农田灌溉检测与控制系统设计
本人签名 日期 摘 要随着我国科学技术的迅猛发展，我国农业为适应时代的发展趋势不断的提升技术层面的优化与升级，特别是在农田灌溉方面，更是致力于提升其管理技术的实效性与便捷度。基于此，本文主要围绕农田灌溉检测与控制系统的设计为研究的重点，结合农田灌溉管理的实际情况，对农田灌溉检测的具体技术进行计算、分析、决策，从而做出正确的灌溉预报，选用AT89C51单片机作为控制中心，并采用YL-96电路进行土壤水分分析，然后使用LCD1602将所收集到的息息进行显示，并设置一个蜂鸣器，模拟系统通知电路，超过数据界限即报警，通过以上几个电路实现农田自动化灌溉，首先进行整体设计，然后分别进行硬件设计和软件设计，最后还对系统进行测试，测试结果显示本设计农田灌溉检测控制系统各个功能均可以很好的实现，适于投入到实际的农田灌溉检测控制中，希望本设计系统可推动我国农田灌溉与管理进程朝着健康可持续的方向发展。
Key words: Farmland irrigation; Detection; Control system 目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文设计主要内容 2
2 系统结构设计 3
2.1系统设计简介 3
2.2系统控制模式 3
3 硬件电路设计 5
3.1单片机电路设计 5
3.1.1 单片机设计 5
3.1.2 时钟电路设计 6
3.1.3 单片机复位电路设计 6
3.2土壤湿度传感器电路设计 8
3.3DAC0832转换电路设计 9
3.3.1 转换电路设计 9
3.3.2转换芯片控制原理 11
3.4水泵控制电路设计 11
3.5 警报与按键电路设计 12
4 系统软件设计 14
4.1主流程设计 14
4.2显示电路 15
4.3按键电路 15
5 系统测试与分析 18
5.1硬件调试 18
6 总结 19
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/> 参考文献 21
致 谢 23
附录A 25
附录B 26
1 绪论
研究背景
农业是最古老的产业，中国自古以农立国。
目前，作为农业大国，中国始终把农业发展放在首位。经过不断努力，这些年中国农业取得了不错的成绩，粮食生产实现了举世无双的“十一连增”，农民增收实现“十一连快”[1]。同时，农业靠天吃饭的局面没有发生根本改变，土地产出率、资源利用率、劳动生产率低下，集约化、可持续发展进度缓慢，种种压力日积月累，使农业发展面临着“前所未有”的挑战。
现在，我国正处于一个转换阶段，一个传统向现代转变的阶段。那么，怎么才能快速的发展。怎么才能提高资源的利用率。怎么才能提高生产效率。实现和现代社会相适应的发展方式，这成为了我们当下最需要去解决的一个大问题。建立一个高效的，绿色的农业就是在保护环境，保护我们赖以生存的资源。智慧型农业能把保护环境和生产结合在一起，可以让农业变得现代化、数字化。对农作物分类灌溉，对土地的浇灌精细有效，这肯定是对我们现存的生产方式作出了极大的改进，也让浪费水资源的问题得到了改善。
在农业智能化的大背景下，本课题提出一种智能灌溉系统设计，系统采用单片机为主控制器，通过对土壤湿度的监测，实现自动浇水等操作，减轻人工负担，降低人力成本。
1.2 国内外研究现状
计算机控制灌溉的技术是由以色列率先研发使用的。先进的灌溉设备的研发是因为这个国家水资源很缺乏，在这种情况下设计出了能够智能控制的节水系统。刚开始设计的只是一个可以定时关闭水阀的机器，这是智能灌溉的雏形。之后，随着互联网的发展，人们设计出了灌溉和施肥同步实施的机器，这种机器检测着土壤的水分含量和土壤肥力，可以设置灌溉值，也能显示灌溉设备的状态，对异常的灌溉设备发出警报，给人们灌溉提供指导。
