农业自动节水灌溉车的设计与制作

郑航　李凯

摘 要：本设计的农业自动节水灌溉车由STC89C52单片机作为控制核心，ADC0832作为模数转换器，L9110驱动电路驱动，可实现根据土壤湿度自动寻路灌溉的功能。以电子类的自动浇花器的工作原理为参考，配以能智能循迹的车模和自动采集机械臂，运用温湿度采集电路及单片机控制技术构成一个土壤温湿度采集与控制系统。再用数字电路控制自动给水系统及时的浇水系统供水。可设置湿度上下限值，小车自动检测出土壤湿度是否超过设置值的上下限值，如果低于下限，则小车实施灌溉，如果超过上限，则小车停止灌溉。另外，模型车配备由步进电机组成的简易机械臂，可将湿度传感器插入到适当深度的土壤中，单片机将湿度传感器采集到的湿度数据通过模数转换器转换为数字信号，每当转换结束时，单片机调用中断程序读取转换结果，最后，单片机把采集到的湿度数据经过软件程序处理后送到LCD1602进行显示。

关键词：STC89C52；干湿度的采集与显示；LED；智能循迹小车

1研制背景及意义

农业自动灌溉节水车可自动监测土壤湿度，并根据土壤湿度选择灌溉用水量，可通过按键设置湿度的上下阀值，既能保证农作物的生长所需，又能避免过度浇灌造成的水资源浪费。充分发挥节水农业在解决缺水少水问题中的作用，提高水资源的利用率。其利用太阳能可充电电池供电，节省能源，并且能够全程自动灌溉，最大程度节省人力。

2总体方案设计

2.1硬件设计

本设计采用STC89C52单片机，STC89C52是一種高性能的CMOS类型的微控制器，采用STC89C52的主要原因是其具有传统的51内核，功能实现简单，并且，硬件上有较多的改进，完全能够满足本款模型车的所需。

2.1.1ADC0832

ADC0832是一种采用逐次逼近式进行数模转换的转换器，它能够完成单片机与大多数外设之间的数模转换，是当前国内应用最为普遍的一种数模转换器。

其转换过程如下：

（1）保持片选段CS置于低电平，并且，在转换结束之前，CS的状态保持不变。

（2）单片机需向ADC0832芯片时钟输入端提供脉冲输入信号。

（3）在第一个时钟脉冲下降沿之前置DI为高电平，启动转换。

（4）接连的两个脉冲用于选择转换通道。

（5）从第4个脉冲的下降沿开始，DO端在每个下降沿由高位到低位输出转换结果。

（6）单片机读取结果结束后，置位CS端，转换结束。单片机对转换后的结果进行处理，如何判断A/D转换的完成是使用ADC0832芯片的重点，传统的判断方式有固定时间传送法、程序查询法，中断方式。

无论使用哪种方式，单片机一旦确定 A/D转换完成，就可以对A/D转换的结果进行读取，并进行后续数据处理工作，实现对湿度信息的综合利用。

2.1.2显示模块采用数码管显示接口电路

采用传统LCD数码管显示，利用循环扫描方式，方便简单，接口电路如下：

2.2工作流程

工作流程：模型车启动→根据轨道运行一段路程→模型车停止→机械臂运动→土壤湿度检测器检验湿度→单片机读取湿度→将当前湿度与设置阀值做比较→低于最低湿度阀值启动电机喷水→高于最高湿度阀值停止喷水→继续按轨道前进，重复过程。

3工作原理及性能分析

本次设计的自动灌溉节水模型车以电子类的自动浇花器的工作原理为参考，配以能智能循迹的车模和自动采集机械臂，运用温湿度采集电路及单片机控制技术构成一个土壤温湿度采集与控制系统。再用数字电路控制自动给水系统及时的浇水系统供水。土壤温湿度的采集和显示以ADC0832配合两个电位器为感应检测电路，将检测到的土壤湿度值送入单片机，再经过单片机处理后通过LCD数码管显示。同时此湿度值也是是否给盆花浇水的参考值。通过单片机程序设定浇水的上下限值并与温湿度采集电路送入单片机的土壤湿度值相比较，当传感器检测到的湿度值低于设定的下限值时，单片机输出一个信号，开始浇水，高于设定的上限值时再由单片机输出一个信号，停止浇水。由单片机从数码管读入月份与每天的实时时刻，通过软件程序设定定时浇水的时间。通过按键开关对当前时间以及定时浇水时间进行设置，共阴数码管显示。

4创新点及应用

4.1基于单片机控制的节水灌溉自动控制模型车制造成本较低、占地小、安装维护方便、运行安全可靠，相比传统灌溉方式来说，具有极高的性价比，更易进行市场推广与应用。

4.2极大的提高操作的准确性，有利于进行科学管理，对操作者本身的要求相对较低，从而能够大大促进了产量的提高。

4.3相比固定安装的农业节水系统，模型车无需复杂安装，不易受外界环境影响，保养维修更加方便，并且，解决了两点测试存在的缺陷问题，能够更加精确的测量土壤湿度，从而给作物提供最合适的水分，避免过度浇水。

参考文献：

[1]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京航空航天大学出版社，2009.8.

作者简介：

郑航（1996—），女，汉族，山东威海人，现为山东大学控制科学与工程学院测控技术与仪器专业本科生。

李凯（1994—），男，汉族，山东烟台人，现为山东大学控制科学与工程学院测控技术与仪器专业本科生。

（作者单位：山东大学）