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摘 要：本文通过阐述在单片机温室灌溉控制系统所设计方案的基础之上，从系统测控电路的硬件设计以及软件方面设计进行详细的探讨，希冀可以提供一定的参考价值。
关键词：瘟室灌溉；自动控制；单片机
中图分类号：S625.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0196-02
引 言
温室灌溉是伴随农村的经济结构以及种植结构其发生调整而成长起来的一类新型的设施农业。与田间生产相比，它具有面积小与种植较为灵活以及容易对作物生长的环境进行控制等多个优点。为了使华北地区的冬季新鲜果蔬的生产以及供应得到缓解，启动了设施农业大规模的发展以及推广。但问题是大多数温室设施相对简单。温室灌溉依靠人工经验，传统的灌溉方式被用来造成严重的水浪费。与此同时，温室作物的生产和质量也受到很大限制。因此，设计出一类以单片机来作为基础的高效智能灌溉的控制系统。其依照土壤所含水量测定，根据作物的生长周期来及时地实行灌溉作业。该系统降低了人工成本，节约了资源，将温室农业其自动化的程度提升起来。
1 系统总体的设计方案
温室灌溉伴随着当前农村的经济结构以及种植的结构其调整进而发展壮大起来的一类新型的设施农业。与田间生产相比，它具有面积小与种植非常灵活以及容易对作物的生长环境进行控制等多个优点。为缓解华北地区新鲜果蔬的生产和供应，开展了大规模的设施农业推广与开发。但问题是大多数温室设施相对简单。温室灌溉依靠人工经验，传统的灌溉方式被用来制造严重的水资源浪费。与此同时，温室作物的生产和质量也受到严重限制。设计出一类以单片机来作为基础的高效智能灌溉的控制系统。其依照土壤所含水量测定，根据作物的生长周期来及时地对其进行灌溉作业。该系统降低了人工成本，节约了资源，使得温室农业自动化的程度得到提升。
所有作物其成长以及繁殖皆需要一种特定的自然环境，其作物品种对于环境条件的需要是不一样的，有的植物在生长时要求有比较高的温度，而有的植物再生长时要求比较低的温度。温室环境综合治理是对温度与湿度以及光照等多种环境因子的综合控制，为了不一样的作物其生长繁殖供给出适宜合理的环境，使作物和环境得到更好的统一。利用温室环境控制可以为作物生长创造适宜的条件，如光照与温度以及湿度还有水分和肥料等。它能够定制出一系列多种多样的管理决策以及控制方案，对常变化的市场环境以及成熟的市场时间进行适应，达到高投入与高产量以及高质量的目的。然而，对温室内作物的生存环境所进行的控制一般要比普通工业环境当做所做的控制要复杂许多。其受到外部的环境影响非常的明显。受到控制对象其不确定的性质以及作物的形状和大小在不断的发生变化，生产者管理经验和恶劣的工作环境将对直接感知的作物生长生理的状态其信息检测的传感器造成影响。传统的控制方法用于处理温室的多输入多输出非线性控制过程，有时难以获得较为理想的结果。这些就需要我们要对系统其控制的结构以及控制的原理来实行改进。早期温室环境控制主要由开关量（开/关）控制，工业逐渐采用。现场应用的反馈控制，如PID控制，运用这类较为常规的控制办法来对温室内部多输入与多輸出以及空时变化还有非线性强生物的过程中所控制的问题进行处理。这样做难以得到更加满意的结果。所以，从事研究的工作人员把神经网络与遗传算法以及模糊推理的控制办法运用到对温室环境控制当中，从而使得温室环境其自动化以及智能化的水平得到提升。
该温室灌溉作为伴随农村的经济结构以及种植的结构其调整进而得到发展的一类新型的设施农业。与田间生产相比，它具有面积小与种植灵活以及容易对作物生长的环境进行控制等多种优点。为了减轻华北地区新鲜果蔬的生产和供应，开展了大规模的农业推广和开发。但问题是大多数温室设施相对简单。温室灌溉依靠人工经验，传统的灌溉方式被用来制造严重的水资源浪费。与此同时，温室作物的生产和质量受到严重限制。因此，设计出一类以单片机来作为基础高效智能的灌溉控制体系。依照土壤其含水量方面的测定，根据作物的生长周期来及时地对其进行灌溉作业。该系统降低了人工成本，节约了资源，使得温室农业自动化的程度得到提升。
