单片机控制的节水灌溉系统.docx

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单片机控制的节水灌溉系统

泰山学院

毕业论文

题目

单片机控制的节水灌溉系统

学院

机械与工程学院

年级

二〇一三级

专业

机械设计制造及其自动化

姓名

张德

学号

2013170144

指导教师签字

学生签字

2013年12月11日

题目来源

指导教师推荐□自选□其它□

题目类别

基础研究□应用研究□其它□

摘要

本设计主要的内容基于单片机控制的节水灌溉系统。

土壤湿度检测电路核心部分是由ADC0832和ADC0832组成的检测系统，同时也是土壤湿度检测电路的工作原理，输入的模拟信号是传送到ADC0832的IN端的土壤湿度传感器收集的数据。

在检测系统中选用的是AD转换和土壤湿度传感器，土壤湿度检测电路的内部包含有AD转换模块、土壤湿度的采集、单片机译码显示等功能。

在单片机收集数据的过程中，单片机先发出启动A/D转换器工作的指令，ADC0832根据送来的地址信号选通IN1通道，之后对输入的模拟信号进行A/D转换，转换结束时，EOC输出高电平，其目的是通知单片机读取转换结果，这时单片机会调用中断程序，通过调用中断程序后读取转换后的数据。

最后，STC89C52单片机将经过软件程序处理后的土壤湿度值送到LCD液晶显示屏上，显示所采集的数据。

基于单片机控制的节水灌溉系统是一个智能的控制系统，同时也有手动部分：

智能控制的部分是根据实际情况，将适合植物生长的最佳土壤湿度值的上下限通过单片机程序与感应电路送入单片机中，与土壤湿度传感器测得的土壤湿度值相比较，当低于设定的土壤湿度下限值时，单片机将会发出指令，打开电磁阀控制灌溉，同时土壤湿度传感器继续检测土壤湿度，当测得的湿度值高于单片机内设的上限值时，单片机再次发出指令，关闭电磁阀停止灌溉;手动部分指的是当关闭单片机电源时，由外围电路供电进行浇灌的过程。

关键词：

土壤湿度测量；STC89C52单片机；模糊控制；自动灌溉；LCD

Abstract

thedesignofpottedplantautomaticwateringsystemincludessoiltemperatureandhumidityacquisitionanddisplay,andthecountersettinganddisplayandalarmtwopartswater.Soiltemperatureandhumidityacquisitionanddisplaypart,andcomprisesasoiltemperatureandhumidityacquisitionanddisplay,automaticwateringsystem.SoiltemperatureandhumidityacquisitionanddisplayinADC0832isconnectedwithtwopotentiometersasaninductioncircuit,thecollectedsoiltemperatureandhumidityvalueissendtotheSTC89C52singlechip,thenbyitstransmissiontotheLCDscreendisplay.Automaticwateringsystemdesignforintelligentandmanualtwoparts:

intelligentwateringsectionthroughtheMCUprogrammingwateringtheupperlimitandthelowerlimitandtheinductioncircuitintothemicrocontroller'ssoilhumidityvaluearecompared,whenlessthanthelowerlimitvalue,theMCUoutputasignaltocontrolthewatering,highintheupperlimitvaluebythemicrocontrolleroutputasignalcontrolstopwatering;manualpartiscomposedofsingle-chipdigitaltubeintothemonthanddayfromrealtime,throughthesoftwareprogrammedtimingwateringtime.

Keywords：

STC89C52temperatureandhumidityacquisitioninthedisplaycounterLED

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

水是生命之源,地球上的生命都起源于水。

在能源危机问题将越来越突出的今天，水资源的短缺的问题更加不容忽视，其短缺程度已达到了前所未有的状况，且这一状况有愈演愈烈的态势，不禁让人担忧。

目前世界各国都高度重视水资源短缺问题，并通过科技的手段来缓解目前的水资源危及。

我国的水资源危及也越来越突出，面临着两方面的矛盾，突出表现在农业用水方面，农业用水面临着水资源短缺，然而农业用水采用的漫灌、畦灌等灌溉方式导致水资源的严重浪费。

这样的灌溉方式使得水的利用率比较低，农业用水浪费严重。

同时我国的旱地面积大，约占耕地面积的百分之六十左右，但是降水的生产率却只有0.3kg/m3~0.4kg/时`132。

农业水生产率低也制约着我国农业的进一步发展。

面对我国水资源短缺的现状，国家和地方政府把节水灌溉作为一项基础性工作来抓，并加大了在此项工作中的投入。

此外，还鼓励、倡导学者和科研人员从事节水灌溉新理论和新技术的研究，并为他们创造良好的科研环境。

与此同时，我国还积极引进国外先进的节水灌溉技术和相应的设备，并将其应用到农业生产实际中来，取得了一定的效果。

然而，由于我国在这方面的研究起步较晚，大多数只是起到示范性应用的作用，并没有得到大面积的推广和使用。

与节水技术相对发达的国家和地区相比，我国的灌溉管理技术水平比较低、方法也比较落后，这直接导致了产品在技术层面上存在不足，系统功能方面的设计也存在缺陷，制造相对粗糙，亟需进一步的完善。

