基于单片机的节水灌溉系统的研究毕业论文.docx

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沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文

题 目：

基于单片机的节水灌溉系统的研究专 业：

电气工程及其自动化

班 级：

电气1205班

学生姓名：

李佳

指导教师：

任艳

论文提交日期：

年

月

日

论文答辩日期：

年

月

日

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文

摘 要

随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，用信息技术改造农业可能的而且是必要的。

实施节水灌溉已成为我国农业乃至国民经济持续发展带战略性的根本大事。

节水灌溉技术是一种有效的现代节水技术，国内进步缓慢，制约我国自动化节水工程发展的主要原因是自动化水平不高，多采用传统的灌溉模式，自动化意识低下，仍然属于粗放型的灌溉操作，因此，提高有效灌溉率、缩短人力工作时间，是节水的关键，节水技术则是重中之重。

本文旨在针对已经存在的作物生长土地湿度自动监控系统的理论进行研究，并且提出相应的修正措施，进而能够极大地发挥其本身的优越性，使其促进作物生长的同时，节约大量的水，降低能耗。

自动根据目标土地的湿度控制节水灌溉的技术的高低代表着农业现代化的发展状况，目前我国的灌溉系统自动化水平较低。

所以用单片机控制的节水灌溉系统可以对不同土壤进行湿度监控，并根据作物对土壤湿度的要求进行适时、适量灌水。

根据实际情况及系统技术要求，本文采用 STC公司的型号为STC89C52RC的单片机芯片为单片机核心控制部分，由湿度传感器电路，4×4矩阵键盘电路，12864液晶动态显示电路，超限报警电路，水泵开关控制电路，电源电路等组成。

利用湿度检测电路中的湿敏电阻对土壤湿度进行采集，所得电流信号经处理得到可用的电压信号，单片机可将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度模拟量转换成数字

量，在12864液晶屏上动态显示，并且可以通过矩阵键盘设定该节水灌溉系统的上限和下限警戒阈值，从而实现对土壤湿度的监测监控，能进行适度范围设置和显示，同时通过控制算法实现对水泵开关的控制。

与此同时，当该系统超过警戒阈值时系统可以通过GPRS无线远程数据传送电路向目标手机发送报警短信，及时通知系统所处状态，并且在发送短信的时候通过蜂鸣器和LED发光二极管实现系统的声光报警功能。

该系统具有较强的灵活性和较高的可靠性，便于操作，较好的实现了人机交互这一理念，将会有更广阔的开发前景。

关键词：

自动化；单片机；GPRS；无线远程数据传送；传感器

Abstract

With the rapiddevelopment of computer technology and sensortechnology,usinginformationtechnologytotransformagriculturepossiblebut necessary. Implement water-saving irrigation has become China'ssustainabledevelopmentofagricultureandthenationaleconomywithafundamentalstrategicpriority.Water-savingirrigationtechnologyisaneffectivemodernwater-savingtechnologies,domesticprogressisslow,restrictingChina'swater-savingautomationengineeringdevelopmentismainlyduetotheautomationlevelisnothigh,theuseoftraditionalirrigationmode,lowawarenessofautomation,stillbelongstotheextensiveirrigationoperation,therefore,improvetheeffectiveirrigationrate,shortenworkingtimemanpoweristhekeywater-saving,water-savingtechnologyisatoppriority.

