CN208834189U - 一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，包括单片机单元、以及分别与单片机单元连接的水位检测单元、电机单元和控制终端；单片机单元包括单片机、以及分别与单片机电性连接的控制按钮、液晶显示模块、无线传输模块、时钟模块和报警模块。本实用新型的有益效果：1、用户设定农田水位的上限和下限数值，通过超声波传感器HC‑SR04即时测量农田水位，当所测的水位低于设定值下限时，操控水泵进行自动灌溉，当所测的水位高于设定值上限时，操控水泵进行抽水，保障农田水位处于正常区间；2、用户通过控制终端进行远程监控，依据农作物的自然生长规律进行调节，节省灌溉用水的同时，保障植物的正常生长。

Description

一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统

技术领域

本实用新型涉及农业灌溉技术领域，尤其是涉及一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统。

背景技术

在农作物种植中，需要对农作物进行灌溉，从而促进农作物的生长，为农作物补充生长过程中需要的水分。目前，传统的灌溉方式大多通过农民田间经验，甚至是大水漫灌的方式，耗时费力，针对性差，并且容易导致植物根层无机氮的流失，导致植物发病率大大提高，生长受限，甚至死亡。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，解决上述背景技术中提及的问题。。

本实用新型采用的技术方案提供一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，包括：单片机单元、以及分别与所述单片机单元连接的水位检测单元、电机单元和控制终端；所述单片机单元包括单片机、以及分别与所述单片机电性连接的控制按钮、液晶显示模块、无线传输模块、时钟模块和报警模块；所述水位检测单元为超声波传感器HC-SR04；所述电机单元包括电机控制模块、以及分别与所述电机控制模块连接的第一水泵和第二水泵；所述控制终端与所述单片机单元无线连接。

本实用新型的有益效果包括：1、用户设定农田水位的上限和下限数值，通过超声波传感器HC-SR04即时测量农田水位，当所测的水位低于设定值下限时，操控水泵进行自动灌溉，当所测的水位高于设定值上限时，操控水泵进行抽水，保障农田水位处于正常区间；2、用户通过控制终端进行远程监控，依据农作物的自然生长规律进行调节，调整农田水位上下限的数值，节省灌溉用水的同时，保障植物的正常生长。

附图说明

图1为本实用新型的控制示意图；

图2为本实用新型中单片机AT89C51的示意图；

图3为无线传输模块NRF24L01与单片机AT89C51的部分连接结构示意图；

图4为本实用新型中时钟模块中的时钟电路的电路图；

图5为本实用新型中时钟模块中的复位电路的电路图；

图6为本实用新型中超声波传感器HC-SR04的部分结构示意图；

图7为本实用新型中的超声波检测流程图；

附图中：1、单片机单元，2、水位检测单元，3、电机单元，4、控制终端，11、单片机，12、控制按钮，13、液晶显示模块，14、无线传输模块，15、时钟模块，16、报警模块，31、电机控制模块，32、第一水泵，33、第二水泵，121、第一控制按钮，122、第二控制按钮，123、第三控制按钮，124、第四控制按钮，125、第五控制按钮，126、第一LED指示灯，127、第二LED指示灯。

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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参阅图1-7，本实用新型采用的技术方案提供一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，包括单片机单元1、以及分别与单片机单元1连接的水位检测单元2、电机单元3和控制终端4。

单片机单元1包括单片机11、以及分别与单片机11电性连接的控制按钮12、液晶显示模块13、无线传输模块14、时钟模块15和报警模块16。

单片机11为单片机AT89C51，单片机11上的P0接口(P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7引脚)用于连接液晶显示模块13，单片机11上的P1接口(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚)用于连接控制按钮12，单片机11上的P2接口(P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚)用于连接无线传输模块14，单片机11上的P3接口(P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引脚)用于连接报警模块16、水位检测单元2和电机单元3。

控制按钮12包括第一控制按钮121、第二控制按钮122、第三控制按钮123、第四控制按钮124和第五控制按钮125，其中第一控制按钮121用于控制单片机11的开启和关闭，第二控制按钮122用于操控闭环控制模式和开环控制模式的切换，第三控制按钮123用于设置水位和时钟模块15，第四控制按钮124用于控制水泵对水田加水，第五控制按钮125用于控制水泵对水田抽水。