除了该国，其他的国家也有研发过类似的系统，例如：加拿大、澳大利亚等。其中非常具有标志性的有澳大利亚研发的HARDIEll和RGATION公司研发的灌溉控制器。已经成型的灌溉控制器有好几个系列，多种型号己投入生产。在这些灌溉控制器中HR6100性价比很高，它是一种适用于对小面积田园和家庭小院使用的小型智能灌溉控制器。他可以用微机该控制器编程还可以实现对子控制器的控制，最终实现PC端对整个灌溉系统工作情况的监测。
在发达国家，农田灌溉检测和控制系统设计已经非常成熟，而且整体的系统已经很成熟，并且除了能完成基础的指令还能反馈信息（土壤温湿度与肥力）给PC端。最近几年，国外在研发智能灌溉系统里加入了模糊控制、神经网络等新技术，实现了更智能的灌溉决策，这些技术的加入使得智能灌溉系统更有市场[2]。
1.3 论文设计主要内容
本论文旨在设计一款智能农业灌溉系统，实现智能灌溉设计，依据设计要求，本论文对该系统进行了设计，论文主要内容如下。
（1）绪论：主要介绍课题产生背景及意义，并依据国内外研究现状，提出设计需求，并介绍本论文的主要内容。
（2）系统结构设计：依据设计功能要求，对本系统整体结构进行了分析与设计，主要针对系统各个芯片以及传感器的功能做出选择，并依据芯片功能以及传感器针对系统整体结构做出合理设计。
（3）系统硬件单元设计：针对芯片去器件选型，对硬件电路进行了设计，主要包括单片机系统设计，其中又包括对时钟电路与复位电路的设计，对传感器电路的设计，传感器为土壤湿度传感器，对显示电路的设计，对ADC电路的设计以及对继电器电路与警报电路的设计[3]。
（4）软件程序设计：针对硬件选型与功能，对软件程序进行设计，包括ADC采样程序，传感器湿度测量程序，显示程序，键盘扫描程序，警报程序以及系统控制逻辑程度等程序设计。
（5）系统的仿真与调试：针对系统功能，对完成的硬件电路设计写入程序，完成硬件系统的仿真，并作出实物，完成对实物的调试 2 系统结构设计
2.1系统设计简介
本设计系统拟通过虹吸原理实现农作物的自动化灌溉，设置土壤传感器，实时监测土壤的各项数据，并上传至单片机进行分析和计算，当土壤水分位于下限数据时，系统发出蜂鸣并自动灌溉，水分高于上限数据时即自动终止灌溉。整个系统包括八个子系统，分别为土壤水分数据采集电路、单片机主控电路、输入电路、显示电路、驱动、灌溉电路、电源电路及报警电路。以下具体就系统的芯片及系统结构进行介绍。
Key words: Farmland irrigation; Detection; Control system 目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文设计主要内容 2
2 系统结构设计 3
2.1系统设计简介 3
2.2系统控制模式 3
3 硬件电路设计 5
3.1单片机电路设计 5
3.1.1 单片机设计 5
3.1.2 时钟电路设计 6
3.1.3 单片机复位电路设计 6
3.2土壤湿度传感器电路设计 8
3.3DAC0832转换电路设计 9
3.3.1 转换电路设计 9
3.3.2转换芯片控制原理 11
3.4水泵控制电路设计 11
3.5 警报与按键电路设计 12
4 系统软件设计 14
4.1主流程设计 14
4.2显示电路 15
4.3按键电路 15
5 系统测试与分析 18
5.1硬件调试 18
6 总结 19
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/> 参考文献 21
致 谢 23
附录A 25
附录B 26
1 绪论
研究背景
农业是最古老的产业，中国自古以农立国。
目前，作为农业大国，中国始终把农业发展放在首位。经过不断努力，这些年中国农业取得了不错的成绩，粮食生产实现了举世无双的“十一连增”，农民增收实现“十一连快”[1]。同时，农业靠天吃饭的局面没有发生根本改变，土地产出率、资源利用率、劳动生产率低下，集约化、可持续发展进度缓慢，种种压力日积月累，使农业发展面临着“前所未有”的挑战。
