【正文】 了 國際先進(jìn)水平 ， 但由于受 到 我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及科研體制的限制，我國的 智能控制 灌溉技術(shù)與 一些發(fā)達(dá)國家仍然存在著相當(dāng) 大的差距。 課題 研究的目的和意義 農(nóng)業(yè)是人類社會賴以生存 的 最古老 也是最重要 的行業(yè)， 農(nóng)業(yè)的發(fā)展從長遠(yuǎn)來打算主要存在著兩個方面的問題。而 現(xiàn)階段 我國包括灌溉用 水和降水在內(nèi)的農(nóng)田利用 率很低，單 位立 方水生產(chǎn)糧食的能力 大 約為 ， 而以色列等一些發(fā)達(dá)國家大多 數(shù) 都在 2kg 以上，差距很大。做到作物 生長 需要多少水，灌溉系統(tǒng)就能及時而準(zhǔn)確地 提供多少水。因此實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的智能控制，對節(jié)水、提高灌溉水的利用率以及對我國的糧食安全將起到極為重要的作用，具有重要的 實現(xiàn)意義 [3]。目前我國在 智能 灌溉控制系統(tǒng)方面還處于研制、試用階段，能 真正 投入應(yīng)用， 并 且應(yīng)用廣泛的 智能 灌溉控制器還不多見 [5]。 面對 World Trade Organization 的挑戰(zhàn)，節(jié)水農(nóng)業(yè)更應(yīng)該賦予其新的內(nèi)涵，其內(nèi)涵應(yīng)擴(kuò)展為節(jié)水、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的 農(nóng)業(yè) [5]。因此，我們非常有必要對現(xiàn)狀節(jié)水灌溉技術(shù)，節(jié)水的水平以及技術(shù)的適應(yīng)性，發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題做認(rèn)真分析，為真正實現(xiàn)提高農(nóng)業(yè)用水效率和水的生產(chǎn)效率打好基礎(chǔ) [5]。 國外研究現(xiàn)狀 西方 的一些 先進(jìn)國家，運(yùn)用先進(jìn)的電子技術(shù)、計算機(jī)和控制技術(shù)，在節(jié)水灌溉技術(shù)方面起步較早，并 日趨成熟。 在美國，早在 1984 年， Benami 和 Offen 公司就開發(fā)了一套節(jié)水灌溉控制器，通過監(jiān)測土壤水分來確定是否打開灌水閥門 ， Phene 和 Howell 分別在灌溉系統(tǒng)的控制中使用了土壤濕度傳感器，通過土壤水分傳感器把濕度反饋給控制系統(tǒng)，根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)決定是否灌溉，是作物根部總跟保持一定的濕度 [5]。 3 本文主要工作 經(jīng)過對大量關(guān)于 智能灌溉系統(tǒng)、單片機(jī)、傳感器等文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)與研究，本 文對 基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計作出了較為詳細(xì)的介紹，并且還做出了硬件實物， 經(jīng)操作測試，符合目標(biāo)要求 。對整個論文的書寫以及畢業(yè)設(shè)計的方向起引導(dǎo)作用。 系統(tǒng) 需 要實現(xiàn)什么樣的功能 ？ 怎樣設(shè)計才能實現(xiàn)這 樣的 功能 ？ 第三章， 對 整個灌溉 系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行 一個 設(shè)計，先介紹了系統(tǒng) 工作 的總原理 、總電路 ，然后再是 一一對每個 模塊進(jìn)行介紹，將每個模塊的 電路設(shè)計 、 功能 以及一些引腳 的 特性加以介紹。 第五章 ，對硬件實物進(jìn)行測試并對測試的結(jié)果進(jìn)行分析，并介紹一下測試的環(huán)境，然后附上各個階段的狀態(tài)圖，并加以相應(yīng)的解釋。 第七章，結(jié)論。 最后，在 論文的末尾， 我 介紹 了 整個設(shè)計過程中所參考的 文獻(xiàn) ， 對老師、同學(xué)、父母的 致謝和 一些程序、元件清單等的 附錄。 2） 使 溫 濕度傳感器 對土壤的實際溫濕度進(jìn)行實時監(jiān)測 ， 并且 把檢測到 的實際溫濕度值 的數(shù)字信號 傳 送 給單片機(jī)，單片機(jī) 對其進(jìn)行處理之后 再 將 實際溫濕度值 顯示在 液晶 顯示 屏 上 。本系統(tǒng)的溫度值僅僅是一 個參考值，用戶可以根據(jù)液晶顯示屏上顯示的實際溫度來設(shè)定相應(yīng)而合理的濕度下限值。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 本設(shè)計利用 STC89C52 單片機(jī)設(shè)計了自動灌溉系統(tǒng)，利用溫濕度傳感器檢測土壤的溫濕度，將采集到的溫濕度傳送到單片機(jī)芯片，單片機(jī)根據(jù)溫濕度控制是否 進(jìn)行灌溉 ，如果需要 灌溉 ， 那么 單片機(jī)的一個引腳 將 置高電平，給水泵驅(qū)動芯片信號，打開水泵抽水，實現(xiàn)自動 灌溉 （即綠色指示燈亮起）。系統(tǒng)還配有 4 個獨(dú)立按鍵輔助設(shè)定溫濕度值。 圖 21 自 動灌溉系統(tǒng) 整 體設(shè)計框圖 5 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路總原理圖 系統(tǒng)硬件部分由 單片機(jī) 核心控制模塊、溫濕度采集模塊、 按鍵 輸入模塊、水泵驅(qū)動模塊、 液晶 顯示模塊 、供電模塊 等 組成， 硬件系統(tǒng) 的 總電路圖如圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)總電路圖 STC89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) STC89C52RC 是 STC 公司出產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具備 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的 解決方案 。