基于单片机的温室自动灌溉系统设计与实现教案分析.doc

基于单片机的温室自动灌溉系统设计 摘 要 我国设施农业节水灌溉已成为农业工程领域中重点关注的问题之一，由于国内外的自动灌溉系统造价高、使用复杂而难以推广，开发满足当前设施农业生产需求的灌溉控制系统具有重要意义。 本文设计了一种基于单片机的温室自动灌溉系统，实现了作物根系处土壤湿度的监测与自动控制。该系统以CC2430单片机为核心，采用模块化设计思路，主要包含微处理器模块、数据采集模块、控制模块、电源供应模块及人机交互模块。系统将周期采集的土壤湿度数据传送到微处理器模块，由决策算法对数据进行分析后做出是否灌溉的指令，在灌溉过程中由数据采集模块持续监测土壤湿度，并根据监测结果，反馈控制灌溉设备的启停，以此实现土壤湿度维持在预设范围。系统采用人机交互模块实现灌溉阈值的可配置，满足不同设施作物种植的参数定制需求，同时提供实时土壤湿度查看和灌溉设备状态管理功能。 初步试验表明，系统把土壤湿度提高30％所需的时间在50～60min之内，控制误差在3％以内，且运行稳定，操作简单，准确性和快速性指标能满足设施农业灌溉要求。系统成本低、可维护性强，从而具有良好的推广应用前景。 关键词：温室自动灌溉；土壤湿度监测；单片机 目录 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究现状 1 1.3 研究目的 2 1.4 论文结构 2 2 系统结构设计及器件选型 3 2.1 系统结构设计 3 2.2 器件选型 4 2.2.1 微处理器选型 4 2.2.2 土壤湿度传感器选型 5 2.2.3 LCD液晶显示模块选型 6 2.3 本章小结 6 3 硬件电路设计与实现 7 3.1 应用软件介绍 7 3.2 微处理器模块设计 8 3.2.1 CC2430概述 8 3.2.2 CC2430外围电路设计 8 3.2.3 微处理器复位及调试接口电路设计 9 3.3 数据采集模块设计 10 3.4 电源供应模块设计 10 3.5 控制模块硬件设计 11 3.6 人机交互模块设计 12 3.6.1 显示模块原理图设计 12 3.6.2 按键电路设计 12 3.7 PCB电路板制作 13 3.7.1 绘制PCB板 13 3.8 系统实物制作 16 3.9 本章小结 16 4 系统软件设计 17 4.1 应用软件介绍 17 4.2 系统需求分析 18 4.3 系统程序设计 19 4.3.1 系统主程序设计 19 4.3.2 传感器采集程序设计 21 4.3.3 显示程序设计 22 4.4 灌溉模型设计 24 4.5 系统应用方案设计 26 4.5.1 控制方式的选择 26 4.5.2 工作方式的选择 26 4.6 本章小结 27 5 系统应用验证 27 5.1 验证内容 28 5.2 本章小结 28 6 总结与展望 29 6.1 总结 29 6.2 展望 29 参考文献 30 致 谢 31 1 绪论 1.1 研究背景 自古以来，我国就是一个以农业为主的国家，即便到了现代社会，农业仍是我国国民经济的基础。但我国农业生产效率低下，长期以来一直以经验种植为主，农业生产效率仅为发达国家的1/10。为解决三农问题，国家正大力发展现代农业，温室是其中一个重要的组成部分，可增加作物年均成熟次数，增大作物产量，提高农业生产效率，因此，大力发展温室产业，对我国这样一个人口多耕地少的国家而言具有极大的战略意义[1]。目前，我国的温室面积已突破210万hm2，总面积达世界第一，但我国温室管理水平落后，大多控制系统采用定时控制或者手动控制方式[2]。在灌溉管理方面，通常存在浇水不及时、不均、灌水不足或过量灌水等现象[3]。 自动灌溉系统通常对作物根系的土壤湿度进行实时监测，获得作物根系的需水量，以此作为自动灌溉的依据。温室自动灌溉可实现土壤湿度和营养成分的有效管理，是保证设施作物优质高产的重要措施[4]。随着精准感知技术、定量控制技术的迅速发展,自动控制技术在节水灌溉中有了新的发展[5]，通过灌溉控制器适时、适量地灌水，在节省水、人工和提高作物产量方面取得了一定的成效，可显著提高灌溉精准度，提高水的利用率。 本文设计一种操作简单、精确灌溉的低成本自动化控制灌溉系统，使之既能保证植物的良好的生长状态，又能做到尽量节水，对温室农业的发展具有重要意义。 1.2 研究现状 在国外，早在20世纪50年代，利用电子设备、计算机设备和程序控制的灌排系统就得到很大发展，并在法国、美国、日本等发达国家得到日益广泛的应用。1966年美国利用虚拟仪器技术开发了一套AgriMate自动灌溉系统，系统中的现场处理器由LabVIEW的个人计算机控制。现场处理器配置了模拟输入、锁存和继电器板，用户可以监控水箱水位、阀门位置、泵的状态和土壤湿度等，而修改设定点即可改变灌溉计划。水的用法、水箱水位和降水情况等都是存