摘要
随着科学技术的日益发展，特别是智能技术的发展，智能化的微灌溉技术应用范围越来越广泛。智能化的微灌系统可以实现大面积的作物田间灌溉，在很大的程度上节约人力、物力，实现作物生长大面积的管理，实时掌握作物的生长环境。开发简单、快速、实用的微灌智能设计具有重要的意义。
此次设计的是通过选择SHT11温湿度传感器对土壤的温度以及湿度等重要物理量进行采集，将采集到的信号交给51单片机系统进行处理，通过用c语言的编程实现在需要时驱动相关外部设备，对目标区域进行自动精确地智能灌溉。
关键词：51单片机温湿度传感器 c语言
Abstract
With the increasing development of science and technology,especially the development of Intelligent Technology,the application range of intelligent micro-irrigation technology more widely.The intelligent micro-irrigation systems can achieve a large area of crop field irrigation,and save to a large extent on the manpower,resources,management of the crop area,real-time control environment for the growth of crops.Development of simple,rapid,practical micro-irrigation intelligent design is of great significance.
The design is by SHT11 temperature and humidity sensors on the soil temperature and humidity,and other important physical collection,the collected signal to the 51 single-chip system for processing,related to an external device driver when needed by using c language programming achieve automatic precision smart irrigation,the target area.
Key words: 51MCU temperature and humidity sensors c language
目录
摘要 .................................................................. I Abstract .............................................................. II 引言 (1)
1 概论 (2)
1.1国内外现状及发展趋势 (2)
1.2设计的背景及意义 (3)
1.3本设计所做的工作和内容 (4)
2 系统总体设计与分析 (5)
2.1 总体方案 (5)
2.2 系统方案论证 (5)
3 系统硬件设计 (6)
3.1 温湿度采集转换模块硬件设计 (6)
3.1.1 SHT11介绍 (6)
3.1.2 工作原理 (7)
3.1.3 输出特性 (8)
3.1.4 寄存器配置 (8)
3.1.5 接口电路 (9)
3.2 单片机系统硬件设计 (10)
3.3 LCD显示硬件设计 (11)
3.4 键盘控制模块硬件设计 (12)
3.5继电器（指示灯接口）模块硬件设计 (14)
3.6 时钟模块硬件设计 (14)
4 系统软件设计 (16)
4.1 系统整体框架介绍 (16)
4.2温湿度采集转换模块软件设计 (20)
4.3 键盘控制模块软件设计 (22)
4.4 LCD显示模块软件设计 (25)
5电路仿真 (28)
6结论 (32)
致谢 .................................................. 错误！未定义书签。参考文献 .............................................. 错误！未定义书签。附录 .................................................. 错误！未定义书签。
引言
在全球淡水水资源越来越缺乏和农业现代化的当今世界，农业高度集约化种植模式（耕作、种植、灌溉、施肥、收获等）和“工厂化”特征日趋显著。在精确化农业的生产过程中，如今发达国家发展现代农业的主要的手段是运用高科学技术和高新技术的装备。在灌溉的技术上对农作物的生长过程智能化的控制要求正在提高。大多数发达国家农业的灌溉系统几乎全部采用计算机的控制方式，基本上实现了系统智能化。微灌技术和设备在我国还处于研究和待开发阶段，系统的成套性还较差，主要部件品种少，质量不稳定。因此，加速开发成套、适用、可靠、先进的灌溉系统是我国今后节水灌溉设备发展的主要方向。自动控制灌溉系统，基本上还是手动阀门来操作。自动控制器等方面还有待于进一步开发和应用。微机和单片机等自动控制检测系统装置，已经在某些微灌工程中应用和实验，初步显示出微灌采用自动化的管理系统优越性和先进性。
1 概论
1.1国内外现状及发展趋势
微灌技术的研究在中国的起步还不算太晚，自1974年引进墨西哥的滴灌设备我国的微灌技术试验研究正式开始。该过程经历了1974到1980年之间的引进消化和吸收，设备的研制与应用实验及试点阶段；1981到1986年之间经历了设备产品的改进和应用试验的研究以及扩大试点的推广三个阶段；从1987年到现在直接引用了国外先进的科学技术，进入了从高起点上对研发微灌设备的产品开发阶段。基于引入、吸收发达国家先进科学技术的基础上，结合了我国国情，从经济上的实用，便于安装和利于推广的主要几点出发，在个地相关关部门的合作与努力的情况下，开发微灌技术、生产研制设备和科学实验等多方面都取得重要的成果，我国的微灌技术日趋步入成熟。
但是由于我国正处于初级阶段的微灌技术研究，近些年来自己研制、开发与生产微灌设备的产品不管是在质量方面和性能方面与发达国家相比较，差距存在还是比较大的；同发达的国家相比较更大的差距存在于微灌工程设备的组装配套和自动控制方面。例如灌溉设备系统成套性比较差，配套的水平偏低；主要的几个部件的品种规格太少，质量相对来说不稳定，没有很好的系列化；关键的设备稳定性和耐久性都比较差；自动化和综合功能技术程度不是很高，基本上还处于手动的操作方式，以至于整体的综合效果和收益都不高。
随着现代化高科技不断的发展，各种智能化家电、数码产品走入进人们的日常生活，网络作为人们现代生活中人际的交往和获取知识的一个必不可少的平台。考虑到现代化高科技的发展，未来的智能浇灌系统也有希望朝一下这些方面发展。
智能化
