用于树苗育苗的自动灌水系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于单片机技术的能够根据土壤湿度自动进行灌水、灌水量更加精确、整体成本较低、可靠性高的用于树苗育苗的自动灌水系统，它包括单片机、用于检测土壤湿度的湿度传感器、用于设定土壤湿度上下界限时的输入装置、用于控制水泵工作的控制器、显示器，湿度传感器、输入装置、控制器、显示器均与单片机电连接；水泵的输出管位于土壤内。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及自动灌水系统。
技术介绍
树苗育苗时，为了保证树苗的成活率，首要保证的就是水量供应充足，而天然降水受季节影响较大，雨量又很难控制，大多都难以达到幼苗成活成荫所需的用水量。因此，在幼苗成长的时候大多使用人工辅助灌溉措施。我国在1994年构建了一个以单片机为核心的全自动化灌溉控制器，它具有两种工作方式，即可以按照预先设定的任意周期进行定时灌溉，也可以根据检测到的土壤水分状况进行自动控制，采用模块化的组合方式，可根据场合的不同进行不同的组合，能够控制多路灌溉系统进行灌溉，可靠性强、操作简便实用，可与滴灌、喷灌等灌水系统配合使用。中国研究院周国宏后来根据农业灌溉的特点，采用8031单片机构建了一套开关控制和模糊控制相结合的双模控制灌溉方案。2001年，中科院院士杨林又针对现有节水灌溉系统的设计缺陷，研究出了一种适应面广的积水灌溉计算机监控系统，为了解决节水灌溉控制中的分区域和多任务机制，系统的运行是在基于单片机工作的机制下进行的。总之，目前在我国，虽然已经有很多种灌溉控制器问世，但多数自动灌溉系统规模较小，只是局限于实验和理论的探究，而国外的技术很先进，但一直忽略小范围灌溉，且开发出来的产品价格昂贵。现有的自动灌溉系统，大多需要外加高压电源供电，存在一定的安全隐患，而且普遍自动灌溉装置的程序一般只是在系统的程序存储器内固化，存在不能灵活的设置灌溉时间及循环时间等缺点。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于单片机技术的能够根据土壤湿度自动进行灌水、灌水量更加精确、整体成本较低、可靠性高的用于树苗育苗的自动灌水系统。本技术所述的用于树苗育苗的自动灌水系统，包括单片机、用于检测土壤湿度的湿度传感器、用于设定土壤湿度上下界限时的输入装置、用于控制水泵工作的控制器、显示器，湿度传感器、输入装置、控制器、显示器均与单片机电连接；水泵的输出管位于土壤内。上述的自动灌水系统，湿度传感器为YL-69湿度传感器，YL-69湿度传感器通过A/D转换器ADC0832与单片机相连，单片机为AT89C51单片机。上述的自动灌水系统，控制器为继电器。上述的自动灌水系统，它还包括与单片机电连接的蜂鸣器。本技术的有益效果：本系统是对树苗育苗过程中自动灌水系统进行分析与设计，以计算机数据采集分析为手段，实时监控土壤含水量的变化，实现智能监测与自动灌水的功能。本设计主要包括两个方面，一是测量，通过湿度传感器获取土壤水分信息，并根据土壤水分、湿度和植物需水特性的多少来确定灌水的水量。二是控制，根据对土壤研究及植物需水特性进行合理的灌水决策，即将传统的只是凭经验由人工手控制洒水器的方式，变化为自动进行适量的、适时的、按需的灌溉控制。系统根据由测量土壤湿度，通过抽水装置控制给水量的多少，从而使得水资源能够得到高效的使用，同时也节省了人力，达到智能灌水的目的。并且通过最直接的地灌方式（水泵的输出管插入土壤层），可以真正做到自动灌水节水化。尤其是采用AT89C51单片机作为控制中心，使用YL-69作为土壤湿度传感器对土壤湿度进行检测，采用LCD1602作为显示器显示传感器检测的数据，使用蜂鸣器作为报警器对缺水时候发出报警，采用作为输入装置的按键是用来设定报警和灌溉区间的数值，即时实现对树苗的灌水，提高了育苗培植的存活率，而且整个系统成本低，运行可靠。附图说明图1的自动灌水系统原理图；图2是显示电路、组合复位电路、按键电路等电路图；图3是YL-69湿度传感器与AD转化器连接电路图；图4是继电器控制水泵电路图；图5是蜂鸣器报警电路图；图6是自动灌水系统的整体电路图。具体实施方式参见图1所示，本自动灌水系统主要包括单片机主控模块、LCD显示模块、土壤湿度传感器的检测模块、按键设置输入模块、继电器与水泵灌水模块、蜂鸣器发出警报模块等六大模块。