(shí)，如檢測到濕度值低于設(shè)定值，可根據(jù)計(jì)算算出需要的灌水量及灌水時(shí)間，并將信息傳送至單片機(jī)，進(jìn)而控制放大電路驅(qū)動(dòng)開啟或關(guān)閉電磁閥進(jìn)行灌水操作。

4 結(jié)論

本文研究的自動(dòng)澆灌系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)自動(dòng)化具有重要意義。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)在模擬檢測中運(yùn)行狀況良好，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，可為其它類似問題的解決提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]趙文博，劉文濤.單片機(jī)語言C51程序設(shè)計(jì)[M].北京：郵電出版社，2005.

[2]劉葉飛，陳志剛.節(jié)水自動(dòng)灌溉模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].排灌機(jī)械，1993，3.

作者單位

黃華（1983-），男，湖北省黃梅縣人。畢業(yè)于武漢大學(xué)電子信息學(xué)院，大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)就職于武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，大學(xué)講師。研究方向?yàn)橹悄芸刂祁I(lǐng)域。

作者單位

武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北省武漢市 430000