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1、摘要本论文详细论述了由单片机为处理器的自动灌溉控制器的硬件、软件设计。本控制器以AT89C51单片机为核心，由传感器、信号处理电路、键盘、显示电路、输出控制电路、故障报警电路等构成。它能实现多路数据采集、多路控制信号输出功能。通过传感器自动检测土壤水分，实现自动闭环控制和定时程序的时间控制等多种自动灌溉控制方式，并具有土壤水分超出设定范围自动报警功能。土壤含水量的测量采用先进的LW-02型水分传感器；A/D转换采用了ADC0809芯片；键盘、显示分别采用了独立式按键和LED显示块；故障报警选用了压电式蜂鸣器；输出控制电路由三极管、光电耦合器、继电器、电磁阀等组成。软件设计采取了模块化编程方法，
2、软件程序的开发全部采用了C51高级语言。主要包含的程序有:主程序、键盘扫描子程序、A/D采样子程序、定时设定子程序等。同时，在软硬件设计时均采取了有效的抗干扰措施。关键字：单片机；灌溉；土壤水分传感器；自动控制AbstractThe hardware layout and software development for single chip microprocessor automatic micro-irrigation controller and system programming are presented in detail in this paper. Based on th
3、e AT89C51 single chip microprocessor, the whole system consists of soil moisture sensors, signal transfer circuit, keyboard and monitor display circuit, out port control circuit, malfunction alarm circuit as well as system software. This controller can control mufti-input and mufti-output. It can wo
4、rk in several ways such as closed loop control with sensors, opened loop control based on the preset timing program. In addition, it has automatic alarm function when the soil moisture exceeds the preset range.There chose the LW-02 capacitive moisture sensor as the soil moisture sensor, ADC0809 as t
5、he A/D conversion, independent key as the keyboard, LED display unit as the monitor display and chose the simple piezoelectric buzzer as the malfunction alarm device. The out port control circuit is composed of AT89C51,triode,photoelectric coupler,relay, electromagnetic valve and so on.The software
6、designing adopt the popular modularized structure. The development of software programs apply C51 language entirely. The primary programs are main program, keyboard scanning subroutine, A/D sampling subroutine, timer presetting subroutine. Meanwhile, the efficient anti-interference measures are adop
7、ted during the design of the hardware and software.Keywords: Single chip microprocessor Micro-irrigation Soil moisture sensor Automatic control目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 前言5研究背景5研究目的和意义6任务和要求6第二章 智能灌溉系统的组成8灌溉总系统的组成8灌溉系统结构总框图9单片机灌溉量确实定9灌水量确实定9灌水时间间隔确实定92.3.3 一次灌水延续时间确实定9灌水次数与灌水总量确实定10开启和关闭供水系统的土壤含水量临界点确
8、实定10第三章 GTM900C无线模块123.1 GTM900C模块介绍123.1.1 GTM900C模块产品定位133.1.2 GTM900C模块产品特性133.1.3 GTM900C模块产品的应用143.1.4 GTM900C无线模块的业务演示框图143.2 GTM900C无线模块AT命令13.2.1 AT命令类型13.2.2 消息发送和写入命令23.3 GTM900C 信号连接器和天线接口5信号连接器6天线接口6接口信号7接口的使用103.4.1 UART 接口的功能特性103.4.2 UART 接口信号定义103.4.3 UART接口DCE-DTE 配线11第四章 系统硬件设计12土壤