2 系统测控的电路设计
2.1 单片机
单片机作为在全部控制系统当中核心的部分。负责实时采集温室当中土壤水分数据将灌溉控制的信号得到实行，把信息给上传至上位机并对其进实行相关的存储以及记录，并把状态的信息传送至人机交互的模块来对其实行显示操作。在然后对系统其预期的功能以及其设备性价比来进行相关的分析，ATMEL公司的AT89S51单片机作为系统的核心控制芯片。这是一个带有4KB在线可编程Flash存储器的低功耗单片机。
2.2 电源电路
在系统中，单片机控制器的电源部分由SV供电，湿度的传感器以及继电器等多个设备需要12V的电源来对其进行供电。为此，以设计为主导的变压器转换成12V的交流是设计，整流后处理，使用7812和780523端稳压输出标准和电压12V直流为下位机和相关器提供稳定的直流电源。
2.3 湿度传感的电路
湿度的传感器是运用到线性电压的输出式所集成的湿度传感器HM1500，它是HUMIREL公司的典型产品，以HS1101来作为基础的电压输出的湿度模块，其还有着非常高的可靠性以及长时间的稳定性能，在5VDC进行供电的时候，0～100%RH对应输出1～4VDC线性电压，其温度所发生的改变对于其输出的电压造成的影响非常小。HM1500运用到防护棒式的封装，其有3引脚，包含电源正极与地以及输出。
AD转换电路采用8位模拟输入8位数字输出，将模拟的信号至数字的信号之间的转换实现了。根据ADC0809的地址引脚A，B和C，P2口地址的编码是不同的，与湿度所模拟出的电压信号其转换变成分布于8个不一样位置的湿度传感器来实行。当模拟的信号在完成转换之后，ADC0809发出EOC信号，使外部微控制器发生中断的情况和中断的程序能够在P0口中获得在转换之后的信息数据。利用该中断所读取出的数据其优点是能够极大地将进行随机事件处理的效率提升起来，并将系统性能得到提高。 2.4 人机交互电路
人机交互的模块涵盖着报警的电路以及显示的电路。该显示的电路常用在对所检测到湿度进行显示、水的水质和系统的工作状态，并用该报警的电路释放出报警的声音，这样使得操作人员在对异常的事件进行处理时非常的方便。
显示电路采用2位8段共阳极数码管，动态扫描显示方式，由P1口输出字型码，由P3.6，P3.7输出的高低电平驱动开关管，使开关管处于导通或截止状态来实现2位数码管轮流动态显示。
为了提醒操作人员及时处理一些异常情况，设计了一套完善的报警电路。报警电路由P3驱动。5端口开关管以一定的频率，使蜂鸣器发出报警信号。当控制驱动电路测量土壤湿度低于作物生长周期湿度时，单片机控制驱动模块信号，三极管传导，关闭继电器，电磁阀开启，水灌溉任务自动完成。当湿度达到湿度极限时，单片机关闭电磁阀和灌溉站。系统驱动模块主要由放大驱动电路和电磁继电器组成。由于IO电流不足以驱动继电器，系统使用开关三极管驱动模式来实现足够的驱动电流。
3 软件设计
由于本设计采用A/D扫描转换，LED是动态显示，因此主程序主要执行该程序。
主程序包括传感器信号采集、数据处理和显示管理。采集的传感器数据存储在RAM中，然后调用相应的数据处理程序。处理结果表明，管理程序完成了显示格式转换，完成了屏幕刷新。当采集时间被规定时，下一轮的数据采集和处理开始，主程序周期性地运行。
在整个程序运行过程中，看门狗程序在后台连续运行。看门狗用于监视系统的工作。一旦程序运行，系统就会瘫痪。此时，系统工作状态指示灯闪烁。“看门狗”将及时取代手动复位，恢复系统正常运行，保证系统可靠工作。该系统正常的运行其不但需要具有合理有效电路的设计来当做基础，还需用相关支持的软件来当做支撑，二者之间有效的结合才可以将系统其最佳的效能发挥出来。为了使得系统其可读性以及可移植性得到提高，软件部分用C语言编写，由其主程序以及子程序的奴隶多能够调换使用。该下位机的控制程序作为全部程序最为核心的部分，其体现出了系统工作的步骤。其最为主要的功能就是将人们所测出来的湿度值來进行读取，然后将其和阈值来进行相应的比较，然后再依照内部的控制算法来对该控制的设备实行开闭工作。在线状态下，上位机根据上位机的要求进行检测，上位机可直接执行控制设备。
