SCM Technology ?
单片机技术
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程? 233
【关键词】节水灌溉 智能自动控制 土壤湿度 STC89C52RC 单片机
在我国，为解决干旱地区农业灌溉水资源利用率低下的问题，智能型的灌溉控制技术呼之欲出。节水微灌技术（包括喷灌、滴灌、渗灌等）是目前较为先进，节水率、水利用率较高的一种灌溉技术，约比地面灌节水50%~60%，增产20%~30%。由于不同农作物有不同的需水特性，灌水时间、灌水量既影响农产品的产量，也影响农产品的质量，因此，高效节水灌溉自动控制技术主要是向适时适量、按需灌溉的方向发展。
本文设计基于单片机的智能节水灌溉控制器，以性能稳定、控制功能较全、自动灌溉程度高的控制系统为目标，主要工作内容有：
（1）控制器具有多路传感器数据输入；（2）根据传感器采集到的湿度值，对土壤湿度实时监控；
（3）在手动状态下，系统进行定时灌溉，弥补自动控制模式下对环境气候模拟处理的不足；
（4）设计人机界面，进行参数值的设置：土壤湿度上限、下限值；定时灌溉的开启时间、关闭时间，灌溉时间间隔等。
1 系统硬件总体设计
控制系统是以STC89C52RC 单片机为控制核心，采用EC-5土壤湿度传感器作为数据采集部件，TLC0832作为模数转换模块，两个3位LED 数码管作为显示模块，5个独立按键作为输入模块。其控制器总体框图如图1所示。
基于单片机的智能节水灌溉控制器设计
文/林楚婷1 余冰纯1 高鹏1 谢家兴1,2 王卫星1,3
1.1 显示模块和输入模块设计
显示模块采用动态显示的方式，用2个3位的LED 共阳极数码管显示数值。通过译码器74LS138进行位选通，字码通过单片机通用I/O 口、P1口输出。译码器74LS138将单片机的编码信号译码后其相应的输出端输出低电平，其他输出端口均为高电平，低电平对应的三极管导通，其余的均截止。轮流将译码器输出端置高电平实现轮流选通不同的数字位，从而动态显示数值。
系统有7个LED 指示灯，其中3个是功能状态指示灯用于指示当前系统显示处在哪种功能，分别是AUTO 、湿度值、时间设定；4个用于灌溉管道状态指示。为了节省单片机I/
O 口，把指示灯设计成与数码管的输出端并联，即用动态扫描对指示灯赋值点亮。
该设计用5个独立按键，使用非编码独立键盘输入的接法，采用软件去抖的方法以免造成误操作。
5个按键分别是：
（1）加一键（PLUS+），设置参数值加一单位；
（2）减一键（SUB-），设置参数值减一单位；
（3）状态切换键（SWITCH ），在显示状态间循环切换；
（4）自动切换键（AUTO ），选择从其他状态下进入自动模式；
（5）选择确定键（SELETE ）。
1.2 数据采集模块设计
现有土壤含水量的测定方法种类很多，分为直接测定，如烘干法；间接测定，如石膏电阻块法、张力仪、中子仪等，但都存在不足。目前流行的土壤传感器是FDR 型（Frequency Domain Re?ectometry ）频域反射仪，本文使用的是FDR 型EC-5土壤水分传感器。该传感器采用世界先进技术的土壤湿度传感器，测量精确、性能可靠、耐用、工作电流小功耗低。操作简便，可以直接连接到手持仪表或数据采集器。
EC-5土壤水分传感器是电容式变换器，内部主要由方波信号发生电路、RC 充放电路、
时间电压转换电路组成，如图2所示。当测试电极几何因数、电阻、输入电压为定值时，土壤介电常数ε由充电时间t 决定，再通过时间电压转换电路得到输出电压U 。输出电压变化，反应土壤水分变化。
通过传感器采集到的模拟信号经模数转换器把模拟量转换成数字量，再提供给单片机进行处理，但是STC89C52没有集成A/D 转换器，因此需要外接专用A/D 芯片TLC0832，其带有8位逐次逼近型A/D 转换器，可实现双通道输入。
模数转换电路如图3所示，模数转换器与
单片机的
P0
口相接，由于P0口没有内部上拉电阻，因此通用I/O 口需要接10K 的上拉电阻。
●基金项目：2018年省级农业科技创新及推广项目（2018LM2163）；广西科技重点研发计划项目（桂科AB16380286）；广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金（2019KJ108）；广东大学生科技创新培育专项资金（“攀登计划”专项资金）项目（pdjh2019b0080）；国家荔枝
龙眼产业技术体系建设专项资金项目（CARS-32-14）；大学生创新创业训练计划项目（201810564460）。
图2：EC-5传感器原理及组成
图1：控制器总体框图
图3：模数转换电路