主控模块位AT89C51单片机是负责对采集到的数据的分析及处理；YL-69湿度传感器作为检测土壤湿度的湿度检测模块核心；通过按键模块设置输入湿度值的上下限；LCD显示模块是显示土壤湿度检测器检测出来的湿度值及其上下限数值；最后继电器与水泵灌水和蜂鸣器报警是用来执行系统命令的。详细电路原理图见图2。1 单片机主控模块单片机作为本系统的主控模块，选取由ATMEL公司生产的AT89C51芯片，考虑作为一款低电压、高性能CMOS8位单片机芯片，有着便宜的价格，并且它和MCS-51系列有着很好的兼容性。因此在这个系统中采用AT89C51作为控制芯片。AT89C51单片机作为本系统的主控模块，主要负责对YL-69湿度传感器采集到的数据进行分析及处理，并且可以通过按键设置输入湿度值的上下限，然后将采集的数据和设置数值输出到LCD显示器，如果缺水，则会驱动蜂鸣器发出报警，并且输出信号给继电器，驱动水泵灌水。AT89S51主要的性能参数：4K字节可重复擦写Flash闪速存储器；1000次擦写周期；4.0—5.5V的工作电压范围；全静态工作模式：0HZ—24HZ；32个可以编程的I/O接口；有6个中断源；内部RAM字节为128*8；2个16位定时计数器；全双工串行UART通道；看门狗（WDT）及双数据指针；掉电标识和快速编程特性。其中在单片机AT89C51里面，有一个高增益方向的发达器，就是XTAL1和XTAL2引脚，它们各为放大器的输入端与输出端，为了构成一个稳定的自激式的振荡电路，则需要在XTAL1与XTAL2引脚上再串联一个晶体振荡器，该振荡器电路的输出可直接送入内部时序电路，即为单片机的时钟电路。在单片机上通电的时候，AT89C51单片机的复位端RST端口中，时钟电路才会进行工作，如果在工作过程中有大于2个周期的高电平通过RST端口，那么单片机将会进行复位运作，复位后的单片机，PC=0000H，CPU从程序存储器的0000H开始取值执行，这便是单片机的复位电路原理。在单片机的系统中，为了能够使复位键稳定的工作，需要将RC电力连接施密特电路以后，再和单片机复位键相连接，这样是为了能够使系统的干扰性大大提高。如果在系统中需要多个复位芯片时，而这些复位芯片的要求和单片机的复位系统相同时，可以将芯片的复位端连接到单片机的复位端。在通电的一瞬间，由于电容存在固有特性使得其两端的电压不能瞬间发生改变，所以单片机的RST引脚电压端，VR的电压为VCC，在电容重的时候，RST引脚的电压会下降，随时间的增加电容会充完电，RST端口的电压将会接近0V。参见图2，在组合复位电路，电阻R2的数值大多是较小的，仅仅为几十欧姆，在按下复位按钮之后，电容C3快速通过电阻R2进行放电，放电完成后VR=（R1*Vcc）/（R1+R2），由于R2远远小于R1，电压VR与VCC基本相同，使得RST引脚的电压为高电平，将复位键松开后，过程与上电复位相同。单片机复位后，ALE和为输入状态；片内 RAM 不受复位影响；P0 ～ P3口输出高电平，且这些双向口皆处于输入状态，堆栈指针SP被置成07H，PC被置成0000H，接着，单片机将从程序存储器的0000H开始重新执行程序。因此，单片机运行出错或进入死循环时，可通过复位使其重新运行。2 LCD显示模块在系统的设计过程需要一个显示器来显示检测到的土壤湿度值，相比较LED数码管，参见本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于树苗育苗的自动灌水系统，其特征是：包括单片机、用于检测土壤湿度的湿度传感器、用于设定土壤湿度上下界限时的输入装置、用于控制水泵工作的控制器、显示器，湿度传感器、输入装置、控制器、显示器均与单片机电连接；水泵的输出管位于土壤内。

【技术特征摘要】
1.用于树苗育苗的自动灌水系统，其特征是：包括单片机、用于检测土壤湿度的湿度传感器、用于设定土壤湿度上下界限时的输入装置、用于控制水泵工作的控制器、显示器，湿度传感器、输入装置、控制器、显示器均与单片机电连接；水泵的输出管位于土壤内。2.如权利要求1所述的自动灌水系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：云挺，胡春华，马祥磊，杨东，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32