4 总 结
本设计将单片机控制技术应用于温室灌溉过程中。阐明了硬件电路的工作原理和设计过程。由硬件电路和主控程序构成的灌溉系统可替代人工土壤水分状况，根据作物生长条件和周期适时适时灌溉。该系统结构简单，操作方便。它的应用和推广将有效地提高温室农业的自动化水平，降低人工成本，节约资源。该系统采用传感器技术、自动检测技术和微机控制技术，开发了一套简便、实用的温室环境因子监测自动控制系统。该系统的硬件和软件设计合理，硬件设计更加完善合理，抗干扰性能强，单片机软件采用模块化程序设计方法，各模块相互独立，提高了系统的可靠性和可扩展性，整个系统具有较高的性能和价格比。
参考文献
[1]向海健，徐荣青.智能温室中的温湿度巡检系统[J].传感检测技术，2007（4）：6～7.
[2]张旭涛，曾现峰，王爱军.单片机原理与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2007：26.
[3]张洪润，刘秀英，张亚凡.单片机应用设计200例[M].北京：北京航航天大学出版社，2006：46.
[4]张红菊，陈修斌.北方温室蔬菜优质化生产需要解决的几个关键问题[J].河西学院学报，2008，24（5）：61～63.
[5]于振良，刘淑艳，腾 云.设施农业节水灌溉技术现状与进展[J].吉林蔬菜，2008（6）：90～92.
[6]王幸之，钟爱琴，王 雷，等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[7]韩广兴.电子元器件与实用电路基础[M].北京：电子工业出版社，2005.
收稿日期：2018-4-21
作者简介：郭 乾（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事电子技术和电气自动化技术教学工作。
关键词：瘟室灌溉；自动控制；单片机
中图分类号：S625.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0196-02
引 言
温室灌溉是伴随农村的经济结构以及种植结构其发生调整而成长起来的一类新型的设施农业。与田间生产相比，它具有面积小与种植较为灵活以及容易对作物生长的环境进行控制等多个优点。为了使华北地区的冬季新鲜果蔬的生产以及供应得到缓解，启动了设施农业大规模的发展以及推广。但问题是大多数温室设施相对简单。温室灌溉依靠人工经验，传统的灌溉方式被用来造成严重的水浪费。与此同时，温室作物的生产和质量也受到很大限制。因此，设计出一类以单片机来作为基础的高效智能灌溉的控制系统。其依照土壤所含水量测定，根据作物的生长周期来及时地实行灌溉作业。该系统降低了人工成本，节约了资源，将温室农业其自动化的程度提升起来。
1 系统总体的设计方案
温室灌溉伴随着当前农村的经济结构以及种植的结构其调整进而发展壮大起来的一类新型的设施农业。与田间生产相比，它具有面积小与种植非常灵活以及容易对作物的生长环境进行控制等多个优点。为缓解华北地区新鲜果蔬的生产和供应，开展了大规模的设施农业推广与开发。但问题是大多数温室设施相对简单。温室灌溉依靠人工经验，传统的灌溉方式被用来制造严重的水资源浪费。与此同时，温室作物的生产和质量也受到严重限制。设计出一类以单片机来作为基础的高效智能灌溉的控制系统。其依照土壤所含水量测定，根据作物的生长周期来及时地对其进行灌溉作业。该系统降低了人工成本，节约了资源，使得温室农业自动化的程度得到提升。