单片机单元1上还设置有第一LED指示灯126和第二LED指示灯127。于本实施例中，用户设置农田水位的上限和下限，当农田水位位于上限值和下限值之间时，水位正常，第二控制按钮122切换到闭环控制模式，当农田水位超过上限值或低于下限值时，第二控制按钮122切换到开环控制模式。当水位低于下限值时，电机单元3中的水泵向农田灌溉，同时第一LED指示灯126上的绿灯亮起，且报警模块16启动，提醒用户水位过低，灌溉一段时间后，农田水位上升，当水位达到正常值时，水泵停止灌溉；当遇到雨季水位超过上限值时，电机单元3中的水泵进行抽水，同时第二LED指示灯127上的红灯亮起，且报警模块16启动，提醒用户水位超过上限，抽水一段时间后，农田水位下降，当水位达到正常值时，水泵停止运行。

液晶显示模块13采用显示屏LCD1602，液晶显示模块13用于显示单片机11上的信息。单片机AT89C51将接采集的信号进行识别，经过模数转换器进行数据处理后，将其与初始输入的设定值进行比较后输出相应的高低电平，然后在显示屏LCD1602上显示。显示屏LCD1602的数据/命令端口和使能端口分别与单片机11连接，当选择数据寄存器的时候单片机11输出信号为高电平，选择指令寄存器时单片机11输出信号为低电平。

无线传输模块14采用NRF24L01。当无线传输模块14用于发射数据时，先通过配置寄存器将NRF24L01配置为发射模式，并且开启自动应答功能，首先将CSN配置为低电平，CE配置为保持在10μs以上的高电平，延迟130μs后NRF24L01开始自动发送数据，在发射数据后NRF24L01立即开始接收应答信号。如果接收到应答信号，TX_D置为高电平，TX_PLD从TXFIFO中被清除；如果没有接收到应答信号，就自动重新发送该数据，当重新发送次数(ARC)达到最大值时，MAX_RT变为高电平，TX FIFO中数据被保留下来以便下次重新发射；当MAX_RT或TX_DS被配置为高电平时，IRQ变为低电平，从而产生一个中断到单片机11。当无线传输模块14用于接收数据时,先通过配置寄存器将NRF24L01配置为接收模式，在延迟130μs后进入接收数据状态，当NRF24L01检测到有效的地址和CRC时，该数据就会被存储在RX FIFO中，中断标志位RX_DR置为高电平，IRQ变为低电平从而产生一个中断来通知单片机11获取数据。

请同时参阅图4和图5，时钟模块15上设置有时钟电路和复位电路。单片机AT89C51上设置有内部振荡器，该内部振荡器的输入端和输出端引脚分别为XTAL1和XTAL2。图4表示外接晶振YI与电容(C1和C2)构成并联谐振电路，两个电容C1和C2的电容值均为30pF，晶振频率为12MHz。图5表示复位电路，复位电路与单片机11上的RST引脚连接，当用户通过外部电路使得RST引脚为高电平时，复位电路可以使单片机11复位，单片机11从初始状态开始工作。在本技术方案中中，我们通过外部复位电路的电容C充电来实现复位，接通电源SS的瞬间便可以完成单片机11的复位。

报警模块16采用压电式蜂鸣器，该蜂鸣器上三极管的基级串联一个限流电阻后再与单片机11上的P3.1引脚连接，当P3.1引脚和P3.0引脚输出为高电平时，三极管被截止，不发生警报；当P3.1引脚和P3.0引脚输出为低电平时，三极管导通，有电流流过集电极，蜂鸣器发出声音起到报警作用。用户设置农田水位的上限和下限，当农田水位低于水位的下限值或高于水位的上限值时，报警模块16上的蜂鸣器启动。

请同时参阅图6和图7，水位检测单元2采用超声波传感器HC-SR04，传感器HC-SR04为超声波模块，该超声波模块包括发射器、接收器、控制电路和电源电路四个部分，可提供2cm-500cm的非接触式距离测量功能，测量精度达到3mm，单片机11上的P3.2和P3.3引脚分别连接超声波模块的ECHO和TRIG引脚。超声波传感器HC-SR04的基本工作原理是：系统初始化后打开时钟模块15上的计数器，给P3.3引脚一个高电平，启动超声波模块的测距功能，然后超声波模块的发射器发送8路40KHz的超声波信号，当另一侧的接收器检测到有信号返回时，超声波模块的ECHO引脚输出一个高电平，当INT0变为低电平时，表明外中断INT0检测并接收到返回超声波信号，则立即进入外部中断服务程序，ECHO引脚变为高电平，同时时钟模块15停止计时，超声波来回往返的时间就是高电平持续的时间。超声波在空气中的长波速度一定，超声波来回往返的时间可由时钟模块15计算，由此可计算出路程的一半即为所测距离，测量数据经处理后在LCD1602显示屏上显示。