随着传感器的技术、计算机处理技术和自动智能控制技术的持续发展，温室中的计算机环境的控制系统应用将会由以数据采集处理和监测的简单方式，渐渐转向以数据处理和应用为主。所以软件系统的研制和开发将会得到不断完善，其中专家系统为主的智能化管理控制系统已经取得了不少的研发成果，并且其应用的前景是非常广阔的。
网络化
目前，网络已经成为最具有活力，发展速度最快的高科技领域。网络的通信技术发展促进了信息的传播。设施的产业化程度的提高成为可能。
综合环境的调控
所谓综合环境调控，就是以实现目标植物的正常生长为目标，把影响目标植物生
长的多种环境参数(如光照、温度、湿度等)都保持在适宜目标植物生长的状态，并尽可能的使用最少的环境调节装置(采光、遮光、通风、保温、加湿等)。
智能和无人操作将会是未来的各种行业的发展趋势，不仅能大量节省人们的宝贵时间还能更好的控制各种成分的细微比例做到人们自己动手所不能做到的效果。
高移植性
稍微修改一些系统的参数及设备即可应用于别的环境下，省时省力，节省大量资金及研发成本。
在不久的将来，不仅能实现对办公室花卉的控制而且可以实现路边及所有公共场所花草树木的自动灌溉，而且可以加入远程控制，可视频控制，更大限度的节省人力物力，这将是世界浇灌系统的一个发展趋势。
1.2设计的背景及意义
水是生命之源，同样它也是国家经济发展的主要因素，人类生存必不可少的因素，水的重要性在国际上已经得到了共识，水资源开发和保护已经被各国家所重视。而需要如何高效率利用有限的淡水资源，尽最大能力发挥水资源的效益己经成为看一个全球性极其有待解决的重要课题。
诸多的缺水国家当中，作为水资源极其短缺国家之一的中国。水资源的利用率和利用效率低下使水资源在节流方面呈现巨大的挖掘潜力，因此节水成为历史发展的必然。
伴随着人们快节奏的生活、工作、学习，人们已没有很多时间去精心照顾自己种的花卉植物等，因此市场上急需一种可以代替人类劳动的产品。
由于现在市场上很多的喷灌设备主要是是针对温室、露天农作物、森林等大面积植物喷灌，而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有，也没有达到自动化的水平。
现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，由于现代生活节奏的加快，人们往往忙于工作而忘记定期、及时地为花卉补充水分及养料，或者由于放假回家而将花放在办公室没有人管理导致花木枯死。已有的浇水器需要有人控制或者定时的浇灌，不能根据植物正常生长所需要的光照、水分、温度来实时调节植物生长环境的参数，不利于花木的成长，而且现在的名贵花如果因为以上原因而死亡得不偿失，鉴于以上情况，市场上急需提供一种能够根据光照、温度、湿度及光照的变化自动将水分和及光补充给花木，达到定期、及时浇灌花木的花木自动浇灌器。
1.3本设计所做的工作和内容
此次设计采用AT89S51开发板作为单片机最小系统，基于Keil仿真软件来完成软件开发，用protues仿真工具软件设计电路图以及做模拟仿真。开发板包括AT89S51芯片（8位微控制器）及其外围的基本模块，外围模块包括：晶振电路（OSC）、复位电路（RESET）、键盘（包括复位和扩展按键）、DS1302时钟电路等。所以，本次设计需要做好以下工作：
(1)学习单片机原理等资料。
(2)学习Keil、Protues等工具软件的使用方法。
(3)用Protues仿真工具软件来设计本系统的电路图。
(4)用Keil开发软件来编写程序并调试成功。
(5)结合系统的电路仿真图用Protues仿真软件进行仿真调试。
(6)用51单片机实验板进行实物调试争取达到预期的结果。
(7)撰写项目论文
2 系统总体设计与分析
2.1 总体方案
根据设计功能要求，系统可分如下部分：
温度监控：对环境温度进行测量，并通过单片机处理显示环境温度。
湿度监控：对环境湿度进行测量，并通过单片机处理显示相对的环境湿度。
灌溉处理：当相对湿度越限时，继电器工作导通外部的灌溉电路。
显示： LCD实时显示温度、相对湿度及时钟日期。
键盘控制：当前温度与相对湿度值显示的转换、时钟的调节及年月日与时分秒的显示转换。
2.2 系统方案论证
当将单片机用作测控系统的时侯，系统必须有被测的信号通过指定输入通道，再由单片机来收集需要的输入信息。相对于测量的系统来说，它的核心任务是如何准确获得被测信号；但是对于测控系统来说，除了被测试控对象状态的信号，还应该把测试的数据和控制的条件对比并在需要的时候控制相应执行设备。
传感器作为实现测量和控制的第一环节，是测量控制系统关键的部件，假如没有传感器对被测信号进行可靠的捕捉和数据的转换，所有的测量和控制都将会没有办法去实现。
在本次系统设计中，我们选择SHT11来作为本设计的温湿度传感器。
SHT11传感器是一种包含已校准的数字信号输出的温度与湿度复合的传感器。该传感器包含了一个电容聚合体的测湿功能元件与一个能隙的测温功能元件，并且和一个14位数模转换器和串行接口电路在相同的芯片上完成了无缝的连接。所以，该芯片有品质好、抗干扰的能力强、响应快、性价比高等一系列的优点。所有的SHT11传感器都是在湿度校验室中进行特别精确的校对调准。校准好的系数以程序代码的形式存储于Otp的内存当中，在信号处理过程中传感器内部要调用已经校准好的系数。两线制接口和内部的基准电压，使系统的集成简单快捷化。体积小、功耗低的特点使得该传感器成为各类应用场合的最好选则。
3 系统硬件设计
本系统硬件包括：温湿度采集转换模块、单片机及附属电路、键盘控制、LCD
显示、时钟模块、继电器电路等部分的设计。系统整体电路框图如图3.1所示。
图3.1 系统整体电路框图
3.1 温湿度采集转换模块硬件设计
3.1.1 SHT11介绍
SHT11是瑞士Sensirion 公司研发出的基于CMOSensTM 技术的较为新型检测温度与湿度的传感器。该种传感器把CMOS 芯片技术和传感技术相结合起来，从而体现了这两种技术优势互补的强大功能。
SHT11检测温度与湿度传感器的主要特征：
1、用COMSensTM 技术将信号的放大调理、温湿度传感、A/D 转换、I 2C 总线接口这些模块集成到一个芯片中；可以给出校准后相对的湿度和温度值的输出；稳定性卓越；14位的湿度值的输出分辨率以及12位的温度值的输出分辨率，并且可以对应的编程为12位以及8位。
2、SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面式贴片封装，管脚的排列如图3.2所示，它的引脚说明如下：
ATMEL 89C51
单片机
温湿度采集转换模块
键盘控制
LCD 显示
继电器电路（指示灯
指示电路）
时钟模块
(1)GND：接地端；
(2)DATA：双向串行数据线；
(3)SCK：串行的时钟输入；
SCK用在微处理器和SHT11它们之间的通讯同步上。由于其接口含有完全的静态逻辑，所以没有最小的SCK频率。
(4)VDD电源端：0.4～5.5V电源端；