所有作物其成长以及繁殖皆需要一种特定的自然环境，其作物品种对于环境条件的需要是不一样的，有的植物在生长时要求有比较高的温度，而有的植物再生长时要求比较低的温度。温室环境综合治理是对温度与湿度以及光照等多种环境因子的综合控制，为了不一样的作物其生长繁殖供给出适宜合理的环境，使作物和环境得到更好的统一。利用温室环境控制可以为作物生长创造适宜的条件，如光照与温度以及湿度还有水分和肥料等。它能够定制出一系列多种多样的管理决策以及控制方案，对常变化的市场环境以及成熟的市场时间进行适应，达到高投入与高产量以及高质量的目的。然而，对温室内作物的生存环境所进行的控制一般要比普通工业环境当做所做的控制要复杂许多。其受到外部的环境影响非常的明显。受到控制对象其不确定的性质以及作物的形状和大小在不断的发生变化，生产者管理经验和恶劣的工作环境将对直接感知的作物生长生理的状态其信息检测的传感器造成影响。传统的控制方法用于处理温室的多输入多输出非线性控制过程，有时难以获得较为理想的结果。这些就需要我们要对系统其控制的结构以及控制的原理来实行改进。早期温室环境控制主要由开关量（开/关）控制，工业逐渐采用。现场应用的反馈控制，如PID控制，运用这类较为常规的控制办法来对温室内部多输入与多輸出以及空时变化还有非线性强生物的过程中所控制的问题进行处理。这样做难以得到更加满意的结果。所以，从事研究的工作人员把神经网络与遗传算法以及模糊推理的控制办法运用到对温室环境控制当中，从而使得温室环境其自动化以及智能化的水平得到提升。
该温室灌溉作为伴随农村的经济结构以及种植的结构其调整进而得到发展的一类新型的设施农业。与田间生产相比，它具有面积小与种植灵活以及容易对作物生长的环境进行控制等多种优点。为了减轻华北地区新鲜果蔬的生产和供应，开展了大规模的农业推广和开发。但问题是大多数温室设施相对简单。温室灌溉依靠人工经验，传统的灌溉方式被用来制造严重的水资源浪费。与此同时，温室作物的生产和质量受到严重限制。因此，设计出一类以单片机来作为基础高效智能的灌溉控制体系。依照土壤其含水量方面的测定，根据作物的生长周期来及时地对其进行灌溉作业。该系统降低了人工成本，节约了资源，使得温室农业自动化的程度得到提升。
2 系统测控的电路设计
2.1 单片机
单片机作为在全部控制系统当中核心的部分。负责实时采集温室当中土壤水分数据将灌溉控制的信号得到实行，把信息给上传至上位机并对其进实行相关的存储以及记录，并把状态的信息传送至人机交互的模块来对其实行显示操作。在然后对系统其预期的功能以及其设备性价比来进行相关的分析，ATMEL公司的AT89S51单片机作为系统的核心控制芯片。这是一个带有4KB在线可编程Flash存储器的低功耗单片机。
2.2 电源电路
在系统中，单片机控制器的电源部分由SV供电，湿度的传感器以及继电器等多个设备需要12V的电源来对其进行供电。为此，以设计为主导的变压器转换成12V的交流是设计，整流后处理，使用7812和780523端稳压输出标准和电压12V直流为下位机和相关器提供稳定的直流电源。
2.3 湿度传感的电路
湿度的传感器是运用到线性电压的输出式所集成的湿度传感器HM1500，它是HUMIREL公司的典型产品，以HS1101来作为基础的电压输出的湿度模块，其还有着非常高的可靠性以及长时间的稳定性能，在5VDC进行供电的时候，0～100%RH对应输出1～4VDC线性电压，其温度所发生的改变对于其输出的电压造成的影响非常小。HM1500运用到防护棒式的封装，其有3引脚，包含电源正极与地以及输出。
AD转换电路采用8位模拟输入8位数字输出，将模拟的信号至数字的信号之间的转换实现了。根据ADC0809的地址引脚A，B和C，P2口地址的编码是不同的，与湿度所模拟出的电压信号其转换变成分布于8个不一样位置的湿度传感器来实行。当模拟的信号在完成转换之后，ADC0809发出EOC信号，使外部微控制器发生中断的情况和中断的程序能够在P0口中获得在转换之后的信息数据。利用该中断所读取出的数据其优点是能够极大地将进行随机事件处理的效率提升起来，并将系统性能得到提高。 2.4 人机交互电路
