一种单片机控制的节水灌溉系统的制作方法

本实用新型属于智能农业领域，尤其涉及一种单片机控制的节水灌溉系统。

背景技术：

中国是农业大国，涉及农业的问题有两个方面一个是水的问题，一个是科技的问题。灌溉系统自动化水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。传统的灌溉模式自动化程度极低，基本上属于粗放的人工操作，即便对于给定的量，在操作中也无法进行有效的控制，为了提高效率，缩短劳动时间和节约水资源，必须发展节水灌溉控制技术。但是在用现代智能型灌溉系统时也会有一些相应的问题产生，例如之前的自动化灌溉根据经验法来确定每天灌溉的次数和灌溉量，并不能对植物健康成长做出最合理的促进作用，同时这种灌溉方法还需要相关专家的实时观察并经验指导生产，劳动生产率很低。另外，之前的灌溉系统造价高可扩展性差，维护费用高等缺点都为它的不能普遍、广泛使用造成了阻碍。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种单片机控制的节水灌溉系统，旨在解决当前技术发展背景下灌溉系统浪费资源、能量，对操作者要求较高等缺点。

本实用新型的技术方案如下：

一种单片机控制的节水灌溉系统，包括：单片机主机系统模块、数据采集处理模块、显示模块、超限报警模块以及抗干扰模块；所述单片机主机系统模块连接数据采集处理模块，所述显示模块连接所述单片机主机系统模块，所述超限报警模块连接所述单片机主机系统模块，所述抗干扰模块连接所述单片机主机系统模块。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述单片机主机系统模块包括AT89C51单片机、时钟电路、复位电路以及数据存储器扩展电路；所述时钟电路和复位电路均与所述AT89C51单片机相连，所述数据存储扩展电路与所述复位电路连接；所述AT89C51单片机的最小系统包括所述AT89C51单片机、时钟电路和复位电路，其中所述AT89C51单片机的31和40号引脚连接输入电压VCC，20号引脚接地。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述数据采集处理模块的电路由一个A/D转换器ADC0809和或非门U3A、U3B组成；所述A/D转换器ADC0809的16号引脚接地，12号引脚接输入电压VCC，所述A/D转换器ADC0809的21、20、19、18、8、15、14、17号引脚分别接所述AT89C51单片机的39、38、37、36、35、34、33、32号引脚，所述AT89C51单片机的25号引脚接所述地址锁存器74LS373的2号引脚，所述A/D转换器ADC0809的24号引脚接所述地址锁存器74LS373的5号引脚，所述A/D转换器ADC0809的23号引脚接所述地址锁存器74LS373的6号引脚，所述A/D转换器ADC0809的22号引脚接所述或非门U3A的1号引脚，所述A/D转换器ADC0809的9号引脚接所述或非门U3B的4号引脚，所述A/D转换器ADC0809的6号引脚接所述或非门U3A的1号引脚，所述A/D转换器ADC0809的10号引脚接所述地址锁存器74LS373的11号引脚和所述AT89C51单片机的30号引脚，所述或非门U3A的3号引脚接所述或非门U3B的5号引脚和所述AT89C51单片机的27号引脚，所述或非门U3B的5号引脚接所述AT89C51单片机的27号引脚，所述A/D转换器ADC0809与所述AT89C51单片机采用等待延时方式连接，所述A/D转换器ADC0809采用脉冲启动转换，只需给所述A/D转换器ADC0809的启动控制转换的输入端START——6号引脚上，加入正脉冲信号，即启动所述A/D转换器ADC0809进行转换，转换开始后，转换结束信号输出端EOC——7号引脚的信号变低，转换结束时，所述输出端EOC返回高电平，以通知主机读取转换结果的数字量，这个信号可以作为A/D转换器的状态信号供查询，也可以用作中断请求信号。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述显示模块主要包括LCD1602液晶显示器，header1为排阻；所述LCD1602液晶显示器的第2、第15引脚接输入电压VCC，第3、第5以及第16引脚接地；所述LCD1602液晶显示器的第7—14引脚以及所述排阻header1的第2—9引脚同时依次连接到所述AT89C51单片机的P0.0—P0.7引脚；所述排阻header1的第1引脚接输入电压VCC；所述LCD1602液晶显示器的第4、第6引脚分别连接所述AT89C51单片机的P1.0和P1.1引脚。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述超限警报模块的电路由一个压电式蜂鸣器B1，一个电阻R10以及一个发光二极管D1组成；所述压电式蜂鸣器B1的一端连接输入电压VCC，另一端与所述AT89C51单片机的P1.0引脚连接，所述电阻R10的一端连接输入电源，另一端连接发光二极管D1的正极，所述发光二极管D1的负极与所述AT89C51单片机的P1.1引脚连接，本实用新型采用简单易行的声光报警电路，所述压电式蜂鸣器B1约需要10mA的驱动电流，当需要报警时，程序对其端口清零即可；所述发光二极管D1为超高限报警器，当所述AT89C51单片机的P1.1引脚输出为低电平“0”时，所述发光二极管导通，灯亮，发出报警信号。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述抗干扰模块的电路由1个固态继电器DCSSR，1个二极管D3，2个电阻R1、R5以及1个型号为74F06的非门电路U1A组成；所述电阻R5的一端接输入电压VCC，另一端接所述固态继电器DCSSR的1号引脚，所述非门电路U1A的2号引脚接所述固态继电器DCSSR的2号引脚，所述二极管D3的正极接所述固态继电器DCSSR的3号引脚，另一端接所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接所述二极管D3的负极，所述抗干扰模块中采用的所述固态继电器DCSSR，其内部结构中由耦合电路和触发电路构成，外接所述二极管D3，用于感性负载情况下，防止由于所述固态继电器DCSSR突然截止所引起的过高的电压，耦合电路能有效的抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，从而使通过通道上的信噪比大大提高。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述时钟电路包括一个外接晶体Y1，两个电容C2、C3；所述电容C2的一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端与所述AT89C51单片机的18号引脚连接，所述电容C3的另一端与所述AT89C51单片机的19号引脚连接，所述外接晶体Y1的一端连接所述AT89C51单片机的18号引脚，另一端连接所述AT89C51单片机的19号引脚，所述电容C2与所述电容C3之间的节点接地，所述外接晶体Y1、电容C2和C3构成并联谐振电路，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外晶体一起可构成一个自激振荡器并产生震荡时的时钟脉冲，起稳定振荡频率，快速起振的作用。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述复位电路包括一个电容C1，一个开关S1以及2个电阻R21、R2；所述电容C1的一端与输入电压VCC连接，另一端与所述AT89C51单片机的9号引脚连接，所述电阻R2的一端接地，另一端与所述AT89C51单片机的9号引脚连接，所述开关S1的一端接输入电压VCC，另一端接所述电阻R21的一端，所述电阻R21的另一端接所述AT89C51单片机的9号引脚，各元件之间组成上电复位电路，可以初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器。