SHT11的供电电压为2.4～5.5V。该传感器给出工作电压后，要等待11 ms用来越过“休眠”状态。在这个时间段不需要发送给它任何指令。电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容，用以去藕滤波。
(5)NC：空管脚。
3.1.2 工作原理
SHT11运用电容式结构来对温度与湿度进行检测，并且传感器芯片的电容的组成运用了聚合物的覆盖层与具有不同保护的微型结构的检测电极系统的组合，除了保持了电容式的湿敏器件原有的特征外，还可以自行抵御一些来自外界的干扰。出于其由温度传感和湿度传感两个部分相结合成单一个体的原因，所以测量的精度高而且可以精确得到露点值，而且不会同时产生因为温度传感和湿度传感两部分之间随着温度梯度值的变化而引起误差。CMOSensTM技术不单是将温度与湿度传感器互相结合，并且还把信号的放大、校准数据的存储、模／数的转换、标准的I2C总线等这些电路集成于单个芯片中。SHT11传感器内部的结构框图如下：
SHT11的每个传感器的校准都是在特别精确的湿度室里进行的。该传感器校准系数首先存放于OTP内存中。校准后的相对湿度传感与温度传感模块和一个A/D转换模块（14位）相互连接，可以把已经转换的数字温度值和湿度值传给二线的I2C总线模块，从而完成数字信号与符合I2C总线协议串行的数字信号的转换过程。
出于传感器和电路的部分是结合于一起的，所以与其它类型的湿度传感器相比SHT11传感器具有更加优越的性能。首先增加了传感器信号强度，增强了该传感器的
抗干扰能力，从而保证了该传感器长期的稳定性；数模转换同一时间的完成从而大幅度的降低了该传感器对外界干扰敏感的程度。
3.1.3 输出特性
(1)湿度值输出
SHT11可通过I2C总线直接将数字湿度值输出，它的相对数字湿度值输出的特性曲线如下图3.4所示。由图3.4可看出，SHT11输出的特性曲线呈现出非线性，可按照如下所示的公式修正湿度值用来补偿该湿度传感模块的非线性：
Rhlinear=C1+C2SORH+C3SORH2
式中，SORH是该传感器的相对湿度的测量值，系数的取值如下：
12位：SORH：C1 = －4，C2 = .0405，C3 = －2.8 × 10－6
8位：SORH： C1 = －4，C2 = 0.648，C3 = －7.2 × 10－4
(2)温度值输出
由于SHT11的温度传感模块的线性很好，所以可以用如下的公式把温度的数字输出直接转换成为实际的温度值：
T=d1+d2SOT
当供电电源的电压是5V而且温度传感模块分辨率是14位时，d1 = －40，d2 = 0.01，当SHT11的温度传感模块的分辨率是12位的时候，d1 = －40，d2 = 0.04。
3.1.4 寄存器配置
该传感器是通过状态寄存器来实现其中一部分的高级功能，寄存器各位的类型及说明如表1所示。下面是对寄存器的相关位进行功能说明：
(1)加热
芯片的加热开关导通后，该传感器的温度约增加5℃，从而使功耗增加至8mA*5v。加热的用途如下所示：
a 经过对启动加热的温、湿度前后进行对比，能够对传感器功能进行一个正确区别；
b 传感器假如指定环境相对湿度比偏高的情况下可以通过加热以防止冷凝现象的发生。
(2)电源低电压的检测
SHT11在工作的时侯可以自行的检测Vdd的电压是否小于2.45伏，。
(3)校准系数的下载
为了提高速度，OTP在每次的测量前都会重新下载标准的校准系数，可以使测量每一次都节省8.2ms的时间。
(4)分辨率的设定
把测量的分辨率从14位（温度）和12位（湿度）分别减到12位和8位可以应用在高速度或者是低功耗的场合。
表1 SHT11状态寄存器类型及说明
位类型说明默认值
7 保留0
6 读工检限（低电压检查）X
5 保留0
4 保留0
3 只用于试验，不可以使用0
2 读/写加热0 关
1 读/写不从OTP重下载0 重下载
0 读/写
'1'=8位相对湿度，12位温度
分辨率。'0'=12位相对湿度，14
位湿度分辨率
12位相对
湿度，
14位湿度
3.1.5 接口电路
AT89C51与SHT11的接口电路如图3.5所示。
图中，SHT11的DATA端口通过一个10K的外部上拉电阻与单片机连接。由于P2口内部已有上拉电阻，所以本次设计DATA端口连接单片机的P2.7口时不需要上拉电阻。
图3.5 AT89C51与SHT11的接口电路
3.2 单片机系统硬件设计
本系统中，我们采用美国ATMEL（爱特梅尔）公司生产的AT89C51单片机作为主控芯片。AT89C51单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业8051产品指令和引脚完全兼容。
AT89C51单片机具有以下的标准功能：4k字节Flash， 128字节RAM，32位I/O 口线，两个16位定时器/计数器，可编程串行通道，5个中断源，低功耗的闲置和掉电模式，片内晶振及时钟电路。图3.6所示为AT89C51单片机最小系统原理图。
图3.6 单片机最小系统
3.3 LCD显示硬件设计
由于本次设计要求实时显示时钟、温度和相对湿度，所以传统的LED数码管远远不能满足要求，在这里我们采用1602工业字符型液晶，能够同时显示16X02即32
个字符。（16列2行）如图3.7所示：
图3.7 LCD 硬件显示模块
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线 VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，如表2（引脚说明）表3（寄存器的选择控制）所示：
表2 1602引脚说明
引
脚
符号功能说明
1 VSS 一般接地
2 VDD 接电源（+5V）
3 V0 对比度的调整端，连接正电源的对比度最为微弱，连接地端电源的对比度最强，使用时可以通过用10K电位器来进行对比度
的调整。
4 RS 寄存器的选择，高电平1时会选择数据的寄存器、低电平0时
会选择指令的寄存器。
5 R/W 读与写信号线，高电平(1)时进行读的操作，低电平(0)时进行
写的操作。
6 E E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。
7 DB0 低4位三态、双向数据总线 0位（最低位）
8-1
DB1-3 低4位三态、双向数据总线 1-3位
11-
13
DB4-6 高4位三态、双向数据总线 4-6位
14 DB7 高4位三态、双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）
15 BLA 背光电源正极
16 BLK 背光电源负极
表3寄存器选择控制
RS R/W 操作说明
0 0 写入指令寄存器（清除屏等）
0 1 读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0~DB6）值
1 0 写入数据寄存器（显示各字型等）
1 1 从数据寄存器读取数据
注：关于E=H脉冲——开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0.
