摘 要

本文设计了一个以单片机为核心，基于土壤水分监测的自动灌溉系统，其可以解决无人状态下的土壤缺水和节水问题。该系统的硬件部分主要包括：单片机模块、土壤湿度传感器模块、数据处理模块、数据显示模块、给水及灌溉模块及供电模块。该系统的软件部分包括：按键扫描模块、LCD1602显示模块、土壤湿度传感器模块、报警模块以及自动灌溉模块。该系统实现按需设置阈值，对于土壤湿度进行实时检测，实时土壤湿度值显示，越限蜂鸣器报警以及自动/手动两种灌溉方式。本文给出了系统的详细硬件电路和软件设计方案，并进行了实物制作和成功调试。该系统的土壤湿度检测范围是0~100%，检测精度是1%。

关键词：单片机；土壤湿度传感器；自动控制；灌溉

Abstract

In this paper, an automatic irrigation system based on soil moisture monitoring using a single chip microcomputer as the core has been designed. It can solve the problem of water shortage and water saving under the condition of no one. The hardware part of the system mainly includes: single chip microcomputer module, soil humidity sensor module, data processing module, data display module, water supply and irrigation module and power supply module. The software part of the system includes: key scanning module, LCD1602 display module, soil humidity sensor module, alarm module and automatic irrigation module. The system achieved the required threshold, the soil moisture for real-time detection, real-time soil moisture values diaplay ,the more limited buzzer alarm and automatic / manual two irrigation methods. The detailed hardware circuit and software design of the system are given in this paper. And the physical production and the successful debugging have been achieved. The soil moisture detection range of the system is 0~100%, and the detection accuracy is 1%.

Key words: Single-Chip Microcomputer; Soil moisture sensor; Auto-Control; Irrigation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究的现状及发展趋势 1

1.2.1 国外研究现状及发展趋势 1

1.2.2 国内研究现状及发展趋势 3

1.3 课题研究内容 3

第2章 土壤水分监测及自动灌溉系统总体方案设计 4

2.1 土壤水分监测及自动灌溉系统原理 4

2.2 方案一 4

2.3 方案二 5

2.4 最终方案的确定 6

第3章 系统的硬件电路及原理说明 7

3.1 单片机模块 7

3.2 土壤湿度传感器模块 9

3.3 数据处理及显示模块 11

3.4 给水及灌溉模块 16

3.5电源管理模块 17

3.6 独立按键模块 18

3.7 蜂鸣器报警模块 19

3.8 系统整体电路图 20

第4章 系统软件模块及程序流程图 21

4.1 程序流程图 22

4.2 按键扫描模块 23

4.3 LCD1602显示模块 24

4.4 土壤湿度传感器模块 26

4.5 报警模块 27

4.6 自动灌溉模块 28

第5章 系统的调试 31

5.1 系统的硬件调试 31

5.2 系统的软件调试 32

5.3系统的成本估算 34

第6章 总结 35

参考文献 36

致谢 37

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

众所周知，水是组成一切生命形态的基础，随着科技的发展，人类也从来没有停止过对外太空生命的探寻，而确定一个星球是否可能存在生命，首要确定的就是该星球是否存在水。地球表面海洋覆盖面积约为70.8%，然而海水不能够饮用或使用却是一个不争的事实。地球表面上或者地下的淡水资源分布也很不均匀，有些地方水资源贫瘠，随着人类活动造成的环境污染，地球上可供使用的水资源越来越少，而人类随着人口数量的不断增长，对于水资源的需求却是有增无减。中国是一个干旱缺水严重的国家。人均占有水资源只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5、在世界上名列121位。日趋严重的水污染降低了水体的使用功能，严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的生命健康。

中国现如今用水可分为工业、农业及生活用水。农业灌溉用水占了很大一部分，传统的灌溉方式是利用土渠进行大水漫灌，这种灌溉方式的缺点是:1、造成水资源浪费;2、造成电力浪费;3、造成农药化肥流失,污染水环境，存在非常大的弊端。而由于工业用水需求量越来越大，迫使农业生产不得不改变传统灌溉方式，滴灌技术是一种高效节水灌溉技术，滴灌利用管道系统供水，使灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地浸润作物根系发育区域，使作物主要根系区的土壤湿度始终保持在最适宜植物生长的状态。在一些缺水比较严重的国家和地区，滴灌技术表现出了前所未有的节水优势。

随着经济的飞速发展，人们的生活节奏明显加快，各种各样的事情使得人们变得更加忙碌，家里养的一些盆栽植物经常会疏于照顾，忘记浇水^[1]。而随着计算机及传感器技术的发展，使得其价格越来越便宜，并且它们的可靠性及实用性不断提高。基于这些条件，我们完全可以设计一种自动灌溉装置，利用传感器代替人类的眼睛，自动实时监测植物的土壤湿度，用来判断植物是否缺水，进而驱动自动灌溉系统，给植物进行浇水，这样就免去了人们的后顾之忧。

1.2 国内外研究的现状及发展趋势

1.2.1 国外研究现状及发展趋势

随着微型计算机技术、传感器技术以及自动控制技术的飞速发展，它们已经越来越多地被应用到农业灌溉领域中并且给农业灌溉技术插上了高效节能的翅膀。

喷灌是借助动力设备把水喷到空气中形成细小的水滴，使之能够均匀地降落到田间的一种全新的灌溉技术^[2]。喷灌由于具有适应性强，节约人力，省水增产，少占耕地以及无需严格的土地平整，保持水土及综合利用与施肥、农药、调节小气候等作用，目前已经成为了一些先进国家的重要灌溉技术。但是它也存在一些弱点，主要是受风影响比较大，表土湿润较多，当空气相对湿度过低时喷灌的空中蒸发损失比较大。同时它也需要具备一定的条件，如需要一定的专用机械设备，能量消耗比较多，每亩投资也比较多，这些有待于在喷灌技术的发展中逐步进行克服。