江苏省宿迁市泗阳县打井工程队 江苏 宿迁 223700
摘要：随着全球变暖的加剧，水资源日益减少，农业生产得以开展。在农业生产过程中，必须消耗大量的水资源。因此，在农业生产过程中应增加水资源利用率已成为当前农业研究的热点。在西北很多地区，很多地区仍然处于缺水状态，所以温室灌溉系统是适合于水资源资源短缺条件下的是一项有意义的研究。
关键词：单片机；温室自动灌溉系统；设计
前言
随着科技的进步、人们对农业技术重视度及人们生活水平的提高，越来越多的反季节水果蔬菜出现在人们的生活中。大棚的数量也越来越多，因此，温室大棚内环境的控制便成为一个非常重要的研究课题。传统的温室大棚控制措施存在一些问题，已经难以满足人们的要求，如温室灌溉技术落后、智能化程度低和农作物生长吸水效率低等。近年来，我国许多学者开展了温室自动化控制系统的研究，取得了一些成果。例如，综合利用传感器技术、MESH自组网络技术、无线互联网等嵌入式技术设计了一套基于物联网技术的温室智能灌溉系统基于LabVIEW软件和ZigBee网络技术设计了一种温室节水灌溉系统。基于ZigBee的温室自动灌溉系统，该系统采用太阳能供电，具有节能环保的特点。根据温室环境复杂且很难建立精确数学模型的特点，设计了基于模糊控制的温室节水灌溉系统。部分灌溉管理系统研究成果已经在一些规模化果园和温室中得以应用，但存在传感器节点多、线路复杂、成本高、环境适应能力差等问题，导致自动灌溉的研究成果没有得到大范围应用。本文将单片机引入温室大棚控制系统中，选用AT89C51单片机作为温室大棚控制系统的核心模块，外接湿度信号采集模块、人机交互模块、控制驱动模块及通讯接口模块，设计一种温室自动灌溉系统，并进行了仿真实验测试。
1系统总体设计方案
根据温室的实际情况及系统的技术要求，采用AT89C51微控器作为控制与数据处理的核心，以构成温室自动灌溉系统。系统通过信息采集模块获取土壤湿度信息，送至中央处理模块进行处理，由中央处理模块给出灌溉控制信息，执行机构继电器收到此灌溉控制信息后进一步转化为水泵的通断来实现智能灌溉，以达到准确、定时、定量、高效地给作物自动补充水分的目的，从而提高农作物的产量。该系统采用AT89C51单片机来实现，单片机是整个控制系统的核心。单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量通过芯片ADC0832转换成数字量，并传输给控制系统，单片机根据湿度传感器监测到的数据进行运算处理，进而控制继电器的通断，继电器控制水泵的启停，从而实现智能灌溉。
2系统测控的电路设计
2.1单片机
单片机作为在全部控制系统当中核心的部分。负责实时采集温室当中土壤水分数据将灌溉控制的信号得到实行，把信息给上传至上位机并对其进实行相关的存储以及记录，并把状态的信息传送至人机交互的模块来对其实行显示操作。在然后对系统其预期的功能以及其设备性价比来进行相关的分析，ATMEL公司的AT89S51单片机作为系统的核心控制芯片。这是一个带有4KB在线可编程Flash存储器的低功耗单片机。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2电源电路
在系统中，单片机控制器的电源部分由SV供电，湿度的传感器以及继电器等多个设备需要12V的电源来对其进行供电。为此，以设计为主导的变压器转换成12V的交流是设计，整流后处理，使用7812和780523端稳压输出标准和电压12V直流为下位机和相关器提供稳定的直流电源。
2.3湿度传感的电路