Thispaperaimstoconductresearchonexistingcroplandtheoryhumidityautomaticmonitoringsystem,andproposeappropriatecorrectiveaction,andthuscangreatlyplaytheirownadvantagestopromotecropgrowthwhilesavingalotofwater,reduceenergyconsumption.Accordingtoautomatichumiditycontroltargetlandofwater-savingirrigationtechnologyrepresentsthelevelofdevelopmentofagriculturalmodernization,thecurrentlowlevelofautomationofirrigationsystems.Therefore,water-savingirrigationsystemMCUcancontroldifferentsoilmoisturemonitoring,soilmoistureandcropaccordingtotherequirementsoftimely,adequateirrigation.Accordingtotheactualsituationandsystemtechnicalrequirements,weuseSTC'smodelSTC89C52RCmicrocontrollerchiptocontrolpartofthemicrocontrollercore,bythehumiditysensorcircuit,4× 4 matrixkeyboardcircuit,12864dynamicdisplaycircuit,limitalarmcircuitpumpswitchcontrolcircuit,apowersupplycircuit.Usehumiditydetectioncircuithumidityresistanceofthesoilmoistureiscollected,AnalogMicrocontrollersoilmoisturesoilmoisturesensorcanbeconvertedtodigital,dynamicdisplayontheLCDscreen12864,andcansettheupperandloweralertthresholdsthatwatersavingirrigationsystemthroughthematrixkeyboard,enablingthesoil

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文

moisturemonitoringandcontrolcanbesetanddisplayedmoderaterange,whileachievingthepumpswitchcontrolledbythecontrolalgorithm.Atthesametime,whenthesystemisabovethewarningthresholdsystemcanbesentviaGPRSwirelessremotedatatransfercircuitalarmSMStothetargetphone,promptlynotifythesysteminwhichthestate,andsendtextmessageswhenthebuzzerandLEDlight-emittingdiodessystemsoundandlightalarm.Thesystemhasastrongflexibilityandhighreliability,easeofoperation,betterrealizationoftheconceptofhuman-computerinteraction,therewillbeabroaderdevelopmentprospects.

Keywords:

Automation;

SCM;

GPRS; Wirelessremotedata

transmission;

sensor

目 录

第一章绪论 1

1.1基于单片机的节水灌溉系统开发背景分析 1

1.2本文研究内容及章节安排 2

1.3系统总体结构框图 2

第二章系统硬件电路设计 3

2.1微控制器模块设计 3

2.1.1控制器芯片 3

2.1.2STC89C52单片机最小系统设计 4

2.3GPRS远程数据传输模块设计 5

2.3.1SIM900A模块使用设计 5

2.4传感器监测电路设计 6

2.4.1土壤湿度传感器的设计 7

2.5键盘输入电路设计 7

2.6水泵开关电路及声光报警电路的设计 8

2.7LCD1602液晶显示电路设计 9

2.8电源电路设计 10

2.8.1电源方案选择 10

2.8.2电源电路设计 11

第三章系统软件结构设计 13

3.1系统软件设计及总体流程图 13

3.2GPRS信息发送实现 14

3.3LCD1602液晶显示实现 17

3.4湿度补偿函数实现 18

3.5按键控制实现 18

第四章系统测试方案 23

4.1系统调试方法与测试说明 23

4.2调试过程及调试结果分析 23

第五章设计总结 25

参考文献 26

致 谢 1

附 录I 2

附 录II 4

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文

第一章绪论

1.1基于单片机的节水灌溉系统开发背景分析

随着计算机技术、通信技术以及大规模集成电路技术的快速发展，在工农业生产等领域中，节水灌溉技术在软、硬件方面的研究都有了一定的进展[8]。

在国外，节水灌溉技术发展的比较成熟，已将数字式传感器应用于节水灌溉系统。

数字式传感器采用了半导体集成电路与微控制器的最新技术，不仅能完成湿度检测的功能，还能完成预置范围温湿度、多路A/D转换、温度补偿、报警等功能。

因数字式湿度传感器输出的是数字量，不需要进行模数转换，从而解决了一些湿度信号长距离传输以及传输过程中因干扰和衰减而导致精度降低等棘手的问题[9]。

节水灌溉系统的基础是数据采集系统，随着电子技术的发展，数据采集装置已经历了几个不同的发展阶段。

将数据采集系统应用于传感器测控系统，对实际运用意义重大。

国外的大型传感器企业特别重视传感器测试技术的研究