基于AT89S51单片机的无线智能节水灌溉系统设计

基于AT89S51单片机的无线智能节水灌溉系统设计

摘要

智能节水灌溉的技术代表了世界农业发展现代化的水平，我国高效发展农业的水平低的原因在于灌溉节水系统的智能化比较低。本论文研究了如何改善和提高智能划的智能节水灌溉系统，以及在不同天气不同湿度的情况下，对农作物的灌溉量的增加或减少作出相对应的判断。此智能节水灌溉系统的核心为AT89S51单片机硬件电路以及PC机上的程序软件电路，主要对各个体统的硬件，软件程序的，以及土壤湿度与对农作物的灌水量之间的关系。

智能节水灌溉系统硬件方面选用AT89S51单片机为核心，其他硬件电路包括，湿度传感器，A/D转换器，蜂鸣器报警系统，液晶显示，蓝牙移动端控制，键盘控制等组成，软件方面则使用汇编语言进行编程，使单片机运作。

本论文针对土壤湿度与对农作物的灌水量之间的关系进行一系列的实验和研究，并对单片机的控制系统做了许多测试调试，通过检测改善调整，最终使系统运行良好，该系统操作简单，稳定性强，非常灵活，在不久的将来会有更刚广阔的前景。

关键词：智能节水灌溉；单片机；蓝牙终端

智能节水灌溉系统 3

第一章绪论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内的研究现状 2

1.2.2 国外的研究现状 2

1.3课题设计的特点和要求 3

1.3.1系统的特点 3

1.3.2 课题研究的内容 3

1.3.3设计要求 3

第二章智能节水灌溉系统的总体设计 3

2.1系统方案设计概念 3

2.1.1 基于单片机AT89S51的灌溉系统 3

2.1.2 基于专家系统的灌溉系统 4

2.1.3 基于ZigBee的灌溉系统 5

2.2系统方案比较及采用 6

第三章智能节水灌溉系统的硬件设计 7

3.1 单片机硬件系统的设计 7

3.1.1 单片机的选型 7

3.1.2 单片机的最小系统工作原理 8

3.2 无线终端硬件电路的设计 9

3.2.1 无线终端电路的选型 9

3.2.2 无线终端的工作原理 10

3.3 报警系统硬件电路的原理 11

3.3.1 报警电路的选型 11

3.3.2 报警电路的工作原理 11

3.4 A/D转换器硬件电路的设计 12

3.4.1 A/D转换器的选型 12

3.4.2 A/D转换器的工作原理 13

3.5 湿度传感器的硬件电路的设计 13

3.5.1 湿度传感器的选型 13

3.5.2 湿度传感器的工作原理 14

3.6 显示电路的硬件电路的设计 15

3.6.1 显示电路的选型 15

3.6.2 显示电路的工作原理 16

3.7 按键电路的硬件电路的设计 17

3.7.1 按键电路的选型 17

3.7.2 按键电路的工作原理 17

第四章智能节水灌溉系统的软件设计 18

4.1 单片机系统主程序流程图 18

4.2 蓝牙无线终端电路流程图 19

4.3 报警电路流程图 21

4.4 A/D转换器电路流程图 22

4.5 湿度传感器电路流程图 23

4.6 键盘输入电路流程图 24

4.7 液晶显示电路流程图 25

第五章调试 27

5.1 硬件调试 27

5.1.1 静态检查 27

5.1.2 通电检查 27

5.2 软件调试 27

5.3 系统总体调试 27

第六章总结与展望 28

小结与致谢 28

参考文献 30

附录 31

第一章绪论

1.1课题的背景及意义

21世纪是中国的世纪，21世纪初，中国经济还落后世界百年，是个不折不扣的穷国。然而不过短短十载，中国经济蓬勃发展，比肩美国并屹立在世界的前端。

虽然科技、经济在飞速的发展，我们却不能忽略最关键的东西，那就是自然资源。何为自然资源？空气，土地，森林，矿藏，水，阳光，草原，动物等，是我们得以生存的基础，如果没有这些自然资源，人类就不可能在地球上活下去，更别说要这些高科技和经济有何用了。

在这些自然资源中，水，从古至今都是一个被人关注的资源，为什么说水是生命之源？人的体内有70%是水分，这些水是人类生命重要的组成部分，当有6%的水分从人体失去时，那么就会产生口渴，发烧等不良症状，若是当失去的水分达到10%甚至是20%的时候，那么身体就会因为脱水而出现昏厥，严重时可能会死亡。我们都知道，假如不吃食物，那么生命可以最多维持20天，如果不喝水呢？那么此时他的生命将只有最多7天的时间了。所以水作为人赖以生存的一个重要元素，就变得尤为的重要了。

而且水资源并不是用之不竭取之不尽的，随着科技发展时代变化，我们生活的这个世界，人类，对于水的需求已经越来越大，在21世纪的今天，全世界对淡水的依赖和使用量已经增长了8倍之多，其中用在农业上的水资源是原来的7倍，城市用水变成了原来的12倍，工业上用的水甚至已经达到了20倍！这是非常可怕的一个数据，世界的淡水在不断减少，每年都会以5%的速度递增，试问，还有多少淡水够我们使用呢？

