智能灌溉系统.doc

1、智能灌溉机-1-2012年重庆地区第五届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛作品创意书20120292智能灌溉机重庆科技学院电气与信息工程学院指导教师：张小云参赛队员:刘云参赛队员:崔荣利参赛队员:柯小川公元 2012 年 1 月 3 日智能灌溉机-2-作 品 创 意 书一、 摘要本设计是为了提高家庭、园艺工人的工作效率，节约水资源和营养液而设计的装置。此外，还能够最大限度地减少植物由于水分过量或缺失造成的死亡。此装置用温度传感器、湿度传感器、PH 等检测外部及养料参数，动态提示及控制灌溉所需的水分和浇灌的合理时间及营养液的配比。通过该系统,园丁还可以事先设定好浇灌过程的浇水量和养料量，系统实时

2、检测土壤水分和水分的流失量，得到反馈信号并分析，然后通过步进电机来动态调节浇灌量，以保证整个浇灌过程的正确性和连续性，确保植物健康生长，从而可减少植物因不正常生长而导致死亡的情况发生。关键词：智能灌溉 环保 动态调节二、 作品介绍1、创作背景水是生命之源，是包括人类在内的各种生物生存的必要元素。而我国是联合国认定的“水资源紧缺”国家，人均淡水资源占用量仅为世界人均水平的 1/4。所以对水资源的有效利用及节水成为一个重要课题。另一方面，随着生活质量提高和对健康生活的追求，人们对花卉、树木等绿色植物的种植越来越多。然而以往对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现。我们认为，这样做存在部分弊端：一

3、方面，人工灌溉不能准确把握浇灌量，不仅造成了水资源的浪费，同时也有可能影响花木的健康生长；另一方面，由于现代生活节奏的加快，人们往往因忙于工作或外出时间较长而无暇顾及对花木的照料。已有的浇水器大多局限于定时浇灌，不能根据植物正常生长所需要的湿度、温度、PH 等有效资料来实时调节植物的生长环境。针对上述现象，我组成员设计了此款浇灌装置，它是一款集配料装置、土壤湿度、温度、PH 传感器、旋转浇灌装置等多种传感和控制装置为一体的基于单片机的自动、智能浇灌机，用以达到对植物进行定时、合理的智能灌溉和节水目的。智能灌溉机-3-三、 工作原理一、 整体原理框图此设计将以 HT66F50 为主控芯片，以温度

4、、湿度、PH 等传感器获取植物外部环境信息，然后将获取的信息转换给单片机分析后，再进行相应的处理。二、必要装置原理1.配料装置1.1 作用（1）按照人工设定的植物生长所需营养液比例，将肥料（液体肥）和浇灌溉用水进行合理配置；（2）使土壤中的保持在正常范围内，当值过酸或者过碱时，配料装置开启，添加相应所需的酸或碱。1.2 配制方法加料输送管与自来水管相接，通过控制自来水导入水量与加料流量来实现水与肥料的合理配比。2数据采集模块智能灌溉机-4-数据采集的主要功能是采集外界环境的参数:温度、湿度、PH 值等一系列的与植物生长有密切关系的因素。这些因素对植物的生长有很大的影响，只有当这三者达到适当比例

5、时，植物才能达到最好的生长状态。2.1 温度采集温度的采集采用的 DS18B20 温度传感器，通过温度传感器来检测空气的温度来判断当前的天气状况，以此温度作为参考是否灌溉的一个标准。DS18B20 温度传感器有超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强等优点，而且全数字温度转换及输出，最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5 摄氏度。检测温度范围为55C +125C (67F +257F)，完全适用于本产品的开发与要求。 2.2 湿度采集湿度采集采用的是 AM1001 湿度传感器，一方面可以实时检测土壤中的湿度，土壤过湿或者过干，通过湿度传感器检测的土壤湿度来判断植物是否缺水