现在，我国正处于一个转换阶段，一个传统向现代转变的阶段。那么，怎么才能快速的发展。怎么才能提高资源的利用率。怎么才能提高生产效率。实现和现代社会相适应的发展方式，这成为了我们当下最需要去解决的一个大问题。建立一个高效的，绿色的农业就是在保护环境，保护我们赖以生存的资源。智慧型农业能把保护环境和生产结合在一起，可以让农业变得现代化、数字化。对农作物分类灌溉，对土地的浇灌精细有效，这肯定是对我们现存的生产方式作出了极大的改进，也让浪费水资源的问题得到了改善。
在农业智能化的大背景下，本课题提出一种智能灌溉系统设计，系统采用单片机为主控制器，通过对土壤湿度的监测，实现自动浇水等操作，减轻人工负担，降低人力成本。
1.2 国内外研究现状
计算机控制灌溉的技术是由以色列率先研发使用的。先进的灌溉设备的研发是因为这个国家水资源很缺乏，在这种情况下设计出了能够智能控制的节水系统。刚开始设计的只是一个可以定时关闭水阀的机器，这是智能灌溉的雏形。之后，随着互联网的发展，人们设计出了灌溉和施肥同步实施的机器，这种机器检测着土壤的水分含量和土壤肥力，可以设置灌溉值，也能显示灌溉设备的状态，对异常的灌溉设备发出警报，给人们灌溉提供指导。
除了该国，其他的国家也有研发过类似的系统，例如：加拿大、澳大利亚等。其中非常具有标志性的有澳大利亚研发的HARDIEll和RGATION公司研发的灌溉控制器。已经成型的灌溉控制器有好几个系列，多种型号己投入生产。在这些灌溉控制器中HR6100性价比很高，它是一种适用于对小面积田园和家庭小院使用的小型智能灌溉控制器。他可以用微机该控制器编程还可以实现对子控制器的控制，最终实现PC端对整个灌溉系统工作情况的监测。
在发达国家，农田灌溉检测和控制系统设计已经非常成熟，而且整体的系统已经很成熟，并且除了能完成基础的指令还能反馈信息（土壤温湿度与肥力）给PC端。最近几年，国外在研发智能灌溉系统里加入了模糊控制、神经网络等新技术，实现了更智能的灌溉决策，这些技术的加入使得智能灌溉系统更有市场[2]。
1.3 论文设计主要内容
本论文旨在设计一款智能农业灌溉系统，实现智能灌溉设计，依据设计要求，本论文对该系统进行了设计，论文主要内容如下。
（1）绪论：主要介绍课题产生背景及意义，并依据国内外研究现状，提出设计需求，并介绍本论文的主要内容。
（2）系统结构设计：依据设计功能要求，对本系统整体结构进行了分析与设计，主要针对系统各个芯片以及传感器的功能做出选择，并依据芯片功能以及传感器针对系统整体结构做出合理设计。
（3）系统硬件单元设计：针对芯片去器件选型，对硬件电路进行了设计，主要包括单片机系统设计，其中又包括对时钟电路与复位电路的设计，对传感器电路的设计，传感器为土壤湿度传感器，对显示电路的设计，对ADC电路的设计以及对继电器电路与警报电路的设计[3]。
（4）软件程序设计：针对硬件选型与功能，对软件程序进行设计，包括ADC采样程序，传感器湿度测量程序，显示程序，键盘扫描程序，警报程序以及系统控制逻辑程度等程序设计。
（5）系统的仿真与调试：针对系统功能，对完成的硬件电路设计写入程序，完成硬件系统的仿真，并作出实物，完成对实物的调试 2 系统结构设计
2.1系统设计简介
本设计系统拟通过虹吸原理实现农作物的自动化灌溉，设置土壤传感器，实时监测土壤的各项数据，并上传至单片机进行分析和计算，当土壤水分位于下限数据时，系统发出蜂鸣并自动灌溉，水分高于上限数据时即自动终止灌溉。整个系统包括八个子系统，分别为土壤水分数据采集电路、单片机主控电路、输入电路、显示电路、驱动、灌溉电路、电源电路及报警电路。以下具体就系统的芯片及系统结构进行介绍。
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