所以节约用水就变得很有必要了，这就是此次选择这个课题的意义所在。从农业的角度出发，在喷洒灌溉系统上做出相应的节水方法。农业发展过程中，喷洒灌溉系统经常被使用到，但是，它并不是完善的，喷洒灌溉系统固然好用，却伴随着很多的缺陷。

这是我想到开发智能节水喷洒灌溉系统的一个灵感所在。在农田中，一部分的农作物并不能享受到喷洒灌溉的水，这是它会一个范围的缺陷。如果在下雨天，是否还有必要开着喷洒灌溉系统？如果不能根据实际的环境和天气，一直开着的话，是很浪费水资源的，这也是一个小缺陷。那些普通的灌溉系统还需要人为的操作，去根据天气而选择工作还是关闭，这些都太麻烦。

农作物的生长，对水有着苛刻的要求，水量不足或者太多，都会影响着农作物的成长发育产量等等。假如有一个节水喷洒灌溉系统，就能很好的改变这种现象，所以，这个智能节水灌溉控制系统应该具有根据天气情况对农作物合理的喷洒浇灌的功能。这样的智能节水喷洒灌溉系统，相信可以改善普通喷洒灌溉系统，让农作物更好的得到浇灌，产量大大增加。让智能节水喷洒灌溉系统代替普通的喷洒灌溉系统，从而节约水资源，减少不必要的浪费。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内的研究现状

科技的发展可谓是突飞猛进，中国也慢慢的在近几年中，跻身到了世界的前列，科技的发展可以带动其他的产业发展，农业便是这些产业中的一个幸运儿，它依靠着先进的科技，配合着单片机计算机等，变得更加的智能化。而在农业中，灌溉是非常重要的一个环节，它直接影响了农作物，一个好的灌溉系统，所带来的好处是巨大的。然而现阶段，在中国被广泛使用的灌溉技术却不是那么依赖科技。但就在最近这些年中，国家开始重视起了这方面，科学家们将发达的科技和落后的农业技术相结合，吸取发达国家的经验，并从他们手中收购一些完善的灌溉设备，然而这些设备并不是所有地区都能使用，它对于环境的考验还不是很过关，并且这些设备的价格是非常的昂贵的，一些农业大户可能看到这些价格就望而却步，选择继续使用目前比较广泛的渠道灌溉。但这样就不能改变如今的现状了，所以中国开始大规模的将科学家以及大量的金钱投入到这方面来，开始往智能化高效化的农业产链上发展。虽然目前的进度和外面那些发达国家还是有一定的差距，但是在不断的创新，改革之后，我相信，在不久的未来，属于中国自己的智能节水灌溉系统能全方面的投入到农业中，使得中国的农业跨上一个大大的台阶。

1.2.2 国外的研究现状

在国外有很多发达的农业国家他们依靠着发达的科技，结合着农业共同的发展，开发并大量投入这些智能节水灌溉系统，或许和它们的国家政策有一定的关系，它们在很早之前就开始使用智能灌溉系统，但它们一开始也不是将这些技术运用在农业上的，更多的只是自家院中的绿化浇灌，随着时间的慢慢流失，他们也慢慢的发现了，如果将这项技术运用到农业上，这是非常可观的，可以使农作物得到更合理的浇灌，于是国外的一些专家学者，便开始致力于智能灌溉上，一断时间后农作物的产量便得到了大大的提高。它不仅节省人力，而且大大的节约了水资源，为紧张的资源得以得到一定的缓解，不像之前那么铺张浪费。

技术不断的在发展，智能节水灌溉系统，也慢慢的深入农业中，成为了它的左右臂膀，但是着还只是少数几个发达国家才有的，要想普及这个智能节水系统还需要很长的路要走，还需要开发出更好的系统。

1.3课题设计的特点和要求

1.3.1系统的特点

将AT89C51单片机作为智能节水灌溉系统的控制芯片，用来处理传感器信号、LED信号以及电路信号和报警信号，AT89C51将传感器采集到的数据进行转换，做出相应的判断，然后处理，以达到控制整个智能节水喷灌系统的目的。蓝牙通过远程移动端控制系统的开关，蜂鸣器报警系统及时报警，让用户尽早的发现系统故障。

1.3.2 课题研究的内容

智能节水灌溉系统的整体设计和制作，写出相关电路对应的汇编程序，通过测试发现和解决目前系统存在的问题。

1.3.3设计要求

首先是设计出一个大致的系统框架，寻找电路所需要的模块，并且测试它们是否能够符合电路的要求，在用汇编语言配合开发程序，将汇编语言输入进单片机之中，将各个部分的程序结合在一起，使他们围绕着一个中心工作，相辅相成，通过软件和硬件的结合改善电路系统。

参考文献

[1] 王静霞《单片机应用技术》[M] 北京：电子工业出版社 2015

[2] 常慧玲《传感器与自动检测》[M] 北京：电子工业出版社 2012

[3] 杨志忠《数字电子技术（第4版）》[M] 北京：高等教育出版社 2013

[4] 胡宴如《模拟电子技术（第4版）》[M] 北京：高等教育出版社 2013

[5] 罗惠敏《电子电路故障诊断技术》[M] 无锡：无锡职业技术学院 2008

[6] 蔡建军《电子产品工艺与品质管理》[M] 北京：北京理工大学出版社 2014

[7] 蔡建军《智能电子产品设计与制作》[M] 天津：天津理工大学出版社 2015