單片機(jī)下可測(cè)土壤濕度的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文

單片機(jī)下可測(cè)土壤濕度的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文內(nèi)容內(nèi)容摘要：農(nóng)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r一直以來(lái)都是我們國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象之一。在灌溉農(nóng)作物的經(jīng)過(guò)中人們大多會(huì)根據(jù)自個(gè)多年來(lái)的灌溉經(jīng)歷體驗(yàn)進(jìn)行灌溉，這樣的方式會(huì)花費(fèi)大量的人力物力，還浪費(fèi)大量的水資源。基于此，筆者基于單片機(jī)的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的方式方法展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)了一款農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)，僅供參考。本文本文關(guān)鍵詞語(yǔ)語(yǔ)：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能灌溉；節(jié)水系統(tǒng)；當(dāng)下，大多數(shù)人在澆灌農(nóng)作物時(shí)往往是根據(jù)自個(gè)的種植經(jīng)歷體驗(yàn)來(lái)判定應(yīng)該什么時(shí)候進(jìn)行澆灌，由于判定的不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致屢次灌溉，造成大量的水資源浪費(fèi)，而且還會(huì)造成人力資源的浪費(fèi)。因而，在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，怎樣實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)水灌溉成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的實(shí)時(shí)測(cè)量能夠有效準(zhǔn)確判定灌溉農(nóng)作物的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。1、數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉，首先需要知道應(yīng)該什么時(shí)候進(jìn)行灌溉，換句話，要清楚了解土壤的濕度、溫度等特征才能確定灌溉的時(shí)間，減少不必要的灌溉，節(jié)約水資源。當(dāng)下測(cè)量土壤濕度的方式方法有很多，例如通過(guò)計(jì)算土壤烘干前和烘干后的重量來(lái)得到土壤濕度，或者通過(guò)使用各種濕度測(cè)量?jī)x來(lái)得到土壤濕度。假如使用測(cè)量?jī)x來(lái)進(jìn)行土壤濕度測(cè)量時(shí)，推薦使用RS-WS-I20-TR傳感器進(jìn)行測(cè)量，該傳感器的測(cè)量針頭與其機(jī)身之間使用的材料能夠?qū)崿F(xiàn)真空罐裝，測(cè)量出的結(jié)果不僅要比大多數(shù)其他的傳感器愈加精準(zhǔn)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)不同土壤的測(cè)量，愈加實(shí)用。但是它也有一個(gè)缺點(diǎn)，由于RS-WS-I20-TR測(cè)量?jī)x的輸出是RS485類型的型號(hào)，所以它不能與單片機(jī)之間實(shí)現(xiàn)直接相連。要想單片機(jī)接收到RS-WS-I20-TR測(cè)量?jī)x測(cè)量的土壤濕度結(jié)果，就必須使用如此圖1所示的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路圖將RS485轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠接收的UART[1].圖1信號(hào)轉(zhuǎn)換電路圖2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)通過(guò)測(cè)量土壤的濕度能夠確定灌溉農(nóng)作物的時(shí)間，但是要實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的智能灌溉，還需要有一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)打開(kāi)水源、關(guān)閉水源的開(kāi)關(guān)，大部分的單片機(jī)都能實(shí)現(xiàn)這一功能。但是，由于實(shí)際情況中需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，所以選擇單片機(jī)時(shí)需要選擇內(nèi)存足夠大的單片機(jī)，由于存儲(chǔ)量大的單片機(jī)價(jià)格偏高，因而推薦使用型號(hào)為AT89C52的單片機(jī)。固然該單片機(jī)本身所帶的內(nèi)存小，但能夠通過(guò)其特有的內(nèi)存擴(kuò)展功能來(lái)連接其他存儲(chǔ)器。