busy flag（DB7）：在此位为被清除为0时，LCD将无法再处理其他的指令要求。
3.4 键盘控制模块硬件设计
在单片机系统中，按接口形式把键盘分为两大类：编码式键盘与非编码式键盘。由硬件逻辑电路来编码式键盘完成键识别的工作和可靠措施。每一按键，键盘会自动的提供出该按键读数，于此同时用产生的选通脉冲来通知给微处理器。这种键盘比较容易使用，但是硬件结构复杂，主机任务会相对繁重。而非编码式键盘主要包括有独立按键结构的键盘与有矩阵按键结构的键盘两种。
矩阵结构键盘适合用在按键数量偏多的场合，由行线与列线来组成，按键在行列交叉点的位置上，节省I/O口。独立按键结构就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线按键的工作状态是不会影响其他I/O口线按键的工作状态。因此，用输入电平状态的检测可以很容易确定是哪个按键按下。此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。
由于本次设计只用到6个键，所以采用独立式键盘，在程序设计中采用查询的方式来识别按键。本次设计共6个键，分别为时钟调整键（Set(S4)、Up(S5)、Down(S6)、
Enter(S7)、sd(S3)）和温度相对湿度转换键kk(P2^3)。如图3.8所示。
图3.8 键盘控制模块
3.5继电器（指示灯接口）模块硬件设计
在智能微喷灌控制系统中，采集到的参数在进行进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与给出的标准参数上下限给定值进行比较，如果高于上限值(或低于下限值)则驱动相应的外部灌溉电路，对目标区域进行微喷灌。
本设计采用了继电器电路来驱动相应的外部灌溉电路用来实施对植物的灌溉。
考虑到继电器仿真效果不明显，设计采用指示灯电路代替该效果。通过AT89C51给出处理信号。当相对湿度值高于上限值(或低于下限值)时，由指示灯指示电路模拟外部灌溉电路的导通与断开。相应的继电器模块和替代的指示灯接口模块如图3.9
所示：
图3.9 继电器模块与指示灯接口模块
3.6 时钟模块硬件设计
本次设计的时钟模块选用由Dallas公司(美国)推出的DS1302，它具有小电流充电的能力、功耗低的实时时钟的电路结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。
可以对年月日和时分秒进行准确的计时，且有对进行闰年补偿的功能。
该芯片采用的是三线接口和CPU同步通信的技术。DS1302的内部的31×8的RAM 寄存器是用来临时存放数据。它作为DS1202升级后的产品，与DS1202互相兼容，但是它加了主电源/后备电源的双电源的引脚，于此同时也让后备电源可以进行小电流的充电。
DS1302引脚的排列,VCC1是后备的电源，VCC2是主要的电源。主电源被关闭情况下，它也可以保持时钟连续的运行。DS1302是由Vcc1和Vcc2中较大的提供工作电压。X1和X2是DS1302的振荡源，外部连接的是值为32.768Khz的晶振。Rst作为复位/片的选线，对所有的数据传送的启动是通过将Rst输入驱动置高电平来进行的。Rst的输入包含两种功能：首先，Rst导通控制逻辑，允许地址/命令的序列送给移位寄存模块；其次，Rst会提供终止字节数据传送的手段。当给Rst置高电平，初始化所有数据的传送，允许DS1302的操作。假如处于传送过程中时，当给Rst置低电平，那么将会终止当下数据的传送，I/O引脚则改变成高阻态。在上电后，在VCC>2.0V 之前，Rst必须维持在低电平。只有当Sclk置为低电平的时侯，才能将Rst置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)。Sclk为时钟输入端。
DS1302时钟模块电路如图3.10 所示：
图3.10 时钟模块电路
4 系统软件设计
本次设计软件系统主要包括：温湿度采集转换模块、键盘控制模块、LCD显示模块、继电器驱动模块等。
4.1 系统整体框架介绍
当单片机上电复位后，系统开始运行程序，时间日期和温度值（相对湿度值）会实时显示的液晶显示器上，按下相应的功能键可以对温度值显示与相对湿度值显示的转换和显示时间的调整。当按下温湿度调整功能键时，LCD显示器上会有相应显示。当按下时钟调整功能键时，可以调节当前的时间值。当采集到的相对湿度值高于上限值(或低于下限值)则由继电器驱动相应的外部灌溉电路，对目标区域进行微喷灌。系统整体的软件流程方式如图4.1所示：
图4.1 系统整体的软件流程图
系统主函数部分的代码：
void main()
{
基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计摘要： 水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。 发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。 我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。 本次设计是采用PLC控制多路不同的土壤湿度，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。 关键词：自动浇灌; PLC; 湿度传感器；农业自动灌溉系统
智能化灌溉系统的设计与实现 O 引言 我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能灌溉系统在这种背景下应运而生了。智能灌溉系统不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感器技术的智能灌溉系统是我国发展高效农业和精细农业的必由之路。智能灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 我国北方各省水资源缺乏，然而多年来使用传统方式为植株浇水不仅效率低、成本高而且浪费十分来重。对于大面积种植的棉田实现精准灌溉，不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低生产的成本。 由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情，实现灌溉管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情以及农作物需水规律等方面做统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。如何利用有限的水资源，走“节水农业”已经成为农业生产获得最佳的效益和持续稳定发展的增长点。因此使用自来水发电的智能灌溉系统，控制喷灌和微灌系统，能有效地减少田间灌水过程中的渗漏和蒸发损失。现有的灌溉系统都要外接电源，存在一定的安全隐患且较麻烦。本系统可在无供电条件的地区使用，其最大优点为节水、节能、节约劳动力。 1 设计目标与实现方案描述 针对现有的智能化灌溉系统都需要外加电源供电，存在一定安全隐患，而且现有的自动灌溉装置的程序一般固化在系统的程序存储器内，只能简单地设置灌溉时间及循环时间，不能灵活根据季节不同自动调节等缺点，该系统将小型直流发电机接上风叶至于密封特制的盒子中，用水流带动风叶旋转来发电，再将电能储存到蓄电池中以给监控电路和电磁阀供电。该装置是以湿敏电阻和光敏电阻检测信号，自来水发电用作供电的一种无需外接电源的自动灌溉装置。该装置监控电路由信号采集部分，灌溉控制部分，电源部分，执行部分4部分组成。如图1所示。 1．1 信号采集部分 1．1．1 土壤湿度检测 采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器，它在25℃时响应时间小于5 s，检测土壤含水量范围为O～100％。 当湿敏传感器插入土壤时，由于土壤含水量不同，使得湿敏传感器的阻值也不同。通过湿敏电阻和IC1NE555判断湿度强弱，如果是土壤较干燥，湿敏电阻阻值较大，NE555翻转，输出高电平(约为电源电压)。 调整时，将湿敏电阻插入水内，调Rp1使NE555的3脚输出为12 V，然后将湿敏电阻从水中取出并擦干，调Rp1使输出0 V，这样反复调节多次即可达到要求。 1．1．2 日光强弱检测 通过光敏电阻和NE555判断光线是否强烈，如果是中午光线较强烈，IC2 NE555的3脚输
基于单片机的模拟智能灌溉控制系统 摘要 随着农业生产水平的不断发展以及全球水资源的日趋紧张，世界各国都在积极探索行之有效的节水途径和措施。智能灌溉控制系统就是为了解决水资源不足、提高灌溉效率而发展起来的。本文研究的单片机智能灌溉控制系统，是对土壤的温湿度进行实时监控，参考实际温度值设定适宜的湿度下限值，并按照设定的湿度值进行相应的灌溉。 该智能灌溉控制系统以STC89C52单片机为核心，主要由温湿度传感器DHT11模块、按键输入模块、显示模块、水泵模块等组成；软件选用C语言编程。该系统的功能是：根据土壤湿度传感器检测到的土壤湿度，若检测到的土壤湿度值低于系统所设定的最低湿度值，系统则自动启动系统，进行灌溉。通过对硬件实物的测试，系统能够比较成功的实现目标功能。 【关键词】单片机；传感器；LED显示；水泵；灌溉