人机交互的模块涵盖着报警的电路以及显示的电路。该显示的电路常用在对所检测到湿度进行显示、水的水质和系统的工作状态，并用该报警的电路释放出报警的声音，这样使得操作人员在对异常的事件进行处理时非常的方便。
显示电路采用2位8段共阳极数码管，动态扫描显示方式，由P1口输出字型码，由P3.6，P3.7输出的高低电平驱动开关管，使开关管处于导通或截止状态来实现2位数码管轮流动态显示。
为了提醒操作人员及时处理一些异常情况，设计了一套完善的报警电路。报警电路由P3驱动。5端口开关管以一定的频率，使蜂鸣器发出报警信号。当控制驱动电路测量土壤湿度低于作物生长周期湿度时，单片机控制驱动模块信号，三极管传导，关闭继电器，电磁阀开启，水灌溉任务自动完成。当湿度达到湿度极限时，单片机关闭电磁阀和灌溉站。系统驱动模块主要由放大驱动电路和电磁继电器组成。由于IO电流不足以驱动继电器，系统使用开关三极管驱动模式来实现足够的驱动电流。
3 软件设计
由于本设计采用A/D扫描转换，LED是动态显示，因此主程序主要执行该程序。
主程序包括传感器信号采集、数据处理和显示管理。采集的传感器数据存储在RAM中，然后调用相应的数据处理程序。处理结果表明，管理程序完成了显示格式转换，完成了屏幕刷新。当采集时间被规定时，下一轮的数据采集和处理开始，主程序周期性地运行。
在整个程序运行过程中，看门狗程序在后台连续运行。看门狗用于监视系统的工作。一旦程序运行，系统就会瘫痪。此时，系统工作状态指示灯闪烁。“看门狗”将及时取代手动复位，恢复系统正常运行，保证系统可靠工作。该系统正常的运行其不但需要具有合理有效电路的设计来当做基础，还需用相关支持的软件来当做支撑，二者之间有效的结合才可以将系统其最佳的效能发挥出来。为了使得系统其可读性以及可移植性得到提高，软件部分用C语言编写，由其主程序以及子程序的奴隶多能够调换使用。该下位机的控制程序作为全部程序最为核心的部分，其体现出了系统工作的步骤。其最为主要的功能就是将人们所测出来的湿度值來进行读取，然后将其和阈值来进行相应的比较，然后再依照内部的控制算法来对该控制的设备实行开闭工作。在线状态下，上位机根据上位机的要求进行检测，上位机可直接执行控制设备。
4 总 结
本设计将单片机控制技术应用于温室灌溉过程中。阐明了硬件电路的工作原理和设计过程。由硬件电路和主控程序构成的灌溉系统可替代人工土壤水分状况，根据作物生长条件和周期适时适时灌溉。该系统结构简单，操作方便。它的应用和推广将有效地提高温室农业的自动化水平，降低人工成本，节约资源。该系统采用传感器技术、自动检测技术和微机控制技术，开发了一套简便、实用的温室环境因子监测自动控制系统。该系统的硬件和软件设计合理，硬件设计更加完善合理，抗干扰性能强，单片机软件采用模块化程序设计方法，各模块相互独立，提高了系统的可靠性和可扩展性，整个系统具有较高的性能和价格比。
参考文献
[1]向海健，徐荣青.智能温室中的温湿度巡检系统[J].传感检测技术，2007（4）：6～7.
[2]张旭涛，曾现峰，王爱军.单片机原理与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2007：26.
[3]张洪润，刘秀英，张亚凡.单片机应用设计200例[M].北京：北京航航天大学出版社，2006：46.
[4]张红菊，陈修斌.北方温室蔬菜优质化生产需要解决的几个关键问题[J].河西学院学报，2008，24（5）：61～63.
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[6]王幸之，钟爱琴，王 雷，等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[7]韩广兴.电子元器件与实用电路基础[M].北京：电子工业出版社，2005.
收稿日期：2018-4-21
作者简介：郭 乾（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事电子技术和电气自动化技术教学工作。