例如，將AT89C52連接內(nèi)存大小為8K8的6264存儲(chǔ)器能夠輕而易舉地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。如此圖2所示的詳細(xì)內(nèi)存擴(kuò)展連接電路圖，再通過(guò)連接外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存時(shí)，P2接口和P0接口分別輸出高八位的存儲(chǔ)器信號(hào)和低八位的地址信號(hào)，P0接口輸出地址信號(hào)字節(jié)后才被當(dāng)作總線來(lái)進(jìn)行工作，然后通過(guò)74LS373將地址字節(jié)存在改鎖存器中[2].圖2連接電路圖3、供電電路設(shè)計(jì)要使單片機(jī)正常工作電的供給是必不可少的，當(dāng)下供電方式中插入電源是使用最廣泛的方式方法。但是，隨著科技的發(fā)展，通過(guò)太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)有了比擬成熟的發(fā)展。因而，為了節(jié)約電能，推薦使用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的方式對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電。除此之外，為了避免電流過(guò)大導(dǎo)致單片機(jī)燒壞的情況發(fā)生，安全的實(shí)現(xiàn)對(duì)水源進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)關(guān)操作，需要通過(guò)繼電器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制，如此圖3所示，繼電器的三極管會(huì)根據(jù)單片機(jī)的電流大小來(lái)改變電路閉合方式，當(dāng)由土壤濕度測(cè)量?jī)x傳來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果小于已經(jīng)設(shè)置好的土壤應(yīng)該保持的濕度時(shí)，三極管就會(huì)將低電流的那個(gè)接口閉合起來(lái)〔即P2.7接口〕，然后接通水源實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆灌。相反，則不會(huì)進(jìn)行澆灌。通過(guò)這樣的方式，能夠有效安全的實(shí)現(xiàn)澆灌[3].圖3繼電器控制電路圖4、自動(dòng)澆灌主程序設(shè)計(jì)模塊除了硬件設(shè)置外，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉還需要使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序設(shè)置，通過(guò)設(shè)置土壤濕度等特征值才能讓單片機(jī)斷定應(yīng)該何時(shí)進(jìn)行灌溉，才能進(jìn)入自動(dòng)化經(jīng)過(guò)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的系統(tǒng)的執(zhí)行流程為：首先給土壤設(shè)定一個(gè)濕度區(qū)間，該區(qū)間是斷定能否對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆灌的重要因素。然后通過(guò)土壤濕度測(cè)量?jī)x進(jìn)行濕度測(cè)量，詳細(xì)經(jīng)過(guò)為：首先向RS-WS-I20-TR測(cè)量?jī)x發(fā)送一個(gè)包含八個(gè)字節(jié)的詢問(wèn)數(shù)據(jù)包，然后系統(tǒng)會(huì)接到一個(gè)包含溫度的九個(gè)字節(jié)的回應(yīng)數(shù)據(jù)包，通過(guò)將字節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換能夠得到土壤的濕度。拿到土壤的濕度結(jié)果后，系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)結(jié)果與已經(jīng)設(shè)置的濕度區(qū)間進(jìn)行比擬，假如測(cè)量的土壤濕度結(jié)果比設(shè)置好的區(qū)間中的最大值還大，那么系統(tǒng)就不會(huì)作任何處理，土壤濕度測(cè)量?jī)x會(huì)繼續(xù)對(duì)土壤進(jìn)行測(cè)量；假如出現(xiàn)土壤濕度測(cè)量?jī)x傳來(lái)的結(jié)果比已經(jīng)設(shè)置好的區(qū)間的最小值還小，那么該系統(tǒng)就會(huì)控制繼電器進(jìn)行自動(dòng)打開(kāi)水閥操作，由于假如傳來(lái)的結(jié)果小于已經(jīng)設(shè)定好的值，就講明當(dāng)下土壤比擬枯燥，只要進(jìn)行澆灌才有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)。之后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)土壤濕度測(cè)量?jī)x傳來(lái)的結(jié)果來(lái)斷定澆灌能否完成，同樣的假如傳來(lái)的結(jié)果大于已經(jīng)設(shè)定好的濕度區(qū)間的最大值，那么系統(tǒng)會(huì)再次控制繼電器關(guān)閉水閥停止?jié)补?。