Simulator smart irrigation control system based on single chip microcomputer Abstract As the level of agricultural production and the continuous development of global shortage of water resources,countries in the world are actively exp loring effective ways and measures for water conservation.Intelligent irrigati on control system in order to solve the problem of water resources,improve t he efficiency of irrigation and developed.This paper studies theintelligen t irrigation control system,temperature and humidity in the soil was monit ored in real time,refer to the actual temperature value setting and humidit y limit appropriate value,according to the set humidity value for the cor responding irrigation. The intelligent irrigation control system based on STC89C52single chi p microcomputer as the core,mainly by the temperature and humidity sensor DHT11module,key input module,display module,pump module;soft wareused C language programming.The function of this system is: accordin g to thesoil moisture,soil moisture sensor to detect soil humidity,if the detected valueis lower than the lowest humidity system setting,automati c starting system,irrigation.By physical testing,system can realize th e function o f relatively successful. 【Key words】Single-chip Microcomputer；Sensor；LED Display；Water Pump； Lrrigation
毕业设计(论文)题目智能灌溉系统的研究与设计 教学点 专业 年级 姓名 指导教师 定稿日期：2011 年6月1 日
摘要 本系统系统通过选择合适的传感器将对土壤中含水量以及空气湿度等重要物理量进行采集，通过信号及采集部分将其转化为数字信号，交给单片机系统进行处理，通过智能控制部分，在需要时驱动相关外设，进行自动精确定位地灌溉。具体流程图如下： 工作过程流程图
关键字：智能控制精确定位密封湿度传感器差动放大顺序通电 液晶显示 机械设计部分 整体的机构形式如下所述： 水由出水口接入，经过水泵增压后，经过导水软管，最后从管的另一端喷射出来。机械臂主要由导水软管，套筒，舵机，步进电机和与电机配合的传动装置组成。套筒下端固结有加工上锥齿的圆环，电机通过锥齿轮传动，带动套筒转动。舵机固定在套筒上，当套筒旋转时，舵机也随套筒旋转。导水软管穿过套筒与固定在套筒上端的舵机相固结，当舵机臂摆动时导水软管喷头处完成竖直方向的调整，以使喷出的水能够调整远近。而套筒转动则实现了喷水方向的调整。这样，通过水平旋转及竖直摆动，实现了喷灌的精确定位。考虑到水对电机、齿轮传动部分的腐蚀影响，电机及其与套筒的传动部分通过密封箱密封，导线引出，连接到控制电路部分及电源部分，以实现对机械系统的电力输入及控制。机械臂通过套筒下端深埋入土壤进行固定。这种方案是我们经过多次调整最后确定出来的。下图为我们用机械仿真软件pro/engineer制作的图形（具体见附图）
我们的创新体现在我们的设计过程当中。在喷口的设计中，由于市场上所售的喷头多利用水压将水达到某个固定位置，因此不能实现喷灌位置的可调性要求。因此喷管管口需要重新设计。在喷头处，我们曾试验过多个方案。其中一个就是拟定用钢管作导水管，将水直接引到喷头，而喷头处设计成喷口可以转动的形式，通过增加一个电机并通过细杆与喷头处连实现竖直方向的转动，水平方向的转动还是靠另一个电动机带动套筒来实现（具体见附proe仿真图）。但是这种设计有两个问题我们没能解决。第一个问题就是密封的问题，喷口转动时对其密封要求较高，且此处水压较高，更增加密封难度。第二个问题就是底部的电机如何使上部的喷头进行竖直方向的摆动。此处传动距离较长，增加材料势必增加水平转动电机的负载，且此电机好密封，极易漏水烧毁电机。于是我们直接采用了接导水软管的方法。导水软管是用一种软橡皮材料做成的，我们在进行试验时，一端接从水泵流过的水，一端穿过套筒固定在舵机上，有较好的弹性，使灌溉机械臂在转动时，水管不会产生较大的阻力矩，也不会发生塑性变形影响使用。这种形式的优点是结构简单，使用方便，一根管足以解决喷头出的设计问题。缺点是电机带动套筒的转角不能持续朝一个方向转动，否则水管会打结使水流不通，且从水管浇灌到地面的水流呈柱状，对地面冲击较大。软管长期拉伸压缩会造成水管脱胶，碎裂等问题。 在实际设计计算中，需进行软管的拉压的疲劳强度的校核，及齿轮传动的校核计算。通过查机械设计的手册可以计算出所需的材料及其他要求。 在进行设计的过程中，我们查阅了上市的喷头的基本的工作原理，对其有了初步的了解。在进行结构设计得过程中，我们查阅了相关的机械原理、机械设计方面的书籍，增长了我们
基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计[摘要]介绍了可编程序控制器(PLC)在节水灌溉控制系统中的应用,系统具有手动灌溉模式,能根据用户要求设定各灌区的灌溉顺序和灌溉时间;同时系统具有自动灌溉模式,通过内置程序把湿度传感器测定的土壤湿度信号输入到PLC,与土壤最佳含水量对比,进一步控制电机和电磁阀的启闭;为了减小水泵电机的启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,系统启动采用Y/启动。 [关键词]PLC;节水灌溉;土壤湿度;Y/启动;自动灌溉控制系统 当前,随着电气信息技术在节水灌溉工程中的应用,发达国家如美国、以色列、荷兰、加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。而我国在开发自动灌溉控制系统方面与发达国家差距较大,还处于研制、试用阶段,随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展,开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景,而且具有巨大的社会效益[1,2]。 本文以PLC为核心,选用C40C型可编程控制器来开发了一套灌溉控制系统,所开发的控制系统能手动设置对各轮灌区定时灌溉,也可以通过土壤湿度传感器与控制器形成全自动闭环控制系统。同时为了减少水泵电机启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,水泵电机采用Y/启动。 1PLC输入/输出点分配及系统结构框图 本文所选用的C40C可编程序控制器输入24点(X0~X23),输出16点(Y0~Y15),带有RS232口及日历/时钟功能,供电电源为24V直流或100~240V交流,同时可以控制4路A/D、4路D/A。系统可以方便地扩展输入/输出口,系统中除湿度传感器为模拟信号外,其它输入/输出信号均为开关量,PLC各个输入/输出点分配情况见表1。
