鄭航　李凱

摘 要：本設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)自動(dòng)節(jié)水灌溉車由STC89C52單片機(jī)作為控制核心，ADC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，L9110驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)土壤濕度自動(dòng)尋路灌溉的功能。以電子類的自動(dòng)澆花器的工作原理為參考，配以能智能循跡的車模和自動(dòng)采集機(jī)械臂，運(yùn)用溫濕度采集電路及單片機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成一個(gè)土壤溫濕度采集與控制系統(tǒng)。再用數(shù)字電路控制自動(dòng)給水系統(tǒng)及時(shí)的澆水系統(tǒng)供水?？稍O(shè)置濕度上下限值，小車自動(dòng)檢測出土壤濕度是否超過設(shè)置值的上下限值，如果低于下限，則小車實(shí)施灌溉，如果超過上限，則小車停止灌溉。另外，模型車配備由步進(jìn)電機(jī)組成的簡易機(jī)械臂，可將濕度傳感器插入到適當(dāng)深度的土壤中，單片機(jī)將濕度傳感器采集到的濕度數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，每當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，單片機(jī)調(diào)用中斷程序讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，最后，單片機(jī)把采集到的濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件程序處理后送到LCD1602進(jìn)行顯示。

關(guān)鍵詞：STC89C52；干濕度的采集與顯示；LED；智能循跡小車

1研制背景及意義

農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉節(jié)水車可自動(dòng)監(jiān)測土壤濕度，并根據(jù)土壤濕度選擇灌溉用水量，可通過按鍵設(shè)置濕度的上下閥值，既能保證農(nóng)作物的生長所需，又能避免過度澆灌造成的水資源浪費(fèi)。充分發(fā)揮節(jié)水農(nóng)業(yè)在解決缺水少水問題中的作用，提高水資源的利用率。其利用太陽能可充電電池供電，節(jié)省能源，并且能夠全程自動(dòng)灌溉，最大程度節(jié)省人力。

2總體方案設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)，STC89C52是一種高性能的CMOS類型的微控制器，采用STC89C52的主要原因是其具有傳統(tǒng)的51內(nèi)核，功能實(shí)現(xiàn)簡單，并且，硬件上有較多的改進(jìn)，完全能夠滿足本款模型車的所需。

2.1.1ADC0832

ADC0832是一種采用逐次逼近式進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，它能夠完成單片機(jī)與大多數(shù)外設(shè)之間的數(shù)模轉(zhuǎn)換，是當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

其轉(zhuǎn)換過程如下：

（1）保持片選段CS置于低電平，并且，在轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，CS的狀態(tài)保持不變。

（2）單片機(jī)需向ADC0832芯片時(shí)鐘輸入端提供脈沖輸入信號(hào)。

（3）在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿之前置DI為高電平，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（4）接連的兩個(gè)脈沖用于選擇轉(zhuǎn)換通道。

（5）從第4個(gè)脈沖的下降沿開始，DO端在每個(gè)下降沿由高位到低位輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。

（6）單片機(jī)讀取結(jié)果結(jié)束后，置位CS端，轉(zhuǎn)換結(jié)束。單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行處理，如何判斷A/D轉(zhuǎn)換的完成是使用ADC0832芯片的重點(diǎn)，傳統(tǒng)的判斷方式有固定時(shí)間傳送法、程序查詢法，中斷方式。

無論使用哪種方式，單片機(jī)一旦確定 A/D轉(zhuǎn)換完成，就可以對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行讀取，并進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度信息的綜合利用。

2.1.2顯示模塊采用數(shù)碼管顯示接口電路

采用傳統(tǒng)LCD數(shù)碼管顯示，利用循環(huán)掃描方式，方便簡單，接口電路如下：

2.2工作流程

工作流程：模型車啟動(dòng)→根據(jù)軌道運(yùn)行一段路程→模型車停止→機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)→土壤濕度檢測器檢驗(yàn)濕度→單片機(jī)讀取濕度→將當(dāng)前濕度與設(shè)置閥值做比較→低于最低濕度閥值啟動(dòng)電機(jī)噴水→高于最高濕度閥值停止噴水→繼續(xù)按軌道前進(jìn)，重復(fù)過程。

3工作原理及性能分析

本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)灌溉節(jié)水模型車以電子類的自動(dòng)澆花器的工作原理為參考，配以能智能循跡的車模和自動(dòng)采集機(jī)械臂，運(yùn)用溫濕度采集電路及單片機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成一個(gè)土壤溫濕度采集與控制系統(tǒng)。再用數(shù)字電路控制自動(dòng)給水系統(tǒng)及時(shí)的澆水系統(tǒng)供水。土壤溫濕度的采集和顯示以ADC0832配合兩個(gè)電位器為感應(yīng)檢測電路，將檢測到的土壤濕度值送入單片機(jī)，再經(jīng)過單片機(jī)處理后通過LCD數(shù)碼管顯示。同時(shí)此濕度值也是是否給盆花澆水的參考值。通過單片機(jī)程序設(shè)定澆水的上下限值并與溫濕度采集電路送入單片機(jī)的土壤濕度值相比較，當(dāng)傳感器檢測到的濕度值低于設(shè)定的下限值時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)，開始澆水，高于設(shè)定的上限值時(shí)再由單片機(jī)輸出一個(gè)信號(hào)，停止?jié)菜Ｓ蓡纹瑱C(jī)從數(shù)碼管讀入月份與每天的實(shí)時(shí)時(shí)刻，通過軟件程序設(shè)定定時(shí)澆水的時(shí)間。通過按鍵開關(guān)對(duì)當(dāng)前時(shí)間以及定時(shí)澆水時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，共陰數(shù)碼管顯示。

4創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

4.1基于單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉自動(dòng)控制模型車制造成本較低、占地小、安裝維護(hù)方便、運(yùn)行安全可靠，相比傳統(tǒng)灌溉方式來說，具有極高的性價(jià)比，更易進(jìn)行市場推廣與應(yīng)用。

4.2極大的提高操作的準(zhǔn)確性，有利于進(jìn)行科學(xué)管理，對(duì)操作者本身的要求相對(duì)較低，從而能夠大大促進(jìn)了產(chǎn)量的提高。

4.3相比固定安裝的農(nóng)業(yè)節(jié)水系統(tǒng)，模型車無需復(fù)雜安裝，不易受外界環(huán)境影響，保養(yǎng)維修更加方便，并且，解決了兩點(diǎn)測試存在的缺陷問題，能夠更加精確的測量土壤濕度，從而給作物提供最合適的水分，避免過度澆水。

參考文獻(xiàn)：

[1]李泉溪.單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009.8.

作者簡介：

鄭航（1996—），女，漢族，山東威海人，現(xiàn)為山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生。

李凱（1994—），男，漢族，山東煙臺(tái)人，現(xiàn)為山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生。

（作者單位：山東大學(xué)）