湿度的传感器是运用到线性电压的输出式所集成的湿度传感器HM1500，它是HUMIREL公司的典型产品，以HS1101来作为基础的电压输出的湿度模块，其还有着非常高的可靠性以及长时间的稳定性能，在5VDC进行供电的时候，0~100%RH对应输出1~4VDC线性电压，其温度所发生的改变对于其输出的电压造成的影响非常小。HM1500运用到防护棒式的封装，其有3引脚，包含电源正极与地以及输出。AD转换电路采用8位模拟输入8位数字输出，将模拟的信号至数字的信号之间的转换实现了。根据ADC0809的地址引脚A，B和C，P2口地址的编码是不同的，与湿度所模拟出的电压信号其转换变成分布于8个不一样位置的湿度传感器来实行。当模拟的信号在完成转换之后，ADC0809发出EOC信号，使外部微控制器发生中断的情况和中断的程序能够在P0口中获得在转换之后的信息数据。利用该中断所读取出的数据其优点是能够极大地将进行随机事件处理的效率提升起来，并将系统性能得到提高。
2.4人机交互电路
人机交互的模块涵盖着报警的电路以及显示的电路。该显示的电路常用在对所检测到湿度进行显示、水的水质和系统的工作状态，并用该报警的电路释放出报警的声音，这样使得操作人员在对异常的事件进行处理时非常的方便。显示电路采用2位8段共阳极数码管，动态扫描显示方式，由P1口输出字型码，由P3.6，P3.7输出的高低电平驱动开关管，使开关管处于导通或截止状态来实现2位数码管轮流动态显示。为了提醒操作人员及时处理一些异常情况，设计了一套完善的报警电路。报警电路由P3驱动。5端口开关管以一定的频率，使蜂鸣器发出报警信号。当控制驱动电路测量土壤湿度低于作物生长周期湿度时，单片机控制驱动模块信号，三极管传导，关闭继电器，电磁阀开启，水灌溉任务自动完成。当湿度达到湿度极限时，单片机关闭电磁阀和灌溉站。系统驱动模块主要由放大驱动电路和电磁继电器组成。由于IO电流不足以驱动继电器，系统使用开关三极管驱动模式来实现足够的驱动电流。
3软件设计
由于本设计采用A/D扫描转换，LED是动态显示，因此主程序主要执行该程序。主程序包括传感器信号采集、数据处理和显示管理。采集的传感器数据存储在RAM中，然后调用相应的数据处理程序。处理结果表明，管理程序完成了显示格式转换，完成了屏幕刷新。当采集时间被规定时，下一轮的数据采集和处理开始，主程序周期性地运行。在整个程序运行过程中，看门狗程序在后台连续运行。看门狗用于监视系统的工作。一旦程序运行，系统就会瘫痪。此时，系统工作状态指示灯闪烁。“看门狗”将及时取代手动复位，恢复系统正常运行，保证系统可靠工作。该系统正常的运行其不但需要具有合理有效电路的设计来当做基础，还需用相关支持的软件来当做支撑，二者之间有效的结合才可以将系统其最佳的效能发挥出来。为了使得系统其可读性以及可移植性得到提高，软件部分用C语言编写，由其主程序以及子程序的奴隶多能够调换使用。该下位机的控制程序作为全部程序最为核心的部分，其体现出了系统工作的步骤。其最为主要的功能就是将人们所测出来的湿度值来进行读取，然后将其和阈值来进行相应的比较，然后再依照内部的控制算法来对该控制的设备实行开闭工作。在线状态下，上位机根据上位机的要求进行检测，上位机可直接执行控制设备。
结束语
本设计将单片机控制技术应用于温室灌溉过程中。阐明了硬件电路的工作原理和设计过程。由硬件电路和主控程序构成的灌溉系统可替代人工土壤水分状况，根据作物生长条件和周期适时适时灌溉。该系统结构简单，操作方便。它的应用和推广将有效地提高温室农业的自动化水平，降低人工成本，节约资源
参考文献：
［1］李洪建.基于臭氧水的温室灌溉系统研制与试验［D］.泰安：山东农业大学，2017.
［2］潘荣敏，方章云，李洪兵，等.基于物联网技术的温室智能灌溉系统设计［J］.安徽农业科学，2017（27）：227-230.
论文作者:钱利国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
标签：温室论文; 系统论文; 湿度论文; 单片机论文; 电路论文; 模块论文; 传感器论文; 《防护工程》2018年第32期论文;