智能节水灌溉系统的设计原理及使用方法 智能节水灌溉系统也叫智能农业物联网精细农业自控系统，是托普云农物联网为保证农业作物需水量的前提下，实现节约用水而提出的一整套解决方案。智能节水灌溉系统简单的说就是农业灌溉不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；智能节水灌溉系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。 一、智能节水灌溉系统的功能设计 智能节水灌溉系统要实现上述功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。 针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。 智能节水灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向
技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能节水灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能节水灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能节水灌溉系统。 二、智能节水灌溉系统的设计背景 灌溉造成水资源大量浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能节水灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能节水灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 三、智能节水灌溉系统工作原理 灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的湿度信号
智能农业灌溉系统方案设计 托普物联网认为所谓智能农业灌溉系统就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。 针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。 智能农业灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能农业灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能农业灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能农业灌溉系统。 智能农业灌溉系统 背景
灌溉造成水资源浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能农业灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。 HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，它们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能农业灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 智能农业灌溉系统整体方案图 结构 系统结构
本科生毕业设计 摘要 自动控制节水灌溉技术代表了农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平比较低下是制约我国高效农业发展的主要原因。本文就此问题研究了基于单片机的节水灌溉自动控制系统，系统对土壤湿度进行监控，并按照农作物的要求进行适时适量的灌水，其核心部分是单片机控制部分，主要对灌溉控制技术以及系统的硬件设计，软件编程各个部分进行深入的研究。 控制部分以单片机为核心，研制了一种基于单片机的节水灌溉自动控制系统。介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理电路、I/O口的扩展电路。为了进行大规模灌溉工程的监控，采用分布式控制模式，以提高控制系统的可靠性、降低系统的成本。 该套基于单片机控制的节水灌溉自动控制系统造成本低，体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠，相比其他控制方式来说，性价比高，更易形成产品，便于推广应用。这是我国灌溉自动控制技术的一种新尝试，为目前农业在较低生产力水平的状况下，向智能化、市场化方向发展开辟了一条新途径。 关键词： AT89C51单片机；湿度传感器；A/D转换；采样；芯片 1
本科生毕业设计 ABSTRACT The level of auto-control water-saving irrigation technology reflects the development condition of agriculture modernization.The low automatic level of irrigation system is the main reason that prevented our agriculture’s development.As to this condition,this paper mainly studies the water-saving irrigation system that controlled by MCU.This system can supervise humidity.it can irrigate to the demand of the farm crops with right amunt of water at well time.The control part that consists of MCU is its core.Research work had been carried on irrigation control technology,hardware and software program and so . The control that consists of MCU is its core.A set of automatic water-saving system which is controlled by sing-chip controller have been developed in this paper.The overall structure of system、the main circuit of the MCU system、data-collecting circuit、I/O expanding circuit are all the designed.For monitoring large-scale irrigation system,we use distributional control model to enhance stability of the system de reduce the cost. It is small,easy to fit,a strong capability to resist interfere and low-cost.So the control system is more economic compared to other control system such as thuter system and all these demonstrate this production is adept to be popularized.This work is a fresh attempt to bring our agriculture into an advanced stage,which now is relative to be backward greenhouse control technique,especially on the aspect of nutrient liquid supplying when crops cultivated on tissue. Key words: AT89C51 MCU; Humidity Sensor; A/D transform; Sampling; Chip 2
