测控系统综合设计课程设计报告

测控系统综合设计课程设计题目：土壤湿度调节灌溉系统设计

院（系、部）：电气与控制工程学院

班级：测控11- 1

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

辽宁工程技术大学

课程设计成绩评定表

摘要

土壤湿度调节灌溉系统针对目前城市绿化、农业大棚等灌溉方面所遇到的问题而设计的一种能够精确控制土壤湿度，合理供水，达到节水、保湿、检测土壤水分等目的的控制系统。它能够协助人们用最适合的水量培育植物，既不浪费水又能使作物正常生长，这使得土壤灌溉更加科学合理，并且逐步实现自动化、智能化控制。本系统主要以单片机为核心，利用土壤湿度传感器采集湿度信号，通过继电器，电机，电磁阀等控制，实现灌溉水量的控制。

关键词：单片机；土壤湿度；灌溉；

目录

1、设计方案 (1)

1.1系统功能及实现 (1)

1.2系统主要控制与检测元件 (2)

2、硬件系统设计 (3)

2.1温度检测以及报警功能的实现 (3)

2.2土壤湿度与空气湿度检测功能的实现 (4)

2.3单片机最小系统电路 (5)

2.4硬件系统测试 (5)

3、软件系统设计 (7)

3.1程序主流程设计 (7)

3.2系统状态检测程序 (8)

3.3系统控制程序 (9)

3.4数据显示程序 (9)

3.5程序调试 (10)

4、总结 (11)

5、设计体会 (12)

参考文献 (13)

1、设计方案

自动化灌溉系统分为全自动化灌溉系统和半自动化灌溉系统。全自动化灌溉系统不需要人直接参与,通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参量可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。半自动化灌溉系统中在田间没有安装传感器,灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序而不是根据作物的土壤水分及气象状况的反馈信息来控制的。

本课程设计所研究设计的是全自动的灌溉系统，能够对土壤湿度、空气温湿度进行检测，并将数据返回经过单片机程序进行决策，判断土壤水分状况，利用部分算法控制实施对土壤灌溉的科学化管理。

1.1系统功能及实现

本系统装置主要有以下几点功能：

1、检测土壤湿度并自动浇水。

2、湿度低于设定值进行报警。

3、低温报警。室温低影响植物生长，此时需要声音提醒。

4、人机交互显示。方便使用者实时了解与花卉相关的气温湿度等参数。

5、存储历史数据，对土壤湿度在每次浇水后进行数据存储，以便提取分析，设定合理

的湿度阈值，并获取土壤湿度和空气湿度变化情况。

设计方案：

土壤湿度调节灌溉系统以STC公司生产的单片机作为系统控制核心，通过编程来控制并实现上述功能。首先，单片机由温度、湿度等传感器获取外界相关信号，并转换为数字信号进入单片机进行数据处理，通过与一些特定的条件比较后，判断此时装置的工作状态以及花卉的生长情况，一方面，将信息显示出来，另一方面，准备向执行机构发送相应动作指令。然后，针对不同情况分优先级处理，通过控制外设达到所需效果测温报警功能需要通过温度传感器获取温度值，在经过单片机程序的处理，控制蜂鸣器发声报警。

自动浇水功能，需要水泵和电磁阀共同实现。但是，先由土壤湿度检测模块收集花盆

内土壤干湿度的信号，输入单片机后，经过继电器控制水泵和电磁阀，其中电磁阀一般为12V电源，水泵在通断时有电压波动和较大的工作电流约2A，因此，继电器可以有效的将单片机与水泵和电磁阀隔开，避免因电压或者电流的大幅波动影响单片机的正常工作。与此同时，对补水功能的实现还需要考虑设计简单的水位监测电路，这样使得单片机更加容易控制水泵的上水速度与水量。

人机交互显示功能使用液晶来实现，与数码管等相比，显示内容更加丰富，可加入图片、汉字等信息，稳定性与可靠性也相对较高。因此，在设计显示内容时可以加入更多创新元素，使得使用者更易接受并理解信息含义。

1.2系统主要控制与检测元件

单片机：采用STC12C5A60S2单片机。该款单片机具有8路10位A/D，2路PWM输出，单字节指令执行速度是8051系列单片机的8~12倍，主要针对电机控制，强干扰场合。ROM空间最大64K，RAM空间为1280K，满足设计所需程序的存入。I/O口均具有强推挽能力，无需上拉电阻。

空气温度检测：采用DS18B20。该传感器输出为数字量，无需进行模拟量转换，测温范围-55℃至+125℃，精度为±0.5℃，分辨率9~12位，接口采用单总线技术，供电范围3~5.5V。

湿度检测：土壤干湿度检测采用购买的土壤湿度检测模块，缺点在于容易被腐蚀，输出为模拟量（0~5V）。空气湿度检测采用DHT11，该传感器输出为16位数字量，传输距离20米，大于20米需要5K上拉电阻。

液晶显示：使用Usart_GPU 2.2寸彩色液晶显示屏，该显示屏使用串口直接与单片机通信，占用I/O很少，包含汉字字库，能够先曲线折线等图形，操作使用液晶可直接用TTL 转串口与PC机相连接进行图形编辑。

其他元件：24C08存储器，松乐5V继电器，拨动开关（1A），无源蜂鸣器

2、硬件系统设计

图1 硬件电路系统框图

土壤湿度调节控制系统硬件部分主要由温度检测模块，土壤湿度检测模块，存储器模块，继电器模块，蜂鸣器模块以及串口液晶显示模块，共6部分构成，核心控制单元为STC12C5A60S2单片机，图1展示了整个系统电路的结构组成以及控制流程，其中水泵、电磁阀控制单元使用LED指示灯代替。因此，针对系统各个功能的模块，电路设计方案及电路图如下：

2.1温度检测以及报警功能的实现

图2 温度检测电路

图示中R2电阻为上拉电阻，主要作用是保证高低电平输出正常不被干扰信号影响，另外增大了传输距离，便于传感器适应较远距离或导线较长的情况。