江苏省宿迁市泗阳县打井工程队 江苏 宿迁 223700
摘要：智能灌溉系统可以随时随地掌握温室作物灌溉情况，从而更加及时准确灌溉作物。大幅度提高灌水精度，合理实施灌溉制度，以提高水资源的利用率。同时，在大型温室种植大大降低了人力成本，提高了生产效率。传统农业在逐步转型中，物联网技术得到了不断的发展和应用，已经渗透到各行各业，温室的智能灌溉也将继续发展和改善。创造更大的价值。
关键词：物联网；智能大棚灌溉系统；设计
前言
随着农林业的发展，为了解决普通农户的温室大棚生产管理中的节水灌溉和人力消耗等问题，智能灌溉系统应运而生。由于目前水源不足严重影响人类的生产和生活，传统的灌溉方式已无法适应市场需求，减少水资源的浪费亟待解决。现代智能型微机控制灌溉系统正在逐渐推广，它是集传感器、通讯、计算机等技术于一体的理论系统，能够有效解决传统灌溉中水资源浪费的问题。
1智能灌溉系统的组成
1.1智能灌溉系统平面图
整个农业园区由处于不同空间地理位置上的多个地块组成，每个地块又布置多个温室大棚。传统的温室大棚灌溉是由人工操纵独立的灌溉机械完成的，灌溉的方式往往采用漫灌或浇灌。智能灌溉要求无线传感器网络覆盖整个农业园，完成信息采集、传输和自动控制任务。在每个温室大棚内安装灌溉管道，管道上安装一个流量传感器和电磁阀，用于流量监测和控制；各地块的一个典型温室大棚内安装土壤墒情监测器，用于监测该地块的土壤养分等数据。
1.2基于传感器网络的数据采集与传输
在智能灌溉系统中，土壤墒情传感器网络节点安装在温室大棚中，根据监测对象的需要，为传感器节点配置不同类型的传感器。土壤墒情传感器监测大棚内的土壤含水量、土壤温度、湿度等信息，通过信号线连接到首部控制终端，实现土壤墒情数据的采集；温室大棚流量传感器监测管道水流量，并上传到终端。在各地块中间安装小型气象站，用于监测地块的气象信息。终端采集的数据通过移动GPRS完成远程信息传输，上传到监控中心，用于后台的综合管理。
1.3田间控制
终端可以基于GPRS无线通信接收监控中心下发的命令，通过多路信号线连接到灌溉系统首部的触电器和地块内各温室大棚的电磁阀，实现地块灌溉和大棚流量控制。终端内还可以预先下发设置灌溉方案，即确定灌溉量、灌溉时间等参数，基于地块和大棚采集到的数据，自主判断并自动执行灌溉方案。
2设计目标与系统整体方案设计
本设计是以基于单片机智能浇灌系统的工作原理为参考，它由大棚内的温湿度采集模块、单片机主控模块、LCD液晶显示模块、系统报警模块、供水模块构成。这是一个集信息采集、单片机控制、显示、报警和供水于一体的温室大棚智能自动灌溉系统。本设计的整体方案不仅要有智能自动方式，还需要有手动按键方式，在传感器部分出现故障后可通过按键操作继续进行灌溉，而不受制于其它模块。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在智能自动灌溉的模式下，首先我们需要设定大棚内的适宜农作物生长的正常温湿度范围，其次将大棚内温湿度采集模块采集到的实际温湿度值通过数据处理后输送到单片机内，在温度值高于预设温度最高值时，或者低于预设湿度最低值时，单片机主控模块将会同时给供水模块和报警模块发出灌溉和报警的指令，直到温湿度采集模块采集到的信息回到设定的温度范围，单片机主控模块才会给供水模块和报警模块发出停止工作的指令。其中，本设计大棚内温湿度的采集部分，由于传感器采集到的信号不能直接用于单片机AT89C51，因此在这加了一个数据处理流程，处理过的温湿度信息输送到单片机内，再由显示模块进行直观显示。在手动灌溉模式下，直接用手动按键控制灌溉的开始与结束。
2.1温湿度采集模块
（1）温度传感器：本设计选用的温度传感器是DS18B20，因使用便捷，准确度高，非常适合本设计中大棚实时温度的采集。且DS18B20是数字温度传感器，AD转换过程在DS18B20里进行处理，它的输出信号可以让单片机直接接收。每个DS18B20温度传感器和其他同型号的温度传感器作用在同一条总线上并不会影响其功能，所以可在大棚内许多不同的地方放置温度灵敏器件，全面对大棚内温度进行监测。
