植物自动灌溉系统设计报告

自动灌溉控制系统摘要：我们考虑到不同花卉的需水量不同，同时在不同时期对水的要求不同，以及水分不足常延迟萌芽和发芽不整齐，影响花卉正常生长，但是水分过多也会影响花朵的品质。因此，我们需要因地制宜的进行灌溉。针对传统的人工浇灌方法浪费水资源、浪费人力物力、不能根据植物需要及时浇灌等缺点，我们进行了自动灌溉控制系统的设计，该系统可综合考虑环境温度、湿度及季节的变化，自动对植物进行浇灌，可节约用水、用电及人力成本。系统主要包括温度采集模块、湿度采集模块、季节月份信息推算、自动灌溉控制器、信息显示模块等部分。关键字：自动控制；节约资源；最佳灌溉Abstract：Wetakeneedsofthewaterofdifferentflowersintoaccountandsametimeindifferentyears,differentrequirementsonthewatercycleisdifferent.Meanwhile,lossofwateroftendelaygerminationandgerminationirregular,affectingthenormalgrowthofflowers,andtoomuchwaterwillalsoaffectthequalityoftheflowers.Therefore,weneedlocalconditionsforirrigation.Traditionalmanualmethodforthewasteofirrigationwaterresources,wasteofmanpowerandresources,notaccordingtotheneedfortimelywateringofplantsandothershortcomings,weconductedanautomaticirrigationcontrolsystem,thesystemcanbetakenintoaccounttheambienttemperature,humidityandseasonalchanges,theplantautomaticallyforirrigation,savingwater,electricityandlaborcosts.Systemincludesthetemperatureacquisitionmodule,humidityacquisitionmodule,seasonalinformationprojectedinJanuary,automaticirrigationcontroller,informationdisplaymoduleandotherparts.Keyword：Automaticcontrol,Conservationofresources,Thebestirrigation目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"总体设计方案1\o"CurrentDocument"控制器模块1\o"CurrentDocument"温湿度信息采集模块2\o"CurrentDocument"信息显示模块2\o"CurrentDocument"植物高度检测模块3\o"CurrentDocument"终端控制台设计4\o"CurrentDocument"理论计算4\o"CurrentDocument"植物在不同生长期的需水量4\o"CurrentDocument"植物在不同的温度湿度条件下的用水量5\o"CurrentDocument"植物在一天内适合灌溉的时间5\o"CurrentDocument"结果计算5\o"CurrentDocument"程序设计6总体设计6\o"CurrentDocument"采集温湿度信息6\o"CurrentDocument"控制参数的设置7\o"CurrentDocument"显示程序8\o"CurrentDocument"功能简介8\o"CurrentDocument"控制部分8\o"CurrentDocument"终端控制台9\o"CurrentDocument"特色与创新9\o"CurrentDocument"适用范围10\o"CurrentDocument"性能指标101■总体设计方案该系统以AT89S52单片机为控制器，包含温度采集模块、湿度采集模块、季节月份信息推算、自动灌溉控制器、信息显示模块等部分。将温度和湿度信息以及时间信息进行综合考虑控制灌溉的时间（见图1）。在实现以上功能的基础上，我们设计了较好的人机交互平台：在需要灌溉时，出现水源中断的情况或灌溉完毕时，有语音提示；利用TFT液晶屏将采集到的信息用图表的方式呈现在用户面前，使信息反映的更直观。此外，我们设计了上位机操作软件，利用上位机进行灌溉信息的实时监测，实现人工控制和自动调节的切换，保障植物的健康成长，节约水电及人力资源。图1控制器模块采用MSC-51系列单片机°MSC-51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，综合考虑MSC-51单片机的特性及价格，故选用MSC-51单片机作为整个系统的控制器，它将得到的温度、湿度、时间信息处理得到灌溉的时间、灌溉量，并控制灌溉系统工作；同时，检测灌溉系统是否工作正常，若不正常，则控制语音进行报警（见图2）。TS^C51P1.0LI—LJ—1TS^C51P1.0LI—LJ—1vccP1-1PO.OEl卫PCL1P3.3：PCl2PL』：P0_3PlFtL4P].寺PO-5PJ„7PCLORSTATDPCL?P3-G/RXDEA^TPP31/TXDALETROGP3J.-TNT1P2.2P3.4-T0P2.6P3.5.