通過(guò)如此循環(huán)往復(fù)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，減少人力和水資源的浪費(fèi)[4].5、手動(dòng)澆灌主程序設(shè)計(jì)模塊由于氣候的影響，自動(dòng)灌溉可能不是做到完全節(jié)水，比方剛澆灌完農(nóng)作物很快就下大雨而導(dǎo)致不必要的澆灌。而且初次使用自動(dòng)灌溉系統(tǒng)時(shí)人們可能保持著懷疑的態(tài)度，為了驗(yàn)證自動(dòng)灌溉系統(tǒng)能否真的能夠在保證農(nóng)作物的產(chǎn)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源的目的。在進(jìn)行系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)時(shí)能夠外加一個(gè)手動(dòng)澆灌程序，能夠通過(guò)比照兩者的結(jié)果來(lái)自由選擇澆灌形式。該手動(dòng)澆灌方式與傳統(tǒng)的人工澆灌還有所不同，其并不是完全的人工澆灌，該手動(dòng)澆灌系統(tǒng)能夠通過(guò)在電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)中添加一個(gè)警報(bào)器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)人工對(duì)繼電器實(shí)現(xiàn)控制，減少人們的工作量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約水用量的目的[4].實(shí)現(xiàn)手工灌溉系統(tǒng)的執(zhí)行流程為：首先還是要給土壤設(shè)定一個(gè)濕度區(qū)間，為了驗(yàn)證自動(dòng)系統(tǒng)節(jié)水能夠?qū)⒃搮^(qū)間最小值設(shè)置的更大一點(diǎn)，最大值設(shè)置的更小一點(diǎn)。然后同樣的利用土壤濕度測(cè)量?jī)x進(jìn)行濕度測(cè)量，得到土壤的濕度結(jié)果后，系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)結(jié)果與已經(jīng)設(shè)置的濕度區(qū)間進(jìn)行比擬，假如測(cè)量的土壤濕度結(jié)果比設(shè)置好的區(qū)間中的最大值還大，那么系統(tǒng)就不會(huì)作任何處理，土壤濕度測(cè)量?jī)x會(huì)繼續(xù)對(duì)土壤進(jìn)行測(cè)量；假如出現(xiàn)土壤濕度測(cè)量?jī)x傳來(lái)的結(jié)果比已經(jīng)設(shè)置好的區(qū)間的最小值還小，那么此時(shí)已經(jīng)裝好的報(bào)警裝置就會(huì)啟動(dòng)，通過(guò)報(bào)警裝置人們能夠得知該對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉的消息，但是能否進(jìn)行灌溉改為由人來(lái)做決定，此時(shí)人能夠根據(jù)自個(gè)的經(jīng)歷體驗(yàn)或者天氣的變化判定能否進(jìn)行澆灌，假如天氣晴朗沒(méi)有下雨的預(yù)兆或者根據(jù)經(jīng)歷體驗(yàn)覺(jué)得確實(shí)需要澆灌則能夠手動(dòng)控制繼電器進(jìn)行打開(kāi)水閥操作[5].相反，能夠暫時(shí)關(guān)閉一段時(shí)間警報(bào)器。假如選擇打開(kāi)水閥進(jìn)行灌溉后，系統(tǒng)同樣會(huì)根據(jù)土壤濕度測(cè)量?jī)x傳來(lái)的結(jié)果來(lái)斷定澆灌能否完成，假如傳來(lái)的結(jié)果大于已經(jīng)設(shè)定好的濕度區(qū)間的最大值，那么系統(tǒng)會(huì)再次控制繼電器關(guān)閉水閥停止?jié)补唷．?dāng)然在濕度測(cè)量?jī)x傳來(lái)的結(jié)果沒(méi)有到達(dá)最大值時(shí)可以以人工控制繼電器進(jìn)行關(guān)閉水閥的操作。通過(guò)這樣的方式能夠有效地減少人工操作并減少水資源的浪費(fèi)。6、結(jié)束語(yǔ)綜上所述，為了更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，達(dá)成在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)減少水資源的浪費(fèi)，要積極利用當(dāng)代化技術(shù)幫助實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的灌溉，適宜的基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)不僅能夠減少人們的工作量，還能夠大大地減少資源的浪費(fèi)。以下為以下為參考文獻(xiàn)[1]林楚婷，余冰純，高鵬，等?；趩纹瑱C(jī)的智能節(jié)水灌溉控制器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2022〔15〕：233-235.[2]李綺君，蘇彩靜，楊才廣，等?；趩纹瑱C(jī)的太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)[J].電子世界，2022〔