这其中最大的制约因素是缺乏适应性强的硬件设施和合理的灌溉控制技术，特别是测控系统的自动化程度水平不高。

因此，我国在节水灌溉工作中的出路是研究出高效的节水灌溉设施，努力提高农业灌溉的水利用效率。

本文结合以往对自动灌溉的研究，设计出一套基于单片机控制的灌溉控制器。

在完成对灌溉控制器的整体设计之后，分别进行了软硬件的设计。

以土壤含水量作为灌溉指标，并对土壤水分快速测量的方法进行探究，分析各种测量方法的优缺点，选择出适合本研究的测量方法。

通过比较，最终采用介电法中基于频域反射原理的土壤水分传感器准确采集土壤水分信息，为了确保测量的准确性要进行土壤水分传感器的标定和测量准确性的实验。

根据以单片机为核心构建的控制单元模块内置的控制规则，结合模糊控制理论，指导灌溉，执行机构由继电器控制电磁阀来动作。

为了更好的配合灌溉控制器的工作，尽可能的对灌水量进行定量控制，达到节水灌溉的目的，保证水分的充分利用，选用滴灌的饶灌方式。

为了更好的监测整个灌溉过程，设计了监测界面，能够实时完成对所接收数据的显示、存储、查询等功能。

在实验室完成灌溉控制器的总装后，通过一定的栽培试验来验证灌溉控制器的性能。

1.2国内外研究的现状

灌溉自动化技术的研究和应用始于二次世界大战前夕。

大约在20世纪30年代，法国通过运行水利自动闸门，实现了自动化渠系灌溉，率先提出了一套相对完整的自动化灌溉农作物的控制方法,开辟了自动控制灌溉作物的先河，大大减少了人力的参与。

到了20世纪50年代，电子学和计算机技术得到了快速发展,同步得到长足发展的还有利用电子设备、计算机设备和程序控制的灌溉技术,并在法国、加拿大、美国等发达国家得到了广泛的应用，在一些发展中国家的应用也相当广泛,控制模式也更加先进科学，现在可以实现遥测、遥控的集中控制的模式。

1.2.1土壤水分快速测量技术的国内外研究现状

外国学者在土壤水分快速测量技术方面，起步较早，做了大量的研究工作，取得了丰硕的研究成果。

早些年，分别利用中子衰减法进行了快速测量土壤含水量的研究中子法提出后，相关学者们对其产生了浓厚的兴趣，纷纷加入到其中的研究中来。

1976年，人们最早将基于介电特性的时域反射法运用到土壤水分快速测量的研究中来，它克服了中子法的许多缺点，具有较高的测量精度，适合长期定点观测，经过不断的深入研究，已渐渐成为一种较为成熟的测量方法，应用范围比较广泛。

1983年，有学者开始利用—射线来进行快速测量土壤湿度可行性的研究。

同年，考虑到单点布设一射线测定的结果受容重的影响较大，通过使用在两点布设一射线的形式来监测灌溉数小时内水分在土壤中运动的状况，采用双点能够同时探测容重和土壤含水量，以消除土壤容重变化造成的影响。

1991年，在实验室内利用近红外的方法测量土壤含水量，经过试验得出此种方法具有较好的使用效果。

我国在土壤含水量的测量方面，经过不断地研究，已由射线法、介电特性法以及遥感光谱法等新方法逐步取代一开始的传统烘干方法。

为了寻找一种适合我国国情的土壤水分快速测量技术，除了在价格上具有优势之外，还要使用方便和利于推广。

为此，国家加大了在此方面人力和物力的投入。

早在上世纪七十年代末，国内的一些大学就对土壤湿度快速测量技术进行了相关的研究，开发出了一些水分测定仪的样机。

我国科研人员从很早就开始从事利用阻抗方法测量土壤含水量方面的研究，并取得了一定的研究成果。

直到二十世纪末，我国在土壤湿度快速测量技术方面取得了重大突破，利用驻波电压的方法，成功研制出了基于驻波率原理的快速土壤湿度测量仪。

通过与和两种测量方法进行性能对比试验，验证了此法的可靠性和可行性，并且性能优良，在一定程度上缩短了我国在土壤湿度快速测量技术方面与世界先进水平的差距。

1.2.2灌概自动化技术的国内外研究现状

40多年前，灌溉工作几乎全部靠人力完成，费时且费力，而且自动化控制技术也未应用到灌溉工程这个领域中。

以色列是最早面临着水资源严重匮乏问题的国家，使得他们不得不大力发展节水灌溉农业，经过几十年的发展，以色列在自动控制灌溉方面取得了重大突破，走在了世界的前列。

简单的定时器构成了早期的灌溉控制器。

由于电子科学技术的不断发展，以检测土壤中水分的信息来决定灌溉的控制器应时而生。

像以色列美国等国家，在节水灌溉控制系统的开发上起步较早，并由最初的水力、机械控制的灌溉系统，发展到由机械电子混合控制，再到与电子科学技术相结合的计算机控制、模糊控制等。

在温室等设施内，使用较为普遍的是小型灌溉控制器，通过内置的灌溉管理程序，进行灌溉条件的设定，操作方便，自动化程度高。

不仅节省了人力，还能够对灌溉过程的控制达到一定的控制精度。

在不断的更新发展中，系统在控制精度和智能化程度、稳定性、可靠性上都具备了较高水平，操作也非常简便。

美国在早些年开发出了一套灌溉控制器，它能够通过检测土壤中含有水分的多少来确定是否打开灌溉控制器阀门的动作。

后来的学者在他们的研究中，都是把土壤湿度选为控制对象，是否灌溉是通过比较采集到的土壤湿度与设定值之间的关系来决定的。

整个系统构成一个闭环控制系统，从而保证土壤中的水分保持在一定量，以满足作物对水分的需求量。

系统经过运行后发现，如果节水灌溉系统想要运行的更好，就必须在传感器的可靠性、系统的硬件设计、