李蕴祎 陆海南 陈玉香 李世伟
【摘 要】目前使用广泛的灌溉系统多为人工控制灌溉系统，不仅易造成资源浪费，还可能因浇灌或停止浇灌不及时导致农作物枯死或溺亡，造成极大的经济损失。针对这一问题，本项目将实现一个温湿度自动感应的智能灌溉系统。本系统由服务器端、传感器端和移动手持设备端三部分组成。利用温湿度传感器，实时测量作物田的温湿度变化并据此改变灌溉强度，用户可通过移动手持设备远程监测灌溉情况，也可自由进行人为修改，实现良好的人机交互功能。
【关键词】温湿度感应；传感器；嵌入式系统
0 引言
我国虽是沿海大国，卻仍是一个缺水大国，尤其在水资源普遍匮乏的当代，合理利用水资源尤为重要。就我国现状而言，水资源滥用现象主要集中在农作物灌溉上。政府虽大力引进国外先进的灌溉技术，但其成本较高，结构框架复杂，只局限应用于一些大型农场或科研机构，无法从根本上解决水资源滥用现象 基于这一现象，我们设计实现了温湿度自动感应的可视多功能灌溉系统，将视频监控技术，传感器特性及自动控制技术相结合，对土壤温湿度进行实时测量，判断土壤状态，智能控制水阀开关，以最低的功耗，合理解决水资源利用问题。
1 系统设计
1.1 需求分析
目前的人工灌溉系统由于难以实时监控温湿度和作物情况，导致灌溉时间过长，既影响了作物生长，又浪费大量水资源。针对这一现象，本课题利用嵌入式系统与传感器技术，结合智能手持设备，实时监控农作物生长情况进行合理灌溉。
当系统开始运行时，温湿度传感器根据设定的检测频率以一定时间间隔检测温湿度，并将其传送至控制端口，与预设值对比，若不满足预设值，则进行相应的操作。同时用户可以通过移动手持设备实时监控灌溉情况。
1.2 系统硬件架构
此次设计以AT89C51单片机为控制系统的处理核心，温湿度传感器SHT10通过单片机将温湿度传送至控制端口及显示终端如移动设备及液晶显示屏，若温湿度不符合预设值，则警报模块相应，并控制水阀进行相应的开关操作。
2 电路设计
本温湿度感应自动灌溉系统从硬件角度可分为单片机最小系统模块、显示模块、执行灌溉模块，数据采集模块，报警模块，液晶显示模块。
数据采集模块：温湿度传感器SHT10，测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃（25℃）。
显示模块：LCD1602是两行16字符型液晶显示屏，显示亮度高，且可显示内容丰富。
主控制器：AT89C51支持ISP在线可编程写入技串行写入，速度快。
主控模块：主要由单片机最小系统和4个操作按键组成。
警报模块：本设计采用蜂鸣器来作为报警电路。蜂鸣器是一个电声转换器件，他把电信号转换成声音信号。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，本实验选用了压电式的蜂鸣器。当外部环境的温度或者湿度超过预设值的时候，基级变为低电平，蜂鸣器导通鸣叫。
继电器模块：本实验中选用无触点通断电子开关的交流固态继电器。优点在于体积小、重量轻、工作频率高、稳定可靠、控制开关速度快、寿命长等。
本温湿度感应自动灌溉系统从硬件角度可分为单片机最小系统模块、执行灌溉模块，数据采集模块，报警模块，液晶显示模块。
其中单片机模块为核心模块，主要通过STC89C51芯片的各个端口控制其他各个模块，构成一个整体，实现功能。温湿度采集模块用于在实验时对温湿度进行实时检测，且根据SHT10的数字一体性及其集成了模数转换等模块的特点，可直接连接单片机，当其采集完数据后，实时传送给单片机；LCD液晶显示模块直接连接单片机，当单片机将收到的信号进行处理后，将采集到时温湿度实时数据送给显示屏显示。报警模块主要指将蜂鸣器接入单片机电路，通过对时时温湿度的检测，与所给定的温湿度区间比较，实现越限报警并启动相应的温湿度调节。
3 软件设计
采用中断方式进行温湿度数据的采样，首先打开定时器，定时一段时间后产生中断，传感器相应中断开始测量数据并将数据返回，由单片机计算此时所需的灌溉量，若土壤湿度已达到此数值则重新开始计时，否则先打开阀门，再重新计时。
4 测试结果
该系统主要是利用传感器采集到的数据信号，经AT89C51的处理，将所测信号与设置好的上/下限值进行比较，若采集到的数据高于设定的上限值（低于设定的下限值），蜂鸣器发生鸣响，同时继电器响应，自动灌溉系统或自动关闭灌溉系统。
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