进一步根据本实用新型所述的单片机控制的节水灌溉系统，所述数据存储器扩展电路主要包括一个地址锁存器74LS373和一个6116静态RAM；所述地址锁存器74LS373的1号引脚接地，2、5、6、9、12、15、16、19号引脚分别接所述6116静态RAM的8、7、6、5、4、3、2、1号管脚，所述地址锁存器74LS373的3、4、7、8、13、14、17、18号引脚分别接所述AT89C51单片机的39、38、37、36、35、34、33、32号引脚，所述地址锁存器74LS373的11号引脚接所述AT89C51单片机的30号引脚，所述6116静态RAM的9、10、11、12、13、14、15、16、17号引脚分别接所述AT89C51单片机的39、38、37、36、35、34、33、32号引脚，所述6116静态RAM的23号引脚接所述AT89C51单片机的21号引脚，所述6116静态RAM的22号引脚接所述AT89C51单片机的22号引脚，所述6116静态RAM的19号引脚接所述AT89C51单片机的23号引脚，所述6116静态RAM的21号引脚接所述AT89C51单片机的16号引脚，所述6116静态RAM的20号引脚接所述AT89C51单片机的17号引脚，所述6116静态RAM的18号引脚接所述AT89C51单片机的24号引脚。

本实用新型与现在技术相比，其有益效果在于：

1.本实用新型适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满足不同作物对土壤湿度的要求，实现对土壤湿度的实时监控，下位机也可脱离上位机单独工作。

2.本实用新型可对作物进行适时、适量灌水，不仅有利于作物的生长发育，而且避免了水资源的浪费，起到了高产节水的作用。

3.本实用新型将模糊智能控制技术引入对土壤湿度的分析和处理中，模糊控制决策无需建立被控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合对非线性、时变、滞后系统的控制，对灌溉系统采用模糊控制非常适合。具体采用双输入单输出的模糊控制方法，使控制系统更具科学性。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图；

