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1、基于单片机的模拟智能灌溉控制系统摘 要随着农业生产水平的不断发展以及全球水资源的日趋紧张，世界各国都在积极探索行之有效的节水途径和措施。智能灌溉控制系统就是为了解决水资源不足、提高灌溉效率而发展起来的。本文研究的单片机智能灌溉控制系统，是对土壤的温湿度进行实时监控，参考实际温度值设定适宜的湿度下限值，并按照设定的湿度值进行相应的灌溉。 该智能灌溉控制系统以STC89C52单片机为核心，主要由温湿度传感器DHT11模块、按键输入模块、显示模块、水泵模块等组成；软件选用C语言编程。该系统的功能是：根据土壤湿度传感器检测到的土壤湿度，若检测到的土壤湿度值低于系统所设定的最低湿度值，系统则自动启动系统
2、，进行灌溉。通过对硬件实物的测试，系统能够比较成功的实现目标功能。【关键词】单片机；传感器；LED显示；水泵；灌溉20Simulator smart irrigation control system based on single chip microcomputer AbstractAsthe level of agricultural productionand the continuous development of globalshortage of water resources,countries in the world are actively exploringeffec
3、tive ways and measures for water conservation.Intelligent irrigationcontrol system in order tosolve the problem of water resources,improve theefficiency of irrigationand developed.This paperstudiestheintelligentirrigation control system,temperature and humidity in thesoilwas monitored in real time,r
4、efer to the actualtemperaturevalue settingand humidity limitappropriatevalue,according to the sethumidity valuefor the correspondingirrigation.The intelligentirrigation controlsystem based on STC89C52single chip microcomputer as the core,mainly by thetemperature and humidity sensor DHT11module,key i
5、nput module,display module,pumpmodule;softwareused Clanguage programming.The function of this systemis: according to thesoil moisture,soil moisturesensor to detectsoilhumidity,ifthe detected valueis lower than thelowesthumiditysystemsetting,automatic starting system,irrigation.Byphysicaltesting,syst
6、em can realize thefunction ofrelatively successful.【Key words】 Single-chip Microcomputer；Sensor；LED Display；Water Pump； Lrrigation目录1 绪论11.1课题研究背景11.2课题研究的目的和意义11.3 国内外现状21.3.1国内研究现状21.3.2国外研究现状21.4 本文主要工作32 系统总体设计42.1系统功能要求42.2系统总体设计方案43 系统硬件设计53.1 硬件电路总原理图53.2 STC89C51单片机的硬件结构53.2.1单片机的结构及信号引脚63.3
7、 电源供电模块73.4 单片机控制模块83.4.1单片机的最小系统83.4.2 单片机控制的电路设计83.5湿度采集模块93.5.1温湿度传感器DHT11的原理93.6 液晶显示模块103.6.1 LCD1602液晶模块简介103.6.2 LCD1602的引脚及电路设计113.7 按键输入模块123.8 水泵增湿模块124 系统软件设计134.1程序设计134.1.1主程序流程及相关说明134.2主程序代码145 测试结果与分析175.1 测试环境175.2 测试结果176 调试与使用说明207 结论21参考文献22致 谢23附录1 元器件清单24附录2 基于STC89C52单片机的智能灌溉控
8、制系统PCB图25附录3 DHT11模块代码26附录4 液晶显示模块代码281 绪论1.1 课题研究背景水资源是人类生产生活最关键的自然资本，亦是贯穿社会发展和国民经济的最首要的基础资源。但我国当今水资源存在着两个方面的主要问题：第一个问题是水资源贫乏。虽然我国水资源的总量居全球第六位，可人均占有量却只有2500立方米，仅仅只达到了世界人均水量的四分之一，是全世界人均水资源最贫乏的国家之一。第二个问题是水资源的严重污染和浪费。就全中国而言，我们对水资源的利用率仅为45%，而那些水资源利用率高的国家已经达到了70%-80%，因此，提高水资源的利用率，对于解决我国的农业灌溉用水和缓解水资源紧缺非常