电机单元3包括电机控制模块31、以及分别与电机控制模块31连接的第一水泵32和第二水泵33，且电机控制模块31与单片机11上的P3.6引脚和P3.7引脚连接。

电机控制模块31包括两个三级管，且两个该三极管的基极经一个电阻后与单片机11上的P3.6和P3.7引脚相连，当超声波传感器HC-SR04检测到的水位数值与水位上下限的设定值比较后，当检测到的水位数值小于水位下限值时，P3.6引脚输出低电平，P3.7引脚输出高电平，与P3.6引脚连接的三极管被导通，第一水泵32启动，第二水泵33关闭，第一水泵32开始对农田灌水；当检测到的水位数值大于水位上限值时，P3.6引脚输出高电平，P3.7引脚输出低电平，与P3.7引脚连接的三极管被导通，第一水泵32关闭，第二水泵33启动，第二水泵33开始抽水，将多余的水排出田间以保证作物正常生长。当检测到的水位数值正常，即检测到的水位数值位于水位上下限的设定值之间时，P3.6引脚和P3.7引脚均输出高电平，第一水泵32和第二水泵33均处于关闭状态。

控制终端4为智能终端，具体为手机或者电脑，控制终端4与单片机单元1无线连接，用于接收单片机单元1上的数据，并根据接收到的数据进行远程控制。用户通过控制终端4进行远程监控，依据农作物的自然生长规律进行调节，调整农田水位上下限的数值，保障植物的正常生长。

上述技术方案中，本实用新型的工作原理：用户在使用过程中，设定农田水位的上限和下限数值，通过超声波传感器HC-SR04测量农田水位，将水位检测数值反馈到单片机单元1进行判断，水位数值在显示屏LCD1602上显示，同时用户通过控制终端4进行远程监控。当所测的水位低于设定值下限时，电机单元3控制第一水泵32进行自动灌溉，同时第一LED指示灯126上的绿灯亮起，且报警模块16启动，提醒用户水位过低，灌溉一段时间后，农田水位上升，当水位达到正常值时，水泵停止灌溉。当遭遇雨季，所测的水位高于设定值上限时，电机单元3控制第二水泵33抽水，同时第二LED指示灯127上的红灯亮起，且报警模块16启动，提醒用户水位超过上限，抽水一段时间后，农田水位下降，当水位达到正常值时，水泵停止运行。用户可以根据农田实际情况，通过控制终端4远程对单片机单元1进行操控，调整农田水位上下限的数值，便于农作物正常生长。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：1、用户设定农田水位的上限和下限数值，通过超声波传感器HC-SR04即时测量农田水位，当所测的水位低于设定值下限时，操控水泵进行自动灌溉，当所测的水位高于设定值上限时，操控水泵进行抽水，保障农田水位处于正常区间；2、用户通过控制终端进行远程监控，依据农作物的自然生长规律进行调节，调整农田水位上下限的数值，节省灌溉用水的同时，保障植物的正常生长。

以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，其特征在于，包括：单片机单元、以及分别与所述单片机单元连接的水位检测单元、电机单元和控制终端；所述单片机单元包括单片机、以及分别与所述单片机电性连接的控制按钮、液晶显示模块、无线传输模块、时钟模块和报警模块；所述水位检测单元为超声波传感器HC-SR04；所述电机单元包括电机控制模块、以及分别与所述电机控制模块连接的第一水泵和第二水泵；所述控制终端与所述单片机单元无线连接。

2.如权利要求1所述的一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，其特征在于，所述单片机为AT89C51。

3.如权利要求1所述的一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，其特征在于，所述控制按钮包括第一控制按钮、第二控制按钮、第三控制按钮、第四控制按钮和第五控制按钮。

4.如权利要求1所述的一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，其特征在于，所述液晶显示模块为显示屏LCD1602。

5.如权利要求1所述的一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，其特征在于，所述无线传输模块为NRF24L01。

6.如权利要求1所述的一种基于单片机的智能农田灌溉控制系统，其特征在于，所述控制终端为智能终端，所述智能终端为手机或电脑。