图2是本实用新型的单片机主机系统模块的AT89C51单片机的最小系统图；

图3是本实用新型的单片机主机系统模块中的数据存储器扩展电路的连接图；

图4是本实用新型的数据采集处理模块的电路连接图；

图5是本实用新型的显示模块的电路连接图；

图6是本实用新型的超限报警模块的电路连接图；

图7是本实用新型的抗干扰模块的电路连接图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的系统结构图如图1所示，图中种植作物的土壤和土壤湿度传感器不属于本实用新型系统范畴。本实用新型分为五个模块：单片机主机系统模块、数据采集处理模块、显示模块、超限报警模块以及抗干扰模块。所述单片机主机系统模块连接数据采集处理模块，所述显示模块连接所述单片机主机系统模块，所述超限报警模块连接所述单片机主机系统模块，所述抗干扰模块连接所述单片机主机系统模块。

所述单片机主机系统模块包括AT89C51单片机、时钟电路、复位电路以及数据存储器扩展电路。所述时钟电路和复位电路均与所述AT89C51单片机相连，所述数据存储扩展电路与所述复位电路连接。

所述单片机主机系统模块的AT89C51单片机的最小系统图如图2所示。所述AT89C51单片机的最小系统包括所述AT89C51单片机、时钟电路和复位电路。其中所述AT89C51单片机的31和40号引脚连接输入电压VCC，20号引脚接地。

所述时钟电路包括一个外接晶体Y1，两个电容C2、C3。所述电容C2的一端与所述电容C3的一端连接，所述电容C2的另一端与所述AT89C51单片机的18号引脚连接，所述电容C3的另一端与所述AT89C51单片机的19号引脚连接。所述外接晶体Y1的一端连接所述AT89C51单片机的18号引脚，另一端连接所述AT89C51单片机的19号引脚。所述电容C2与所述电容C3之间的节点接地。所述外接晶体Y1、电容C2和C3构成并联谐振电路，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外晶体一起可构成一个自激振荡器并产生震荡时的时钟脉冲，起稳定振荡频率，快速起振的作用。

所述复位电路包括一个电容C1，一个开关S1以及2个电阻R21、R2。所述电容C1的一端与输入电压VCC连接，另一端与所述AT89C51单片机的9号引脚连接。所述电阻R2的一端接地，另一端与所述AT89C51单片机的9号引脚连接。所述开关S1的一端接输入电压VCC，另一端接所述电阻R21的一端，所述电阻R21的另一端接所述AT89C51单片机的9号引脚。各元件之间组成上电复位电路，可以初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器。

所述单片机主机系统模块中的数据存储器扩展电路的连接图如图3所示。

所述数据存储器扩展电路主要包括一个地址锁存器74LS373和一个6116静态RAM。所述地址锁存器74LS373的1号引脚接地，2、5、6、9、12、15、16、19号引脚分别接所述6116静态RAM的8、7、6、5、4、3、2、1号管脚。所述地址锁存器74LS373的3、4、7、8、13、14、17、18号引脚分别接所述AT89C51单片机的39、38、37、36、35、34、33、32号引脚。所述地址锁存器74LS373的11号引脚接所述AT89C51单片机的30号引脚。所述6116静态RAM的9、10、11、12、13、14、15、16、17号引脚分别接所述AT89C51单片机的39、38、37、36、35、34、33、32号引脚。所述6116静态RAM的23号引脚接所述AT89C51单片机的21号引脚，所述6116静态RAM的22号引脚接所述AT89C51单片机的22号引脚，所述6116静态RAM的19号引脚接所述AT89C51单片机的23号引脚，所述6116静态RAM的21号引脚接所述AT89C51单片机的16号引脚，所述6116静态RAM的20号引脚接所述AT89C51单片机的17号引脚，所述6116静态RAM的18号引脚接所述AT89C51单片机的24号引脚。

