基于单片机的校园自动灌溉器

任相+梁才华+杨继婷

摘 要： 本设计的基于单片机的校园自动灌溉器以AT89S52芯片作为主要控制控芯片。以土壤湿度传感器作为检测装置继电器与电磁阀作为执行设备，在AT89S52芯片的控制下实現自动灌溉为目的。采用A/D模数转换器（ADC0809芯片）将土壤湿度传感器所采样的模拟信号数字化，再通过单片机判断是否进行灌溉。本灌溉器具有节水，稳定性好，灌溉范围大，便于移动的优点。

关键词： AT89S52单片机；自动灌溉；A/D转换

基金项目：由西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助

引言

水乃生命之源。随着21世纪的到来，世界人口的大量增长，各种资源危机接踵而来，其中水资源危机已经成为全球的突出问题。我国为解决水资源南多北少，东多西少的分布问题，引进南水北调工程，尽管这项工程意义重大、作用显著，但我们任然不能停止探索节约水资源方法的步伐。身在大西北的我们，水资源更是贫乏，农业用水更是紧缺，采用传统的灌溉模式，灌溉水利用率低，大力发展和使用节水技术刻不容缓，从根本上解决水危机的途径就是发展灌溉节水技术。结合这些因素，我们制作出一款基于单片机的校园自动灌溉器，用以对校园中的绿化带进行自动灌溉，从而达到节约水资源并解放人工浇灌的劳动力。

2.自动灌溉器的总体结构及各模块设计

我们以土壤含水量作为灌溉指标，通过对土壤水分快速测量的方法进行查阅资料，对于检测模块，我们最终选择采用介电法中基于频域反射原理的土壤水分传感器准确采集土壤水分信息。根据以单片机为核心构建的控制单元模块内置的控制规则，具体选择为AT89S52单片机对土壤湿度传感器所采样的数据进行A/D转换。传输给单片机从而实现对电磁阀的控制，执行装置由继电器控制电磁阀来进行控制，最后由显示模块的数码管来实时显示土壤水分含量。其整体结构框图如图2.1所示

2.1自动灌溉器的组成及其工作原理

自动灌溉器主要由AT89S52单片机、SM2801V型土壤水分传感器、数模转换芯片ADC0809、电磁阀、数码管显示器等部件组成。其工作原理为：单片机系统主要采用AT89S52作为本灌溉控制器的控制单元核心，AT89S52与PC机之间的通信方式采用的是RS-485通信，系统中的水分湿度传感器主要是通过单片机与A/D转换输入端相连接形成的，从而实现信号的传送与A/D转换，基于单片机自动控制器根据传感器所采样到的信号，然后控制执行装置发出控制信号，执行装置和数码管显示模块做出相应的动作。

2.2 各组成模块设计

2.2.1 AT89S52单片机电路设计与A/D电路设计

我们采用单片机最小系统作为本设计的控制单元，在此基础上加上外围电路的设计从而实现自动灌溉，土壤水分传感器所采集的土壤水分是模拟信号，但是单片机所处理的信号需数字信号，于是得对所采样的信号数字化，我们才用ADC0809芯片对其进行A/D转换，其A/D转换与单片机接口电路如图2.2.1所示。

2.2.2 土壤水分传感器电路设计

在本次设计中我们采用的是SM2801型土壤水分传感器，因为该传感器稳定性、稳定性高，而且体积较小，满足我们设计的要求。据设计要求我们把土壤水分传感器的电压端VCC接供电电源直流电压12到24V，接地端GNG接地，电压输出端VOUT接模数转换芯片ADC0809的INO引脚，ADC0809的VREF （ + ）接5V参考电压，VREF （-）接地。

2.2.3 数码管显示电路与执行电路设计

显示电路采用四位数码管对土壤湿度进行实时显示。执行电路我们采用继电器对电磁阀的控制，相当于开关从而实现对水管的闭合的控制。继电器输入INI口可直接与单片机I/O 口连接，输入高电平时继电器吸合，输入低电平时继电器释放。对继电器的控制从而实现对电磁阀的控制。其电路设计图如图2.2.4所示。

2.2.4 灌溉装置

灌溉装置我们选择采用旋转喷头，其喷洒直径为8到10米，能够利用水力驱动实现360°旋转灌溉，同时既可双进水增大其灌溉压力，又可以串联从而达到增大灌溉面积，同时还具有节水、灌溉水量均匀，而且便于移动可以安放到需要灌溉的地方。

3.自动灌溉软件设计

3.1 自动灌溉主程序设计

自动灌溉是利用土壤湿度传感器对土壤的湿度进行数据收集，通过AD转换将所收集到的数据传到AT89S52单片机，单片机通过对当前的数据进行判断是否达到所需灌溉的湿度最低数值，如果低于该值，给继电器反馈一个低电平从而使电磁阀打开，从而进行灌溉。其主程序设计流程图如图3.1.1所示。

4.总结

现代自动控制技术正在飞速发展，自动灌溉控制技术也必将越来越多的被应用到人们的生活中。因此，自动灌溉系统的自动化、精细化是灌溉发展的重要趋势。本自动灌溉器是在植物土壤水分湿度较低的情况下给予及时的浇灌，这种灌溉器不仅实现了自动灌溉的功能、解放了人工浇灌的劳动力，而且制作的成本低，工作性能稳定，适用性广，并且随着科学技术的发展，自动灌溉的设定将会更加完善而精准，该灌溉器不仅适用于学校更能在各类灌溉中得到更广泛的使用。

参考文献

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