9、水分传感器的选择与使用12土壤水分传感器的选择12土壤水分传感器的测量原理及其实现方法12传感器在田间的埋设15单片机的选择16单片机的开展概况及其选择1689C51单片机性能与应用164.2.3 引脚功能174.3 振荡器电路及复位电路设计19存储器的配置204.5 数据采集处理电路214.5.1 模数转换器的选择214.5.2 ADC0809引脚及接口电路设计22显示系统的电路设计24输出控制电路设计25故障报警电路及键盘接口电路设计26第五章 系统软件设计29主程序设计29键盘扫描子程序设计31实时时钟中断与控制功能的完成32时间灌溉控制功能的实现33其它控制功能的实现33定时设定功能的
10、实现34湿度范围设定功能的实现34第六章 技术经济分析36第七章 结论37参考文献38致谢39第一章 前言随着社会经济的开展，人口的增多，对水资源的利用正在迅速增长，占世界人口总量40%的80个国家缺水，其中26个国家严重缺水。我国水资源总量为2.8万亿mm3，居世界第6位，我国人均占水仅2200m3，排在世界第109位。我国的水资源在时空上分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少;占国土面积50%以上的华、西北、东北地区的水资源仅占全国总量的20%左右，农业的季节性、区域性干旱缺水问题十分突出。2220.4，个别省份只有0.2，与先进国家的0.7-0.8相比，浪费惊人。21世纪的节水
11、农业技术将是农业科技革命的重要组成局部，节水灌溉具有广阔的前景1。单片机灌溉技术是当前世界上诸多节水灌溉技术中省水率最高的一种先进节水灌溉技术，单片机灌溉属局部灌溉、精细灌溉，灌节水50%60%，增产20%30%，一般只用于温室中水果、蔬菜、花卉等产值高、收益高的经济作 。到90年代中期，全世界单片机灌溉面积到达291. 3万亩，约占全世界灌溉面积的1. 1%，其中美国约150万m2。我国单片机灌溉面积只徘徊在23. 7万m2。世界上单片机灌溉技术的开展最有代表性的国家应首推以色列，其温室种植全部采用单片机灌溉。以色列温室滴灌的最高水利用率为95%，以色列著名的公司有NETAFIM， AAML
12、AD、PLAASTRO等。单片机灌溉方式普遍采用计算机控制，埋在地下的湿度传感器可以传回有关土壤水分的信息。计算机化操作运行精密、可靠、节省人力，对灌溉过程的控制可到达相当的精度。在以色列，已经出现了在家里利用电脑对灌溉过程进行全部控制(无线、有线)的农场主。但是我国单片机灌溉技术还处于初级开展阶段，系统的成套性还较差，主要部件品种少，质量不稳定，自动化程度低，大局部单片机灌溉技术还停留在人工操作上，即使有些地方搞了一些灌溉工程自控系统，也只是从国外引进或者是小规模的局部控制，国内开发的自动灌溉控制器目前还处于研制、试用阶段。 总之，目前西方兴旺国家的自动灌溉控制器已根本开展成熟并朝着大型分布
13、式控制系统和小面积单机控制两个方向开展，产品一般都能与微机通讯，并由微机对其施行编程操作2。 灌溉管理自动化是世界先进国家开展高效农业的重要手段，而我国目前仍局限于灌溉单项技术的推广和应用，技术的集成和自动化水平较低，这也是制约我国高效农业开展的主要原因。以色列、日、英、美等国家己采用先进的节水灌溉制度，由传统的充分灌溉向非充分灌溉开展，对灌区用水进行监测预报，实行动态管理，采用遥感技术，监土壤墒情和作物生长，开发和制造了一系列用途广泛、功能强大的数字式灌溉控制器，得到广泛应用2。本课题采用AT89C51单片机为灌溉控制器的核心，通过传感器自动检测土壤水分，按照设置的程序根据土壤含水量要求的上
14、、下限确定供水时间、供水量，采用预编定时程序的时间控制和根据水分信息决定灌溉指标的闭环控制两种工作方式，并能实现故障报警功能。使单片机灌溉向适时、适量、按需灌溉开展，到达节约用水、省工省时、增产增收的目的。本自动灌溉控制器的总体研制方案如下：自动控制器采用ATMEL公司的AT89C51系列单片机；土壤水分测量时采用先进的TW-02型水分传感器，可同时接八路传器；系统控制多路输出；系统可完成:传感器自动闭环控制，时间控制等多种灌溉控制方式；具有灌溉水分超出设定范围自动报警功能；根据以上性能要求本控制器采用4位LED显示和4个按键来完成多种功能操作。总体功能确定后，开始着手整个系统的硬件设计和软件
15、编制工作3。第二章 智能灌溉系统的组成自动化单片机灌溉系统是指利用微机技术对单片机灌溉工程的主要设备进行监视、控制以及各种信息处理，及时地对设备运行情况进行全面地分析和准确的判断，确保灌溉工程平安、合理和经济地运行。它包括传感器系统，控制器系统和水源控制系统三大局部组成。 土壤水分传感器A/D转换器 AT89C51键盘报警LED显示光隔继电器电磁阀图2.2 灌溉系统结构总框图灌水量确实定灌水量可由式m = (b1-b0)hpr 2-1计算，式中:m为灌水定额；b1，b0分别为土壤田间持水量和灌前土壤含水率；r为土壤干容(t/m3)；h为土壤方案湿润层深度；P为单片机土壤湿润比。灌水时间间隔确实定两次灌水之间的时间间隔又称灌水周期T=m/E， T为灌水周期(h)；E为作物需水量；m为灌水定额(mm)。
