STC89C52下精确智能灌溉系统硬件电路和软件设计

　　摘要：针对农村传统农业灌溉方式存在的灌溉技术落后、浪费资源等问题，提出以SCT89C52单片机为核心控制器，利用传感器进行温湿度采集、光照强度等多参数实时采集，同时单片机可以根据实际要求进行声光报警。经验证，设计的智能灌溉系统误差在5%以内且具有运行稳定，操作简易等特点，能满足农村农业灌溉控制要求。

　　关键词：传感器； LCD1602; 灌溉系统； 温湿度采集； STC89C52; 光照强度；

　　作者简介： *初光勇（1989-），男，山东聊城人，硕士研究生，讲师，研究方向为机电一体化控制。；

　　基金： 铜仁职业技术学院SRT项目（tzst-2019年-04号）；

　　引言

　　近年来，国家大力发展高效特色农业，“节水农业”已经成为农业生产最佳的效益和持续稳定发展的增长点[1,2].传统的山地农作物灌溉仅仅依靠自然降雨或者漫灌等方式灌溉，这样就造成了灌溉不精确、水资源浪费，农作物根系也不能根据需求保持一定的水分，针对这些问题，设计研发了一种基于STC89C52结合作物生长参数[3,4]分析的精确灌溉系统解决方案，随时管理和控制农作物的生长数据，更好地实现智能化、精确化灌溉。

　　1、系统总体设计

　　智能灌溉系统总体设计方案如图1所示，系统由主控电路单片机、数据采集电路传感器、液晶显示及声光报警电路、灌溉电机控制电路组成。其中，土壤湿度检测传感器通过ADC0832模/数转换芯片[5]进行信号调理、温湿度传感器DHT11和GY-30光照传感器[4]将数据传送至主控单片机，LCD1602显示当前实时信息，采集到的数据经STC89C52处理后控制报警电路。

图1 智能灌溉系统总体构成

　　2、系统硬件电路设计

　　2.1 空气温湿度采集电路

　　数字温湿度传感器DHT11[6]是一款温湿度同时采集的数字型复合传感器。测温元件与感湿元件通过DATA端口与STC89C52相连。电路图如图2所示。

图2 空气温湿度采集电路

　　2.2 土壤湿度采集电路

　　土壤湿度传感器采用FC-28[7],由不锈钢探针和防水探头构成，可长期对土壤进行测量。利用ADC0832模数转换模块[8]将土壤湿度传感器模拟量转化为数字量，当土壤湿度少时，探针间电阻会变大，AC值接近VCC值，当土壤湿度变大时，探针间电阻会迅速减少，此时AC的电压也会变小，电路图如图3所示。

图3 土壤湿度采集电路

　　2.3 光照强度采集电路

　　通过GY-30光照传感器实时检测农作物光照强度，芯片采用BH1750FVI,这是一款用于I2C总线接口[9]的数字型光传感器芯片，检测范围1~65535 Lux,引脚原理如图4所示。

　　2.4 报警电路

　　当采集的土壤湿度数值低于管理员设定的范围时，LED灯D1和D2会亮，同时蜂鸣器报警电路开启，当采集数据在设定范围之间时，LED灯D3会亮，D1和D2熄灭，同时蜂鸣器关闭报警。报警电路设图5所示。

图4 光照强度采集电路

图5 声光报警电路

　　2.5 滴灌控制电路

　　当采集的土壤湿度低于设定值时，主控电路控制继电器闭合，直流电机开始抽水灌溉，当采集的土壤湿度高于设定的区间或在管理员设定的区间之内时，继电器断开，直流电机停止灌溉，如图6所示。

图6 滴灌控制电路

　　3、系统软件设计

　　系统程序流程如图7所示。

　　4、系统软硬件测试

　　智能灌溉系统实物样机如图8所示。图中：R表示空气湿度；T表示大气温度；W表示土壤湿度；L为光照强度；S是土壤上限设定值；X是土壤湿度下限设定值。为验证该系统检测数据与运行的精准度，将检测值与标准值做了对比，见表1所列。

　　从表1数据可以看出最大的误差为4.6%,系统的相对误差在±5%以内。证实了该系统具有很好的稳定性和可靠性和经济实用性。

图7 系统程序流程

图8 系统LCD显示及数据采集测试结果

表1 系统测试结果

　　5、结语

　　本文设计的基于STC89C52的智能灌溉系统测量误差小、功能运行稳定、造价低、操作简单等特点，能满足农业农村作物生长灌溉控制要求。

　　参考文献

　　[1]王立刚。一种基于STC89C52和AD590的温度测控系统设计[J].物联网技术，2019,9（6）：20-21.

　　[2]初光勇，宰青青，谭晓波，等。基于单片机的山地果园无线水肥一体灌溉系统设计[J].自动化应用，2018（2）：17-18.

　　[3]张秋艳。基于单片机的智能节水灌溉系统设计[J].榆林学院学报，2017,27（6）：31-33.

　　[4]王宗省，苏金娣，宋炳辉。基于土壤墒情的联栋大棚智能灌溉系统的设计[J].节水灌溉，2017（10）：96-99.

　　[5]刘颖。基于ZigBee与MSP430单片机的温室智能灌溉系统设计[J].微型电脑应用，2017（5）：56-58.

　　[6]谢彤。基于单片机的温室智能灌溉系统设计与实现[J].安徽农业科学，2013（18）：8048-8049.

　　[7]滕敦波。基于单片机控制的智能灌溉系统硬件模块研究[J].南方农机，2016（5）：54.

　　[8]彭汉莹，王宇，韩改宁，等。基于单片机的智能灌溉系统设计[J].软件工程，2017（2）：40-43.

　　[9]袁晓文。STC89C52单片机在智能窗控制系统的应用[J].计算机产品与流通，2020（1）：116.

　　[10]吕坤，吴琼，闫伟。基于ARM的物联网智能灌溉系统的研究[J].物联网技术，2019,9（11）：57-58.