（2）湿度传感器：选用4线制HR202湿敏电阻器的湿度传感器，它作为新型的湿度传感器，本身的湿度敏感元件的探测范围广，加上稳定性能高，可用于本设计。本设计采用HR202湿敏电阻的湿度传感器可长期稳定地监测土壤湿度。HR202湿敏电阻器采用高分子材料湿敏电阻元件作为敏感元件，属水分子亲和力型湿敏元件。它的测湿原理是通过湿敏电阻的感湿导电，通过湿度的变化构成阻抗，从而产生相应的线性电压信号，随后线性电压信号通过A/D转换成湿度量。
2.2单片机主控模块
本设计选取单片机AT89C51作为核心芯片，其中引脚RXD、TXD为串口收发端，INT0、INT1为外部触发，WR、RD分别为外部写选通和外部读选通。可设定为四种模式：准双向口，推免，高阻，开漏。P1口第二功能为AD口和ISP下载口P0口自带上拉电阻。
2.3 LCD液晶显示模块
选用LCD1602液晶显示屏，它的每个点阵字符位都可以显示1个字符，且之间也有一定的间隔，所以符合本设计实现显示实时监测的大棚温湿度和设定的温湿度阈值的要求。
2.4报警模块
此报警模块拥有LED灯和蜂鸣报警的声光报警。该系统首先是用单片机程序设定浇灌的上下阈值，然后将大棚内温湿度采集模块输送到单片机的实际温湿度值与设定阈值相比较，如果实际温湿度不在设定的安全范围内，单片机将给报警模块发出开始报警的指令，这时声光报警开始，直到实际温湿度值回到安全范围内，单片机发出停止报警为止，声光报警停止。
2.5供水模块
系统的供水模块采用单片机控制直流水泵抽水来改善湿度情况，采用三极管放大加以驱动。供水模块接收来自于单片机的信号，从而进行浇灌，这是一个工蚁型的模块。本次设计将大棚内需要灌溉的区域分为ABC三个区域，供水模块的三个灌溉区域是通过接收单片机主控模块的指令，从而进行开启灌溉和停止灌溉的工作。
3系统特点优势
3.1及时、精准性
大棚农作物什么时候需要灌溉，需要灌多少，这些单靠种植人员的观察和经验很难保证及时性和精准性。通过安装部署在大棚土壤中的土壤湿度传感器，可以及时知道灌溉需求。通过设定灌溉条件，自动启动电磁阀进行灌溉，能大幅提高灌溉的精准性；
3.2可复制性
不同农作物对土壤湿度的需求不相同，相同农作物不同生长时期对土壤湿度的需求也不相同。传统人工灌溉因人员不同难以有效记录长期灌溉信息。本系统可以根据历史灌溉记录分析不同农作物不同时期的灌溉需求，据此可以整理为有效灌溉参考依据，加以复制运用；
3.3管理可移动性
大棚内土壤湿度和灌溉阀门运行状态都通过GPRS网关实时将数据转发到云服务器，用户可以通过手机客户端或电脑客户端随时随地了解大棚内农作物灌溉情况，对生产管理进行统筹协调；
3.4节省人力成本
由于大棚种植对人工灌溉的依赖，在农作物生长期间需要不断灌溉保持大棚内土壤湿度。一个人可以管理10亩大棚灌溉，当大棚种植面积到100亩、1000亩甚至上万亩的时候，人工成本将会很大。通过本系统，可以实现智能灌溉，只需要少量人员即可管理整个种植区域的灌溉。
结束语
通过检测和控制土壤湿度和大棚温度来实现节水灌溉，系统具有广泛的适用性且操作简易，系统在界面中有相应的参数设置，使用者设置好参数后系统便能实时对大棚温湿度进行监控，满足不同的作物对水分和温度的不同需求，实时监控适量灌溉，不仅能够高效节水，还能为作物创造良好的生长环境，从而提高作物的产量，且该系统的成本低廉，可延展性强，有利于大范围地推广使用。
参考文献
[1]李凯，欧丹，吴云.智能自动灌溉系统的设计与实现[J].现代电子技术，2010，33（15）：209-210.
论文作者:钱利国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：模块论文; 温湿度论文; 单片机论文; 大棚论文; 湿度论文; 系统论文; 土壤论文; 《防护工程》2018年第33期论文;