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止 ， 最高 運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選 [10]。 圖 32 STC89C52 引腳封裝圖 7 表 為單片機(jī)的引腳功能說明。本設(shè)計采用的是兩個電源接口，連接外部電源，圖 33 是電源模塊原理圖。 單片機(jī) 的 最小系統(tǒng)由晶振電路 和 復(fù)位電路組成，如圖 34是復(fù)位和晶振部分的原理圖。具體 的 數(shù)值可以由 RC 電路計算出 來 。 晶振 在 整個 單片機(jī)系統(tǒng)里 的 作用 是 不可或缺 的 ，它 與 單片機(jī) 的內(nèi)部 電路 相結(jié)合， 產(chǎn)生 一個 單片機(jī)所需 要 的時鐘頻率，晶振提供的時鐘頻率越高， 單片機(jī) 的 運(yùn)行速度就 會 越快，單片 對整個系統(tǒng)所 執(zhí)行的一切指令 都是建立在 晶振提供的 這個 時鐘頻率之上 的 。當(dāng)電源為整個系統(tǒng)供電后，溫濕度采集模塊和按鍵輸入模塊對單片機(jī)提供數(shù)字信號，單片機(jī)再依據(jù)編寫的程序指令來控制顯示屏的顯示結(jié)果以及水泵是否啟動繼電器進(jìn)行灌9 溉 （綠色指示燈是否亮） 。 圖 35 MCU原理圖 濕度采集模塊 溫濕度傳感器 DHT11 的 原理 1） DHT11 的概述 DHT11 傳感器是一款 溫濕度復(fù)合傳感器 ，它和單片機(jī)之間工作時不需要進(jìn)行 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換，直接輸送給單片機(jī)的信號就是 已校準(zhǔn) 的 數(shù)字信號 ， 由于它的這一性能，所以 專用 于 溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù) 方面 ， 以 確保產(chǎn)品有極高的 穩(wěn)定性與 可靠性。因此，該 產(chǎn)品 具有體積小、接口簡單、品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等特點 ，性價比極高 。 圖 36 為溫濕度采集模塊系統(tǒng)原理圖。 引腳說明如表 所 示 表 DHT11 引腳說明 DHT11 溫濕度傳感器有 4 個引腳，其中第一和第四個引腳分別接電源正極和接地，第三個引腳置空，第二個引腳和 STC89C52 單片 機(jī)的 引腳連接，當(dāng)接通電源后， 主機(jī)（微處理器） 發(fā)送一次開始信號， DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待 主機(jī)的 開始信號結(jié)束后， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號，送出 40 位的測量數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 同時 它 也 是一個 2 行 16 個字符的字符型液晶顯示 器 。 圖 37 為液晶顯 示模塊系統(tǒng)原理圖。 圖 37 液晶顯示 模塊系統(tǒng)原理圖 LCD1602 的引腳及電路設(shè)計 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中各引腳的功能如下（表 ）： 表 LCD1602 各引腳的功能 LCD1602 的第 1 和第 2 號引 腳分別 接 GND 和 VCC，第 3 引 腳 VEE 沒有接，這個腳是控制屏幕對比度的。 第 4 號 腳 與 單片機(jī)的 端口 連接 ，第 5 號引腳接地，第 6 號引腳 與 單片機(jī)的 端口連接 ，第 7—14 號引腳 與 單片機(jī)的 —端口連接 ， 第 15 和 16 號引腳分別接 VCC 和 GND。本設(shè)計顯示屏能夠分別顯示溫濕度的實際值和設(shè)定值。用戶可以根據(jù)植物生長適宜的濕度環(huán)境來設(shè)定相應(yīng)的溫濕度值。 圖 38 按鍵輸入 模塊系統(tǒng)原理圖 水泵增濕模塊 水泵增濕模塊與單片機(jī)的 連接，當(dāng)傳感器檢測的濕度值低于設(shè)定值 10%時，單片機(jī)給 IN4148 開關(guān)二極管一個正向電壓，這是二極管的電阻很 小，電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于接通一個開關(guān)，使水泵進(jìn)行灌溉（綠色指示燈亮），在灌溉的過程中，當(dāng)傳感器檢測到的濕度值高于設(shè)定值 10%時，單片機(jī)又給二極管一個反向電壓，這是二極管的電阻值就會很大，相當(dāng)于一只斷開的開關(guān)，使水泵停止灌溉（綠色指示燈滅），將程序錄入單片機(jī)后，通過單片機(jī)對二極管的控制便能控制水泵是否進(jìn)行灌溉。 圖 39 水泵 模塊系統(tǒng)原理圖 13 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序設(shè)計 主程序流程及相關(guān)說明 首先依照系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能和實現(xiàn)這個功能的原理，設(shè)計一個主 程序流程圖，智能灌溉控制系統(tǒng)工作流程圖如圖 41 所示。接通電源后開始，進(jìn)行單片機(jī)數(shù)據(jù)初始化、顯示器初始化、傳感器采集數(shù)據(jù)并顯示到顯示器上，接著判斷 是否處于灌溉狀態(tài)和按鍵掃描 。接著返回到測量程序，若處于灌溉狀態(tài)，則當(dāng)檢測到的濕度值高于設(shè)定值 10%時停止灌溉，若處于非灌溉狀態(tài)，則判斷檢測到的濕度值是否小于設(shè)定值的 10%， 若小于，則啟動水泵灌溉，若不小于，則繼續(xù)采集溫濕度，如此循環(huán)進(jìn)行下去