摘要
自动控制节能灌溉技术代表着农业最先进的技术发展水平,但灌溉系统智能
化技术水平相对落后,是约束着当前高效农业发展的重要现实问题。论文中就此
问题研究了采用单片机实现的节水灌溉自动管理系统,其核心部分为单片机控制
技术部分,并重点围绕灌水控制及其管理系统的硬件设备,以及系统软件编程各个
部分展开了深层次的探究。
本设计目的是采用了 AT89C51 单片机和 ADC932 的节水灌溉系统。本设计
的电路工作内容主要包括了温湿度采集和 AD 转换等主要功能。为节水灌溉系统
设计的,灌水部分内容则是利用单片机程序设计浇水量的上限值,和经过感应电路
输入单片机设计的土壤湿度值相对比,当小于下限值时,由单片机设计产生一组信
号控制灌水,当大于上限值时再由单片机设计产生一组信息,限制停机灌水。
该套采用单片机控制技术的节水灌溉自动控制器造成本低,且体积较小、安
装简单、对工作环境可靠,对比于其他管理方法而言,性价比较高,也更容易形成产
业,易于推广应用。这是我国灌溉自动控制的又一次创新尝试,为目前种植业在较
低生产率技术水平的情况下,向智能化、市场化方向发展开拓了一个新途径。
关键字:AT89C51; 节水灌溉;湿度的采集和显示;
Abstract
The automatic control energy-saving irrigation technology represents the most
advanced agricultural technology development level, but the intelligent irrigation
system technology level is relatively backward, which is an important practical problem
restricting the development of efficient agriculture at present. In this paper, the
automatic management system of water-saving irrigation realized by single chip
microcomputer is studied. Its core part is the single chip microcomputer control
technology part, and focuses on the hardware equipment of irrigation control and
management system, as well as each part of system software programming.
The purpose of this design is to use AT89C51 microcontroller and ADC932 water-
saving irrigation system. The circuit design mainly includes temperature and humidity
collection and AD conversion and other main functions. Part designed for water saving
irrigation system, irrigation is a limit on the amount of water, microcontroller
programming and the inductive circuit input SCM design value of soil moisture, when
less than the lower limit value, a set of signals generated by the single-chip
microcomputer control, when is greater than the upper limit to a set of information
generated by the microcontroller design, stop water restrictions.
This set of automatic water-saving irrigation controller using single-chip
microcomputer control technology has low cost, small volume, simple installation and
reliable working environment. Compared with other management methods, it has
higher cost performance and is easier to form an industry and be popularized and
applied. This is another innovative attempt of irrigation automatic control in China, and
opens up a new way for the development of crop industry to the direction of intelligence
and marketization under the condition of low productivity and technical level.
Key words: AT89C51; Water-saving irrigation; Humidity collection and display;
目录
摘要................................................................................................................................1
Abstract ..........................................................................................................................2
引言................................................................................................................................5
1 绪论............................................................................................................................6
1.1 选题背景及研究的目的与意义.....................................................................6
1.1.1 选题背景..............................................................................................6
1.1.2 研究的目的与意义...............................................................................7
1.2 国内外研究现状..............................................................................................8
1.2.1 国外研究现状.......................................................................................8
1.2.2 国内研究现状.......................................................................................9
1.3 节水灌溉研究我国现存问题........................................................................10
2 总体设计..................................................................................................................11
3.1 单片机的最小化系统...................................................................................12
3.1.1 单片机的基本组成.............................................................................12
3.1.2 单片机的存储器.................................................................................13
3.1.3 振荡电路和时钟................................................................................14
3.2 LCD1602 简介............................................................................................14
3.2.1 LCD1602 的基本参数及引脚功能....................................................14
3.2.2 显示模块采用 1602 液晶显示接口电路..........................................17
3.3 ADC0832 的简介 ..........................................................................................17
3.3.1 ADC 静态特性 ................................................................................17
3.3.2 ADC 动态特性 ................................................................................17
3.3.3 ADC 性能测试 ................................................................................18
3.3.4 ADC0832 模数转换原理及主要技术指标 .......................................18
3.3.5 ADC0832 的工作过程 .......................................................................18
3.3.6 ADC0832 与单片机的接口电路 .......................................................19
3.4 土壤湿度检测模块.......................................................................................19
3.4.1 比较器 LM393...................................................................................20
3.5 报警及电机驱动...........................................................................................21
4 软件设计..................................................................................................................22
4.1 主程序流程图...............................................................................................22
4.2 显示模块........................................................................................................23
4.3 湿度检测模块................................................................................................24
5 总结..........................................................................................................................26
参考文献......................................................................................................................27
致谢..............................................................................................................................28
附录一 原理图............................................................................................................29
引言
由于我国农村现代化进程的加速,以及农村内部结构的调整和中国已进入
WTO 等原因,对农业灌溉自动化技术的需求也愈来愈高,农业灌溉控制器技术在
中国拥有了很大的市场占有率。节水灌溉控制器近期在国内市场将向着廉价,性
能稳定可靠以及使用简单的方向发展。但从更长远的经济利益考虑,随着新一代
的只能化技术,传感器科技以及现代农业技术的引入广泛应用与普及,将会有自动
化程度更高,性能也更加稳定安全的灌溉控制器问世。
通过近几年的发展,外国灌溉控制器技术已逐渐走向成熟系列化,但由于价格
比较昂贵,在国内虽进口了不少,但大多是在农村示范区,小单位。尽管外国生产的
灌溉控制器性能越来越高,但由于不能考虑中国独特的自然气候土壤资源以及农
业经济情况等原因,所以从外国进口的灌溉控制器技术在国内使用并不普遍。而
国内企业尽管有许多人研制灌溉器,但大都是较小型,对实验和理论方面的研究应
用也没有很广泛。究其原因,一则是研制性能完备的灌溉控制器需要巨大的技术
人才和物质资源的支持,同时需要多部门,多专业的技术融合,这也在一定程度上
制约着性能的完备,适应性较强的控制器的发展。其次是现在研制起来的灌溉控
制器价格比较昂贵,农户虽然知道可以节约劳动力和利用灌溉水提高产量,但是因
为一次性投资过大,许多农户根本负担不起,这也就在一定程度上影响了灌溉控制
器的广泛应用。
现代智能化自动控制器是实现农产品浇灌控制系统田间管理工作的最有效
技术手段与操作技术工具,他能大大提高作业准确度,促进农产品浇灌控制系统的
有效管理工作,从而减少了对操作员本身素质的要求。除了能够大大减少工作量
外,更关键的是他还能够准确,按时,定量有效地为作物自动补给水份,以进一步提
高产率,品质,节水和节能。但现代浇灌控制仪的研究应用在中国的农村和园林领
域为数不多,和发达国家比较,还有很大的技术差异,还基本停留在人工作业上,只
是通过经验法来判断每日浇水频次与每日浇水数量,一旦浇水数量和作物实际供
水量都相对比较低时,便无法有效的促进作物健康成长;但如果浇水用量太大,肥
水缺乏,就会导致大量资金耗费,而且中国传统的浇水法还要求由有关的技术专家
进行考察和经验引导农村生产,劳动生产率低下,但又无法和中国现代化农业在向
优化,高效化方面发展相一致。