灌溉系统自动化控制设计（一） 李鸣 喷微灌系统的自动化，必须要有自动灌溉的控制器，甚至更多的装置，它们由土壤湿度传感器、控制器和电磁阀组成一个控制系统。灌溉系统应当能够按照土壤墒情和作物需水特性实施自动灌溉（包括沟灌、喷灌、滴灌、渗灌），达到高产、高效和节水的目的。灌溉控制系统也应当适用于园林灌溉、庭院花圃、苗圃、果园、菜地的灌溉需要。自动灌溉控制系统可以实现科学灌溉，节能、省水，使菜地和农地产量和产品的质量明显提高。 智能化，精准化的自动灌溉控制技术是伴随着信息产业和计算机应用技术、传感器制造技术、塑料工业技术的提高而逐步提高，并实现更加现代化和智能化的。 第一节. 概述 灌溉自动控制系统正在以前所未有的速度快速发展，快速的发展与目前信息产业发展的结合越来越紧密。总的来说，高速发展的控制技术与技术水平的提高不是人们能够想象得到的。目前，灌溉控制系统的在结构设计，通讯方式和传感器使用上已经出现了以下几种常见的控制系统。 基于物联网的灌溉控制系统。 物联网是基于传感器技术的新型网络技术，在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集与作物生产有关的各种生产信息和环境参数，可以帮助农户及时发现问题，准确地捕捉发生问题的地点，对耕作、播种、施肥、灌溉等田间作业进行数字化控制，使农业灌溉的各种资源，包括水资源的利用更加精准化和效率最大化。 基于物联网的无线传感器由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳自组织的网络。就是说传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。其主要目的是采集与处理该网络覆盖范围内监测参数的信息。无线传感网络在农业中的一个重要应用是在温室等农业设施中，采用不同的传感器和执行机构对土壤水分，空气温湿度和光照强度，二氧化碳浓度等影响作物生长的环境信息进行实时监测，系统根据监测到的数据将室内水、肥、气、光、热等植物生长所必需的条件控制到最佳状态，保证作物的增产增收。 基于单板机PLC的灌溉控制系统。 另一种是使用单板机PLC 开发的自动控制灌溉系统。它的设计工作原理是通过可编 程的PLC 控制灌溉电磁阀, 并采用管道输水，通过喷微灌系统来灌溉农田。PLC灌溉控制系统是一种可用于高可靠性环境的实时监测网络系统, 适用于各种需要对温度和湿度等环 境参数有监测要求的场合, 尤其是不方便布线的应用场合, 能对大范围内多点的温度和湿度等信息进行联网监测并记录。通过温度、湿度、液位、流量等传感器采集相应的数据信息, 经
灌溉系统设计 草坪喷灌系统简介 （Introduction of Turf Irrigation System） 灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均、保证适时适量地满足草坪生长所需水分的重要措施。以往的草坪绿化工程，很多没有配套完整的灌溉系统，灌水时只能采用大水漫灌或人工洒水。不但造成水的浪费，而且往往由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足，难以控制灌水均匀度，对草坪的正常生长产生不良影响。随着城镇建设的不断发展，城市人口大量集中，工业和生活用水迅速增加，旅游、休闲、运动场及居民小区等各种绿地面积越来越大，城市供水的紧张状况日益突出。传统的地面大水漫灌已不能满足现代草坪灌溉的要求，采用高效的灌水方式势在必行。 喷灌，以其节水、节能、省工和灌水质量高等优点，越来越被人们所认识。近年来草坪喷灌发展很快，有逐步取代人工地面灌溉的趋势。 一、草坪喷灌的特点 喷灌系统的设计和管理必须适应草坪的特点，才能满足其需水要求，保证正常生长。 1.喷灌设备的安装不能影响草坪的维护作业。草坪需要经常性的修剪、植保、施肥等，这些作业往往由机械完成。因此，除应选择草坪专用埋藏式喷头外，同时需精心施工，使之避免与草坪上的机械作业发生矛盾。 2.设备选型和管网布置应适应草坪的种植方式。由于景观的需要，园林绿化中草坪的种植地块很多不是规则的形状，如高尔夫球场，且有时同一工程中的不同地块呈零星分布，增加了喷灌系统中设备选型和管网布置的难度。 3.灌水管理应与草坪病害防治结合起来。很多草坪病害，特别是真菌类病害与草坪叶面和土壤湿度关系密切。在灌水管理中，制定合理的灌溉制度，包括灌水周期、灌水时间、灌水延续时间等，对控制草坪病害十分重要。 4.喷灌系统在满足草坪需水要求的同时，需充分注意景观和环境效果。精心设计的喷灌系统，通过正确选择喷头和进行喷点的布置，不仅能满足草坪需水，而且在灌水时可以形成水动景观效果。 二、喷灌系统的组成 一个完整的喷灌系统一般由喷头、管网、首部和水源组成。 1.喷头：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在草坪种植区域。 2.管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域。由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。
基于单片机的智能浇灌系统设计
第十一届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛 作品设计报告 室内自动浇花系统 Auto-watering System in our House 设 计 报 告 队伍编号： 参赛学校：西北民族大学 作者：沙苗宋开强周乾斌 指导教师：邓克岩贺艳萍 组别：□硕士组□本科组□高职组
摘要 在这个信息技术高速发展的社会中，智能控制为人们的生产生活带来了诸多便利。在家庭中，很多花草养殖爱好者由于工作、出差等原因对花草缺少照顾而由于产生许多烦恼。如何利用智能控制对此产生便利便是我们要加以研究的一个问题。 本系统是基于AT89C51单片机的家庭智能浇花系统, 使用YL-69作为土壤湿度传感模块，LCD1602作为显示数据的模块，蜂鸣器作为通知模块，按键是用来设定报警的数值。经过YL-69湿度传感器进行土壤湿度的采集，单片机AT89C51进行信息处理，输出控制信号，控制信号经过控制继电器控制水泵电源是否通断，从而完成自动浇水，浇水的同时蜂鸣器会发出声音提示。 关键词： AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵 Abstract In the society,with the development Key words: AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵
目录 1 引言................................. 错误!未定义书签。 2 系统设计 ............................. 错误!未定义书签。 2.1 方案论证........................ 错误!未定义书签。 2.1.1总体方案设计 ............... 错误!未定义书签。 2.1.2 芯片的选择................. 错误!未定义书签。 2.1.3 系统结构................... 错误!未定义书签。 2.2 系统硬件设置.................... 错误!未定义书签。 2.2.1 AT89C51主要性能参数 ....... 错误!未定义书签。 2.2.2 时钟电路................... 错误!未定义书签。 2.2.3 AT89C51的复位电路 ......... 错误!未定义书签。 2.2.4 YL-69土壤湿度传感器 ....... 错误!未定义书签。 2.2.5 ADC0832功能特点及引脚 ..... 错误!未定义书签。 2.2.6 ADC0832 的控制原理......... 错误!未定义书签。 2.2.7继电器 ..................... 错误!未定义书签。 2.2.8 蜂鸣器及按键............... 错误!未定义书签。
基于无线传感网络的精细农业智能节水灌溉系统 肖克辉2,1 ，肖德琴 2,1 ，罗锡文 1 (1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州510642； 2.华南农业大学大学信息学院，广州510624） 摘要：在精细农业相关应用和理论研究基础上，自行设计用于检测农业水分含量和水层高度的无线传感器，构建农田水分无线传感器网络体系结构，设计基于水分无线传感网络的智能节水灌溉控制系统，通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策，由灌溉控制系统实施定量灌溉，在水稻生长过程中的实际应用表明，该系统体现出可行性和高效性，有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。 关键词：无线传感网络；智能灌溉控制系统；精细农业；构架 0 前言 通过不同集成微型传感器的相互合作，无线传感网络常用于检测并获取监测对象中的各种信息。利用嵌入式信息处理和随机自组织无线网络，将信息发送到用户终端来实现“无处不在的计算”理念。基于无线传感网络的自动化、自组织和以数据为中心等特点，它能够应用于获取土壤水分数据，然后自动地将这些数据融合传输形成一个高效的田间水分数据采集平台，从而实现智能节水灌溉。 传统的田间灌溉通常由人亲自控制，而且需要大量的人力和物力，这将导致缺乏实时性和精确性，这也有悖于长期农业生产的发展趋势和水资源的可持续利用。无线传感网络被广泛地应用于精细农业和智能灌溉来克服上述存在的问题。 G Vellidis 和他的同事开发了一个典型的实时智能检测的传感器阵列来检测土壤水分，测试土壤水分使用现成的组件。这个阵列由一个位于中间位置的接收机组成，这台接收机连接在一台笔记本电脑和田间的多个传感器节点上。具有精密灌溉技术的集成传感器提供了一个闭环的灌溉系统，能够确定从智能传感器阵列的哪一位置将时间和数量输入到实时定位灌溉应用程序中。