9、重要1。经过几十年的快速发展，我国的节水智能灌溉技术初步形成了其技术体系，并且在某些方面已经达到或接近了国际先进水平，但由于受到我国经济发展水平及科研体制的限制，我国的智能控制灌溉技术与一些发达国家仍然存在着相当大的差距。随着我国水资源供需矛盾的日益加剧，农业用水分配额减少的问题势必日益突出，同时为了缓解我国水资源短缺对我国农业发展造成的压力，如何快速发展我国的节水智能控制灌溉技术及其配套设施，从而缓解我国农业用水压力已经成为一个不容忽视的问题1。1.2 课题研究的目的和意义农业是人类社会赖以生存的最古老也是最重要的行业，农业的发展从长远来打算主要存在着两个方面的问题。一个是水资源的问题、另一
10、个是科技发展方面的问题。而现阶段我国包括灌溉用水和降水在内的农田利用率很低，单位立方水生产粮食的能力大约为0.84kg，而以色列等一些发达国家大多数都在2kg以上，差距很大。为了提高灌溉水的利用率，为了保证全中国人口的粮食安全，使单位立方水生产粮食的能力得到提高，依靠传统的灌溉方式是很难达到的，必须从高新技术入手，在管理上下功夫，从过去的“浇地”思想观念转变为“浇植物”的思想观念。做到作物生长需要多少水，灌溉系统就能及时而准确地提供多少水。要实现这一目标，只有发展先进的灌溉系统，使灌溉过程达到自动控制才有可能。因此实现灌溉系统的智能控制，对节水、提高灌溉水的利用率以及对我国的粮食安全将起到极为
11、重要的作用，具有重要的实现意义3。1.3 国内外现状1.3.1国内研究现状我国一直以来都非常重视灌溉设备的研制，但由于自主开发程度低，且有影响的成果较少，所以我国的灌溉设备大多数都是通过引进国外的成果，可以说我国对于智能灌溉控制技术的研制真正开始于“九五”期间。目前我国在智能灌溉控制系统方面还处于研制、试用阶段，能真正投入应用，并且应用广泛的智能灌溉控制器还不多见5。节水农业的核心就是节约用水和提高农业用水率，是现代化农业的重要内涵，其核心是在有限水资源的条件下，通过采用先进的工程技术、适宜的农业技术和用水管理等综合技术措施，充分提高农业用水利用率和水的生产效率及效益，保证农业持续稳定发展。面
12、对World Trade Organization的挑战，节水农业更应该赋予其新的内涵，其内涵应扩展为节水、高产、高效、优质的农业5。要发展节水农业最基本的工作就是要有先进的节水灌溉技术，适当的技术是节水农业发展的前提条件，研究和开发节水灌溉技术，对提高节水农业的效益有很大的帮助。因此，我们非常有必要对现状节水灌溉技术，节水的水平以及技术的适应性，发展现状及存在问题做认真分析，为真正实现提高农业用水效率和水的生产效率打好基础5。结合我国各地区特点，认为适宜各地区推广应用的节水农业技术主要有，渠道防渗技术、低压管道输水技术、地面灌水技术、雨水利用技术、农业节水配套技术、劣质水利用技术及农业节水管
13、理等技术5。1.3.2国外研究现状西方的一些先进国家，运用先进的电子技术、计算机和控制技术，在节水灌溉技术方面起步较早，并日趋成熟。这些国家从最早的水力控制、机械控制，到后来的机械电子混合协调模式控制，到当前应用广泛的计算机控制、模糊控制和神经网络控制等，控制精度和智能化程度越来越高，可靠性越来越好，操作也越来越简单5。在美国，早在1984年，Benami和Offen公司就开发了一套节水灌溉控制器，通过监测土壤水分来确定是否打开灌水阀门，Phene和Howell分别在灌溉系统的控制中使用了土壤湿度传感器，通过土壤水分传感器把湿度反馈给控制系统，根据传感器获得的数据决定是否灌溉，是作物根部总跟保
14、持一定的湿度5。加拿大、澳大利亚和韩国等国家和地区都有发开成功并形成系列的灌溉控制器产品，其中比较有代表性的如澳大利亚的HARDIEIR-RGATION公司的灌溉控制器，已形成了MICRO-MASTER、RAINJET等多个系列几十种型号的产品5。1.4本文主要工作经过对大量关于智能灌溉系统、单片机、传感器等文献的学习与研究，本文对基于单片机的智能灌溉控制系统的设计作出了较为详细的介绍，并且还做出了硬件实物，经操作测试，符合目标要求 。本论文的内容安排如下：第一章，主要介绍了智能灌溉控制系统的研究背景、目的与意义以及国内外智能灌溉系统的发展现状。对整个论文的书写以及毕业设计的方向起引导作用。第
15、二章，对整个系统设计做了一个规划。系统需要实现什么样的功能？怎样设计才能实现这样的功能？第三章，对整个灌溉系统的硬件部分进行一个设计，先介绍了系统工作的总原理、总电路，然后再是一一对每个模块进行介绍，将每个模块的电路设计、功能以及一些引脚的特性加以介绍。第四章，对系统的软件部分进行设计，根据系统需要实现的功能以及各元件的特性，设计出一个总的程序流程图，然后再编写出能够实现此功能的源程序和主要功能模块的程序。第五章，对硬件实物进行测试并对测试的结果进行分析，并介绍一下测试的环境，然后附上各个阶段的状态图，并加以相应的解释。第六章，介绍程序的调试过程以及将编写好的程序录入到单片机中的过程。第七章，结论。介绍了在毕业设计的整个过程中，我所做的准备工作、碰到的困难、学到的东西以及自己的感想。最后，在论文的末尾，我介绍了整个设计过程中所参考的文献，对老师、同学、父母的致谢和一些程序、元件清单等的附录。2 系统总体设计2.1系统功能要求自动灌溉控制系统要实现的具体任务：1）本
