作物自动灌溉控制系统的设计与实现

唐娟　黄利强　姜新宇

摘要 针对农业生产中智能灌溉和远程自动化的需求，设计并研发了一套基于单片机控制的自动灌溉系统，该系统可对土壤墒情进行监测，对作物进行适时适量自动灌溉。并可利用GSM模块以手机短信等形式将需求信息发送给管理人员，管理人员可远程向单片机发送指令，实现灌溉。初步试验表明，系统稳定可靠，能准确采集土壤墒情信息，实现远程自动灌溉控制。

关键词 灌溉系统；远程自动化；GSM

中图分类号 S277.9+9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）15-0157-02

在作物生长过程中，不同作物及同种作物在不同生长时期对水的需求量都会不同，不合理的灌溉时间和灌水量不仅会影响作物的产量，而且还会不同程度地影响农产品的质量。因此，合理灌溉是作物生长的重要环节。随着现代化农业的不断发展和改善，合理采用自动化程度较高、经济、高效的灌溉系统，不仅可以提高水资源利用率，达到节约用水的目的，而且还可以提高作物的质量和产量，从而对农业现代化建设也起到一定的促进作用。本文设计了一种基于单片机及GSM一体的自动灌溉控制系统，能够实现对作物的远程定时、定量灌溉，具有重要的社会意义及应用前景。

1 系统总体设计

本系统由信息采集模块、单片机控制模块及无线通讯模块构成，如图1所示。由土壤湿度传感器实时采集该地块的土壤墒情，单片机将此数据进行分解、处理和分析后实现定时、定量灌溉；并对泵房内的设备进行自动控制，同时关闭布置在农田中的电磁阀。通过无线数传模块可实现用户与现场设备的远程人机交互，用户可通过 GSM 网络向控制器下发控制命令，控制水泵[1-2]。

2 硬件设计与实现

2.1 信息采集模块

采用带有灵敏度调节电位器四线制FC-28土壤湿度传感器作为信息采集模块的核心，其内部集成有电位器，可通过电位器对土壤湿度的阈值进行调节，也可以通过软件补偿的方式对该功能进行控制。表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电性能，防止接触土壤导致生锈，从而延长使用寿命。具有数字量与模拟量双输出模式，内置具有强稳定性的LM393比较器，集成有电源指示灯和数字量开关指示灯，工作电压3.3～5.0 V。其内部模块电路如图2所示[3]。

2.2 单片机控制模块

该模块可设定自动模式及手动模式。土壤湿度信息通过ADC0832进行A/D转换，将信号送入STC89C52单片机进行分析。在自动模式设置情况下，则该值与设定值上、下限值相比较，若低于下限值，则单片机发出控制信号，启动电机，进行灌溉；若高于上限值时，关闭电机，停止灌溉，实现灌溉设备的自动运行。在手动模式设置情况下，则按照设定好的程序实现定时定量灌溉，并实时将土壤湿度值显示，以达到对土壤墒情实时监测的目的[4]。

传感器、A/D转换与单片机的连接如图3所示。单片机采用STC89C52，自带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，可以反复擦除100次，4个8位并行I/O接口，2个16位的定时器、计数器，中断控制系统以及片内振荡器和时钟产生电路。A/D转换使用ADC0832，是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有1个8通道多路开关，可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的1个进行A/D转换，是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。

2.3 无线通讯模块

GSM模块选用Siemens公司的TC35i，可以很好地完成短消息收发、数据和语音通信。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频（GSM900/GSMl800）、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，可提供标准的AT命令接口。

GSM与单片机之间采用串口通信的方式，与单片机的 TX、RX连接，如图4所示。

3 软件设计

按用户设定的自动或手动的工作模式，系统进入相应程序。在自动模式下，定时检测土壤湿度，实时显示，按用户提前设定的时间启动水泵进行定量灌溉；在手动模式下，用户可随时用手机发送短信给 GSM模块，查询实时湿度，发送指令启动灌溉设备，当湿度超过限定值时，GSM模块自动发送报警短信，提醒用户及时灌溉。系统主程序如图5所示。

4 结语

本系统以STC89C52单片机为核心，使用湿度传感器实时检测土壤墒情，实现定时定量灌溉的自动控制。通过GSM模块，及时发送墒情报警信息，用户可以通过手机短信实现远程灌溉控制。本系统完成了系统的硬件电路设计、软件程序编写。本系统可以用于家庭花卉种植、温室作物墒情控制等方面，成本低、实用性和可操作性强，有一定的应用价值[5-6]。

5 参考文献

[1] 蔡义华，刘刚，李莉，等.基于无线传感器网络的农田信息采集节点设计与试验[J].农业工程学报，2009（4）：176-178.

[2] 唐海弢，陈天华，郑文刚.土壤墒情监测预报技术研究进展[J].灌溉排水学报，2011（29）：140-142.

[3] 聂晶，岑红蕾.精准滴灌施肥自动控制系统的研究与实现[J].节水灌溉，2011（1）：57-61.

[4] 陈磊，许燕，李建军，等.基于WSN和GSM的智能灌溉控制系统设计与实现[J].农机化研究，2017（3）：175-180.

[5] 王語园，孔育琴.基于单片机的大棚智能节水灌溉系统设计[J].科技创新与应用，2016（12）：50-51.

[6] 廖 雄，罗正华，唐毅谦，等.基于GSM短消息的远程温度监控系统的设计与实现[J].成都大学学报（自然科学版），2017（3）：70-72.endprint