基于单片机的智能灌溉系统设计

周宇　赵彩云　郑颖

摘 要：旨在建立一个基于AT89C51单片机的智能灌溉系统。系统将YL-69温湿度传感器的检测数据发送到单片机中进行信息处理，同时将分析的信息数据通过LCD1602进行显示，当达到报警值时，系统报警，同时打开水泵，自动灌溉。

关键词：AT89C51单片机;温湿度传感器;自动灌溉

中图分类号：S274.2文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.056

0 引言

中国自古以来就是农业生产大国，农业技术的进步也在不断更新换代。为了能够增加产量，科学种植越来越被重视。在植物生长过程中，保证水分充足、温度适中是植物生长过程中的重要因素，设计该系统可以有效地控制土壤的湿度，智能灌溉取代传统灌溉模式。

1 系统方案设计

此次设计是一款智能浇灌系统，可在无人监管的情况下通过控制水泵输水来调节植物生长所需环境。系统通过单片机进行整体控制，使每个子系统模块协同工作。首先通过YL-69温湿度传感器对土壤的湿度進行检测，通过A/D转换将信息传输到单片机中，通过LCD对信息进行显示，当检测的土壤湿度值达到设定的临界值时，蜂鸣器工作触发报警，同时水泵开启，自动灌溉。系统主要包括单片机控制模块、显示模块、湿度检测模块、水泵控制模块、报警模块。

1.1 芯片选择

控制单元选用AT89C51，其性能具有低电压、性能高、价格便宜等优点，同时可以与MCS-51系列很好的兼容。ADC0832的A/D转换是一种双通道和8位分辨率的转换芯片。其性能主要是体积小、性价比高、兼容性好。继电器的控制电阀工作电压比较低，大约在5 V左右，系统使用05VDC-SL型继电器。此继电器价格低，使用方便。显示器选用的是LCD1602，可以显示32个英文字母、阿拉伯数字等字符。

1.2 系统结构设计

本系统由电源接口模块、显示模块、土壤检测模块、继电器控制水泵模块、报警模块等主要部分组成。

AT89C51微控制器包含一个具有高增益方向的开发设备。XTAL1引脚是放大器的输入端子，XTAL2引脚是放大器的输出端子。为了实现稳定的自激振荡电路，在以上两个引脚上加晶体振荡器。单片机产生时钟的方式主要包括内部时钟和外部时钟两种。

（1）内部时钟模式是通过微控制器的高增益放大器和外部连接的晶体，修剪电容器结构时钟电路的生成方式。在内部时钟模式下，通常使用30 pF或40 pF作为调谐频率，以确保振荡器的可靠性、稳定性，减少寄生电容。在本系统中单片机通常采用的是外部电路连接简单内部时钟电路的方式。

（2）外部时钟电路在单片机之外的其他电路中产生。与单片机的XTAL1引脚端口进行连接。

YL-69土壤湿度传感器是一种常见的简单土壤湿度传感器。其工作原理是当环境湿度变化时，湿度传感器的电容器会感应湿敏电容器存在的环境中的介质发生变化，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值正比于湿度值。由于湿敏电容的高灵敏度和快速响应，滞后很小，因此湿度传感器的敏感电容器易于集成化。在该系统中，采用YL-69土壤湿度传感器对土壤水分数据进行收集。

ADC0832是一个8位转换器，其串行接口通过三条线路连接到微控制器。具有性价比高、低耗能等优点，适合使用在小型智能设备中处理绝大部分的模拟量，误差小且转换速率高，性能稳定。

关于继电器方面，本系统采用的是电磁继电器。电磁继电器大多数是由线圈、铁芯、衔铁及触点簧片等构成。只要一定电流流过线圈，就会在继电器内部发生电磁效应从而产生磁力。在磁吸力的作用下，电枢迅速克服弹簧张力的影响，将会吸附在常开触点上，使得电机开始工作。当线圈未通电时，电磁效应也会消失。电枢将在弹簧张力的作用下返回其原始位置，即触点将断开。通过控制线圈的通电和断电，电枢很快地实现了两个触点之间的选择性连接，使其达到电路断开及导通的目的。

2 硬件调试

此设计可检测土壤湿度并通过LCD显示屏显示信息。通过单片机对湿度上下限进行设定，当湿度低于一定值时，通过单片机进行蜂鸣器报警，同时对水泵进行控制，进行自动灌溉。当湿度达到检测值时，泵关闭，停止浇水。

3 结论

本文设计的智能灌溉系统具有造价低、易于操作、结构简单、灵敏度高、智能化等优点，在无人看管的情况下仍然可以对植物进行正常的灌溉。系统可以实现自动灌溉，实时监控显示土壤信息，做到足不出户便知土壤信息变化，一定程度上减少了人工灌溉的次数，同时更加科学的针对灌溉时机进行把握。

参考文献：

[1] 冯建华，赵亮.单片机应用系统设计与产品开发[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[2] 陈永甫.红外探测与控制电路[M].北京：人民邮电出版社，2005.