所述数据采集处理模块的电路连接图如图4所示，其由一个A/D转换器ADC0809和或非门U3A、U3B组成。所述A/D转换器ADC0809的16号引脚接地，12号引脚接输入电压VCC。所述A/D转换器ADC0809的21、20、19、18、8、15、14、17号引脚分别接所述AT89C51单片机的39、38、37、36、35、34、33、32号引脚。所述AT89C51单片机的25号引脚接所述地址锁存器74LS373的2号引脚，所述A/D转换器ADC0809的24号引脚接所述地址锁存器74LS373的5号引脚，所述A/D转换器ADC0809的23号引脚接所述地址锁存器74LS373的6号引脚。所述A/D转换器ADC0809的22号引脚接所述或非门U3A的1号引脚。所述A/D转换器ADC0809的9号引脚接所述或非门U3B的4号引脚。所述A/D转换器ADC0809的6号引脚接所述或非门U3A的1号引脚。所述A/D转换器ADC0809的10号引脚接所述地址锁存器74LS373的11号引脚和所述AT89C51单片机的30号引脚。所述或非门U3A的3号引脚接所述或非门U3B的5号引脚和所述AT89C51单片机的27号引脚，所述或非门U3B的5号引脚接所述AT89C51单片机的27号引脚。所述A/D转换器ADC0809与所述AT89C51单片机采用等待延时方式连接。所述A/D转换器ADC0809采用脉冲启动转换，只需给所述A/D转换器ADC0809的启动控制转换的输入端START——6号引脚上，加入正脉冲信号，即启动所述A/D转换器ADC0809进行转换，转换开始后，转换结束信号输出端EOC——7号引脚的信号变低，转换结束时，所述输出端EOC返回高电平，以通知主机读取转换结果的数字量，这个信号可以作为A/D转换器的状态信号供查询，也可以用作中断请求信号。

所述显示模块的电路连接图如图5所示。

所述显示模块主要包括LCD1602液晶显示器，图中的header1为排阻。所述LCD1602液晶显示器的第2、第15引脚接输入电压VCC，第3、第5以及第16引脚接地；所述LCD1602液晶显示器的第7—14引脚以及所述排阻header1的第2—9引脚同时依次连接到所述AT89C51单片机的P0.0—P0.7引脚。所述排阻header1的第1引脚接输入电压VCC；所述LCD1602液晶显示器的第4、第6引脚分别连接所述AT89C51单片机的P1.0和P1.1引脚。

所述超限警报模块的电路结构图如图6所示，其由一个压电式蜂鸣器B1，一个电阻R10以及一个发光二极管D1组成。所述压电式蜂鸣器B1的一端连接输入电压VCC，另一端与所述AT89C51单片机的P1.0引脚连接。所述电阻R10的一端连接输入电源，另一端连接发光二极管D1的正极，所述发光二极管D1的负极与所述AT89C51单片机的P1.1引脚连接。本实用新型采用简单易行的声光报警电路。所述压电式蜂鸣器B1约需要10mA的驱动电流，当需要报警时，程序对其端口清零即可；所述发光二极管D1为超高限报警器，当所述AT89C51单片机的P1.1引脚输出为低电平“0”时，所述发光二极管导通，灯亮，发出报警信号。

所述抗干扰模块的电路连接图如图7所示，其由1个固态继电器DCSSR，1个二极管D3，2个电阻R1、R5以及1个型号为74F06的非门电路U1A组成。所述电阻R5的一端接输入电压VCC，另一端接所述固态继电器DCSSR的1号引脚。所述非门电路U1A的2号引脚接所述固态继电器DCSSR的2号引脚。所述二极管D3的正极接所述固态继电器DCSSR的3号引脚，另一端接所述电阻R1的一端。所述电阻R1的另一端接所述二极管D3的负极。所述抗干扰模块中采用的所述固态继电器DCSSR，其内部结构中由耦合电路和触发电路构成，外接所述二极管D3，用于感性负载(如电机、电磁阀等)情况下，防止由于所述固态继电器DCSSR突然截止所引起的过高的电压。耦合电路能有效的抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，从而使通过通道上的信噪比大大提高。

本实用新型以所述AT89C51单片机为核心通过所述数据采集处理模块检测所在农田土壤的湿度与所述单片机主机系统模块形成负反馈调节机制，对不同的作物以及不同的土壤湿度情况下做出相应最佳的灌溉模式。通过所述显示模块将操作界面以及土壤情况清晰完整的显示出来，让操作人员更为直观的观测到所需灌溉农田的水资源需求情况。在水量超出高线或者低于某种水平标准时，所述超限报警模块会发出警报提醒用户对灌溉的农田的灌溉方式做出相应的调整。又由于农田灌溉覆盖的面积较大范围较广，在长距离输送灌溉信号时所述抗干扰模块会对周边的干扰信号做出相应的过滤与删除，保证灌溉行为的流畅可靠性。所有信息都汇集在所述AT89C51单片机中集中处理，并能对相应的灌溉信息做适当的存储。使得农田灌溉在保证了农作物的健康生长的同时，还节约了水资源，降低了操作难度。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。