6、。另一方面，通过采集大气中水分的多少来判断当前天气的情况（如，是否将要下雨） ，进而结合土壤的湿度考虑是否灌溉。湿度传感器 AM1001 具有低功耗，小体积、带温度补偿、单片机校准线性输出、使用方便、成本低、完全互换、超长的信号传输距离、精确校准等优点。采集外界的模拟信号，传给单片机处理。2.3 土壤 PH 的采集PH 值的采集主要采用的是 HI9125N 传感器，通过 HI9125N 传感器检测土壤的酸碱度，酸碱度对植物的影响很大，过酸过碱对作物的伤害都是很大的。采用 PH 值的采集可以有效地预防过酸过碱情况的发生，有效地保护植物。不同的植物对 PH 的要求也各有差异。再者，I9125N 具

7、有良好的防水性，即使在恶劣的环境中也有很好的精度和准确度。内置 5 个 PH 校准点（4.01，6.86,7.01,9.18，10.01）当电量过低时将自动关机避免测量误差。3. 灌溉控制模块3.1 智能灌溉模块启动电机，单片机综合各种传感器传送过来的数据有针对性的发出浇灌指令，通过电机带动目的。当湿度传感器检测到土壤水分过少或者温度偏高时，启动电机进行灌溉，时刻检测水分，当湿度达到最适值时，关闭电机停止灌溉，以达到智能控制的效果。智能灌溉机-5-3.2 手动控制手动控制也是灌溉系统必不可缺的一部分。在自动控制不方便或出现某些故障（如，温度感应器失灵）的情况下，可以启动手动控制灌溉。同时，通过

8、手动控制还可以检测到水管堵塞等一系列的故障。4. 模数转化模块通过数据采集到的信号有两种：数字信号和模拟信号。对于数字信号，单片机可以直接的进行处理，但是对于模拟信号，单片机不能直接处理，就必须要一个模数转化的模块。模 数 转 换 (ADC)亦称模拟-数字转换，与数/模(D/A) 转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。项目中的数据采集到的湿度、PH 等信号都是模拟信号，要使单片机能直接进行控制，必须要加相应的模数转化的模块，同时，系统对每一个参数的要求不一样，就需要精度不同的模数转化装置。针对要求精度高的特性，采用 ADS8412 模数转化芯片，A

9、DS8412 是一款 2Msps 采样速率的 16 位逐次逼近模数转化芯片。它具有功耗小、精度高、安全性好等优点。完全能达到理想的要求。5. 液晶显示模块数据采集到的信号通过模数转化传送给单片机，单片机把数据以数字的形式在液晶屏上显示出来，便于人工观测、比对，能更好的控制浇灌系统。四、 作品功能、特色本装置是通过单片机实现和完成的。利用各种湿度和温度传感器、电机和自检装置辅助实现，该装置通过上述的一系列方法让自动智能浇灌变成了可能。满足了忙于生活而无暇顾及对花木进行浇灌的人的需求。因此，此类装置拥有广阔的市场前景。因本款智能浇灌装置具有雨水收集、温度湿度检测、PH 检测、自检等功能，所以它比其

10、他同类产品更具优势，是一个很实用的家庭、园林小助手。综上所述，此装置具有很强的实用价值，且兼有可行性高、市场前景广阔等鲜明特色。该设计的主要特色有：智能灌溉机-6-1. 能分析植物所处生长土壤的参数，并与植物适宜的生长土壤参数进行对比，以浇灌的方式对土壤作出合理的调解；2. 智能调节浇灌，减少了人们由于不了解植物所需而浪费水和养料的情况发生，最大限度的节约水和营养液等资源；3. 智能配料装置，可根据植物正常生长所需 PH 环境，自动向自来水中添加酸或碱盐溶液，调节土壤 PH；根据主人设定的肥料与自来水比例，精确将肥料调和入自来水中，保证植物的健康生长；4.自来水中含有对植物生长不利的氯化物和硫化物，此装置带有净水功能，可对自来水进行有效处理，从而减少对植物的伤害，进一步保证了植物健康；5. 可以通过感应装置检测实时温度，必要时，实施浇水降温，实现对植物的更好的保护；6. 采用自动、手动两种操作模式，防止了因感应器失灵等故障引起的不能浇灌的现象；7. 立足单片机技术，实现湿度、温度、PH 值测定、时钟于一体的多功能装置；8. 本装置外形简洁美观，安装方便。五、 作品结构(一) 硬件部分浇灌前自来水处理及水料混合装置流程如下图：智能灌溉机-7-浇灌装置流程如下图：（二） 软件部分总体流程图如下：