徐玉鑫 刘志鹏
哈尔滨远东理工学院机电与汽车工程学院
黑龙江哈尔滨 150000
摘要：本次设计一种利用单片机控制的自动滴灌系统，该系统可对土壤的湿度进行实时监控，并适时适量的浇水，可以通过远程短信控制水量、药量。其核心是单片机、湿度采集、显示电路、GSM模块电路以及直流水泵及控制部分。项目主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、GSM远程控制的设计、软件编程各个部分。土壤湿度采集于显示电路可将检测到的土壤湿度模拟量放大转换成数字量并且通过单片机内程序控制精确的将湿度分显示在LCD显示屏上，通过单片机内的程序判断是否要给盆花浇水，如果需要浇水，则单片机系统就会发出浇水信号，带动水泵开始浇水，若不需要浇水，则进行下一次循环检测。
关键词：智能大棚；精准滴灌；STC89C52
1.研究目的及意义
我省属于农业大省，良好的土壤环境使其种植的果蔬有很好的品质及市场口碑，随着各行业自动化水平的提高，大量的自动化技术应用到了农业生产当中，大大减轻了务农人员的工作负担及种植成本，通过调研研究发现，在部分果蔬的种植过程中仍然需要很多精细的工作，这些工作往往不能被简单的流程化的机器所替代，仍然需要人工完成，例如手工的采摘、修剪枝叶等。而且自动自动喷头完成药物的喷洒往往不易控制药量，植物的枝叶错综复杂也往往遮盖了喷头喷洒的路径，因此可能造成药物的浪费、植物的吸收效果不好等多种可能，因此需要人工完成，针对这些需要人工完成的做业，本项目致力于设计一款能够完成蔬菜大棚环境中对于种植的蔬菜、水果能够精准药量或者水量的滴灌的控制系统。该系统可以利用GSM完成大棚滴灌的操作，通知可以控制每次滴灌的容量，GSM模块的使用，如何利用短信完成对单片机的控制，即通过短信控制单片机的信号输出。解决土壤湿度的检测问题，利用何种传感器完成土壤湿度的检测，以及检测与浇灌动作的逻辑关系。土壤湿度上下限制的设定即显示功能的实现，可以通过农作物的喜水性调节土壤湿度的设定值。
2.项目的主要内容
本设计的控制核心是单片机、湿度采集、显示电路、GSM模块电路以及滴灌驱动电路构成的检测以及控制部分。主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、滴灌控制技术及设备系统的硬件、
其中硬件的选型如下：
单片机采用STC89C52，STC89C52单片机相较于51单片机，拥有更大的存储器和RAM，采用MCS-51内核用于高强度计算，32个I/O口可以连接更多的外设和传感器，8K字节的FLASH存储器可以进行更多的计算缓存，521字节的RAM大大提高的反应速度。STC89C52单片机的烧录也非常简单，通过TX和RX口，采用对应的编译器就可以将程序烧录进去。是一款便宜、简单和高性能的单片机。
GSM模块选用SIM900A模块，SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，工作的频段为： EGSM 900MHz和DCS 1800MHz。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/ class 8（可选）和 GPRS 编码格式 CS-1, CS-2, CS-3 and CS-4。模块和用户移动应用的物理接口为68个贴片焊盘，提供了模块和客户电路板的所有硬件接口。其主串口和调试串口可以帮助用户轻松地进行开发应用。 SIM900A内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP AT命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。模块的工作电压为3.4～4.5V。该模块有AT指令集接口，支持文本和PDU模式的短消息等。常用工作模式有正常工作、掉电模式、最小功能模式等模式。
土壤湿度传感器选择了YL69土壤湿度传感器，显示部分利用LCD1602液晶屏完成显示功能，除此之外还包括小型的直流水泵及按键等元器件。
整个设计过程基于GSM模块的智能浇灌系统的硬件电路设计，利用所选用的STC89C52的单片机设计最小系统，包括复位电路的设计、晶振电路的设计及电源电路的设计，对土壤湿度传感器进行了数模转换电路的设计、GSM模块与单片机的连接电路的设计，显示电路LCD1602的电路设计，报警及按键电路的设计。
软件部分设计：
在本设计中，整个系统采用模块化设计，这样设计可以使程序看起来清晰明了，便于阅读以及调试。软件的主要程序模块包括土壤湿度检测及自动浇灌模块的程序结构是主程序以及按键扫描处理、土壤湿度数据采集、数据处理、显示、电机驱动等子程序组成，整个系统操作操作方法为当开启系统后进入主函数，初始化化函数变量及初始化传感器模块，进入按键扫描函数，通过按键选择系统的工作模式，在自动控制模式下，调用土壤湿度数据采集函数，采集当前土壤湿度值，并通过数据处理程序对湿度值进行分析，当湿度值小于预设值时，进入水泵电机驱动函数，开启灌溉功能，直到达到湿度预设值，停止滴灌。
3.项目的主要应用前景
设计可以应用在果蔬大棚的浇灌系统中，可以针对不同的农作物设计不同的浇灌方式，提高自动化水平，达到精准水量、精准药量。针对同类农作物，不同季节、环境的浇灌也有所区别，因此根据土壤情况灵活、准确控制，并且能够对土壤的含水量时时监测，监测数据可以上报至用户手机端，完成远程监控功能。用户也可以利用GSM短信控制浇灌的水泵，完成浇灌任务，从而完成完成控制功能。围绕这些主要功能可以将本项目应用到蔬菜大棚、盆景等各种需要监测土壤水份、远程控制水量的应用环境中，因此应用前景非常广泛。
4.结论
本次设计一种单片机控制的自动的浇灌系统，可以应用于蔬菜大棚的果蔬浇灌环境，也可应用于园景盆摘等等，该系统可对土壤的湿度进行实时监控，并对盆花进行适时适量的浇水，可以通过远程短信控制。其核心是单片机、湿度采集、显示电路、GSM模块电路以及浇水施肥驱动电路构成的检测以及控制部分。主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、GSM远程控制的设计、软件编程各个部分。该设计的检测部分单片机选用STC89C52单片机，软件部分选用C51语言编程。土壤湿度采集于显示电路可将检测到的土壤湿度模拟量放大转换成数字量并且通过单片机内程序控制精确的将湿度分显示在LCD显示屏上，通过单片机内的程序判断是否要给盆花浇水，如果需要浇水，则单片机系统就会发出浇水信号，带动水泵开始浇水，若不需要浇水，则进行下一次循环检测。
整个设计过程中进行了单片机额定选型，选择了SIM900AGSM模块做为通信模块，利用YL69与数模转换模块相结合的方式构成土壤的湿度检测部分，选了用LCD1602做为湿度的显示装置，并对以上元件的优缺点进行了详细的介绍。讲述了基于GSM模块的智能浇灌系统的硬件电路设计，详细讲解了所选用的STC89C52的单片机的最小系统的设计，包括复位电路的设计、晶振电路的设计及电源电路的设计，对土壤湿度传感器进行了数模转换电路的设计、GSM模块与单片机的连接电路的设计，显示电路LCD1602的电路设计，报警及按键电路的设计。所有电路设计均与总设计保持一致，并详细标注了与单片机连接的具体引脚。
通过此次设计，完成了利用GSM模块控制单片机进行继电器控制的控制任务，及实现了水泵的控制，利用土壤湿度传感器完成了对土壤湿度的检测，并通过整体编程完成了其依据湿度上下限的自动控制功能。
参考文献
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