毕业设计(论文) 课题名称基于单片机的智能抽水灌溉系统设计 学生姓名X X 学号0000000000 系、年级专业XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师SDWDSDSDDDSD 职称WDS 2016年5月18日
摘要 当今世界日新月异，在我们学过的历史中，有第一次工业革命，第二次工业革命，每次的革命都意味着技术的提升，解放人们的双手，纵观历史，我们会发现，科技是推动一切发展的根源，人们的欲望又推动着科技的发展，现在人们吃喝住行，愈来愈智能化，意味着生活一切的智能，现在人们已经开始追求智能的生活了，智能最多的是体现在了城市中，在农村很少有智能的东西，因此束缚了农民的劳动力，农村也需要智能也需要改革。 以前农民种植都是需要农民自己浇灌，很费时间和资源，农民也不能经常外出打工，因为农业智能化低，需要很多的劳动力，所以在这种矛盾中我们开始了智能抽水灌溉系统，目的就是解放农民的双手，让他们有更多的时间可以外出务工，增加家庭收入。 智能抽水灌溉系统是用51单片机为核心控制的，YL-69是一个传感器就是把土壤湿度信息传给单片机的，LCD1602是把数据读出来让人们可以直观的看到，蜂鸣器是一个喇叭有发出声音的作用。使用YL-69把湿度信息传给单片机，单片机来处理传输来的信息，判断怎么执行，然后将执行的信号发给各个控制器，这就完成了一个系统的功能了。 关键词：浇灌；YL-69；湿度；AT89C51单片机;水泵；LCD1602 I
ABSTRACT In today's rapidly changing world, in we learned about the history, the first industrial revolution, the second industrial revolution, every revolution means the promotion of technology, liberating the people's hands, throughout history, we will find that, science and technology is the source of promoting the development of all, the desire of the people and promote the development of science and technology, people now eat to live, become more and more intelligent means of all life's intelligent, now people have began to pursue the smart living, smart most is reflected in the cities, in rural areas is rarely a smart things and so shackled the labor of farmers, rural areas need a smart also needs reform. Before farmers are farmers and pour yourself, it costs time and resources, farmers can't often go out to work, because of the low intelligent agriculture, requires a lot of labor force, so in this contradiction we began intelligent pumping irrigation system, purpose is to liberate their hands, let them have more time to migrant workers, increase the income of the family. Intelligent pumping irrigation system is with 51 single-chip microcomputer as the core control, YL-69 is a sensor is the soil moisture information to single chip, LCD1602 is to read out the data so that people can see intuitively, the buzzer is a horn sound effect. Use YL-69 to the humidity information to the microcontroller, the microcontroller to process the transmission of information, to judge how to perform, and then the signal to each controller, which completes the function of a system. Key words: YL-69; humidity; AT89C51MCU; water pump; LCD16 II
农业智能灌溉系统解决方案 农业智能灌溉系统又叫物联网智能滴灌控制系统，是托普云农为实现现代农业所提倡的节水、节肥、省力、高效而研发出的一种自动化控制灌溉浇水系统。 农业智能灌溉系统是将灌溉节水技术、农作物栽培技术及节水灌溉工程的运行管理技术有机结合，同时集电子信息技术、远程测控网络技术、计算机控制技术及信息采集处理技术于一体，通过计算机通用化和模块化的设计程序，构筑供水流量、压力、土壤水分、作物生长信息、气象资料的自动监测控制系统，进行水、土环境因子的模拟优化，实现灌溉节水、作物生理、土壤湿度等技术控制指标的逼近控制，从而将农业高效节水的理论研究提高到现实的应用技术水平。农业智能灌溉系统实用性强，灌溉定时定量，适用范围广，功能强大，操作简单，可广泛应用于粮食、蔬菜、花卉、果树、大棚等灌溉管理。 一、农业智能灌溉系统组成： 浙江托普物联网研制的农业智能灌溉系统由首部枢纽、管路和滴头组成。 1．首部枢纽：包括水泵(及动力机)、施肥罐、过滤器、控制与测量仪表等。其作用是抽水、施肥、过滤，以一定的压力将一定数量的水送入干管。 2．管路：包括干管、支管、毛管以及必要的调节设备(如压力表、闸阀、流量调节器等)。其作用是将加压水均匀地输送到滴头。 3．滴头：其作用是使水流经过微小的孔道，形成能量损失，减小其压力，使它以点滴的方式滴入土壤中。滴头通常放在土壤表面，亦可以浅埋保护。
二、农业智能灌溉系统系统工作原理： 1.灌溉控制 灌溉分为人工干预、定时定量、条件控制3种灌溉控制方式,不论哪一种控制方式,当达到灌溉开始条件时,先打开田间阀和主控阀,然后启动水泵,开始进行灌溉。当一组阀门灌溉结束时,先打开下一组阀门,再关闭正在灌溉的阀门(水泵一直处于运行状态)。当所有需要灌溉的田间阀灌溉完毕,先关闭水泵,再关闭主控阀和田间阀,这样,一个灌溉过程结束。 2.营养控制 营养液控制方式也分为人工干预、定时定量、条件控制三种。当进行营养液时,计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液PH、EC值,利用文丘里注肥器进行水肥混合,同时在线实时监测混合营养液的PH、EC值,根据PH、EC设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率,在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。当一组田间阀门结束时,先打开下一组阀门,再关闭正在运行的阀门。当所有需要的田间阀完毕,先关闭泵和水泵,再关闭正在运行的所有阀门,结束控制。 3.过滤器自动反冲洗控制 过滤器反冲洗有2种控制方式,一种为自动控制,一种为计算机手动控制。自动控制是利用差压开关监测过滤器进、出口两端差压,当过滤器由于堵塞,两端差压达到设定值时,立即中断当前的工作,对过滤器组依次进行反冲洗,冲洗时长可任意设定,冲洗完毕,恢复系统原来的运行状态。过滤器反冲洗手动控制是当认为过滤器需要反冲洗时,通过启动反冲洗程序界面上的启动键,随时可进行过滤器的反冲洗,冲洗方式与自动控制相同。 4.优先权控制