<riP2_5P2-iP2.3XTAL2P2_2XTALLP2_lGXDP2„Q温湿度信息采集模块温湿度信息的采集我们使用AM2301数字温湿度传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。每个AM2301传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。1.3.信息显示模块我们设计的系统需要显示的数据较多所以我们选择用显示功能更加好的彩屏来显示，要求能显示更多的数据，增加显示信息的可读性，看起来方便，所以彩屏有这样明显的优点：微功耗，尺寸小（采用2.4寸的），超薄轻巧，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，而且容易控制（见图3）。VJJP35P36P37P20P21P22P2.3P241■P25P26—P27P10P11P12ELr_jF"JP3GNDVCC3RSWRRZ)DB8E-DE99-DBLOKKDBllU-DB12DBL3DB14DB15CS1^-F_CS17-RESTISl^-LED2.01.4.植物高度检测模块DB0DB1DB22^-DB325-DB426h-DB527-DB62E-DB729-D_CLK30-D_CS31-D_DIX32-D_BUSY33-5_OUT34-D_Penirq35-SD-QUT^-SO)36-SD_SCK(F_SCK)37-SD_DINCF_SI)3S-SD_CS39-F_WP40-FHOLD我们利用植物的生长，对检测器进行遮挡来实现的。我们采用74HC14881.5.终端控制台设计为避免自动控制系统的不稳定性能以及能够实现因地制宜的灌溉方式，我们采用VB实现终端控制台程序的设计，主要包括更新控制器的时间信息、查看温湿度变化趋势、记录温湿度的情况、实时接收当前的温湿度信息、记录植物的生长状况。终端控制台界面（见图6）：温湿度坐化茬势登者填式选择a工投制「帕拘的生洁与戋一—当重潺里21当甘湿亶38啊哄物高坚35CM温湿度坐化茬势登者填式选择a工投制「帕拘的生洁与戋一—当重潺里21当甘湿亶38啊哄物高坚35CM第黑水量0XIS已混离量0\\3印水：■谓芍构希生描框理论计算通过收集各种植物的灌溉信息，其中以玫瑰花、百合花、月季花以及康乃馨为例，惊醒理论计算。2.1.植物在不同生长期的需水量灌溉量/M3/亩发芽期/M3生长期/M3开花期/M3玫瑰花104335植物在不同的温度湿度条件下的用水量玫瑰花灌溉量/M3/亩10°C20C30C40C20%RH2627282340%RH2426262660%RH2124222780%RH10192128植物在一天内适合灌溉的时间灌溉量/M3/亩早中晚最适合的时间玫瑰花适宜不适宜适宜7：00-9：00结果计算下面使用matlab进行线性拟合计算，得到相对应的参数：X=[10203040];Y=[20406080];Z=[26262228];plot(X,Y)figureplot(X,Z)figureplot(Y,Z)y=X;x=[Y',Z'];rstool(x,y','quadratic',0.01);玫瑰花的最佳灌溉量计算：Us=3.13243*temp*exp(2)+0.33822*rh*exp(2)-2.2442*temp-3.3261*rh；程序设计3.1.总体设计（见图6）3.1.总体设计（见图6）3.2.采集温湿度信息我们采用了AM2301温湿度传感器，通过传感器可以得到环境的温度湿度，使用之前首先进行对传感器进行初始化，然后从AM2301中读取数据并校正，经过处理后，将信息显示在液晶屏上并传输给上位机（见图7）。

图73.3.控制参数的设置我们将温湿度信息、时间信息以及pc机上所需要修改的信息代入所拟合出来的关系式中，得到灌溉时间，进而进行水源控制（见图8）。显示程序我们采用了TFT-2.4彩屏作为显示模块，使用了图文结合的显示方法，及时的将植物的生长信息以图表的形式直观的表达出来（见图9）。图9功能简介控制部分1）可以采集当前的温度湿度信息，并将信息分别以数字及框图的形式呈现在彩色液晶屏上，此外，我们还可以在液晶屏上观察到这一天内的温度以及湿度的变化趋势。2）采集植物的高度信息。3）显示需要的灌溉水量，以及已经灌溉的用水量，使用户能及时掌握当前的灌溉情况。4）将当前的信息传输到上位机上，并保存；同时，接受上位机的命令，改变植物的灌溉参数，以及保持时间与上位机同步。5）实时信息传输，以便工作人员能够及时查看到当前的环境变量。终端控制台1）接受控制部分的数据，并将该信息以图表的形式展现在用户前，使表达更加直观（见图10）。2）可以存储当前的数据，添加当前的植物状况，并存储起来，以便于用户日后查找，并以此来作为参考资源来制定新的灌溉参数。3）传送命令给控制器，更改灌溉所需要的参数，使灌溉控制更加精确，切实在保障植物健康的成长的前提下节约用水量，节省人力、物力资源。4）控制水源的通断以及人工控制用水量，使控制更加人性化、更加方便。图10特色与创新本植物自动灌溉系统将传统的人工灌溉改进为自动灌溉系统，节约能源，可避免人力、物力的浪费，提高农业生产的效率，降低农业生产成本。同时，给植物提供最佳的水源条件，保证植物的健康生长。优质的人机交互界面，我们可以通过上位机查看当前的温度趋势，以及在历史记录查看以前的植物在不同的生长环境中，所表现出来的生长情况，能为今后的植物栽培提供较好的历史借鉴意义。通过查看历史记录，可以得到植物前期的情况及状况，以供参考。在需要灌溉时，出现水源中断的情况及时的语音提示，避免水资源的浪费以及保护植物能够健康生长。适用范围可以应用在大型花卉培养