摘要：农业的发展状况一直以来都是我国重点关注的对象之一。在灌溉农作物的过程中人们大多会根据自己多年来的灌溉经验进行灌溉，这样的方式会花费大量的人力物力，还浪费大量的水资源。基于此，笔者基于单片机的智能节水灌溉系统的方法展开研究，设计了一款农业智能节水灌溉系统，仅供参考。
关键词：单片机； 智能灌溉； 节水系统；
目前，大多数人在浇灌农作物时往往是根据自己的种植经验来判断应该什么时候进行浇灌，由于判断的不准确会导致多次灌溉，造成大量的水资源浪费，而且还会造成人力资源的浪费。因此，在保证农作物产量的同时，如何实现精准节水灌溉成为人们重点关注的问题。通过单片机来实现对土壤湿度的实时测量可以有效准确判断灌溉农作物的时间，实现自动灌溉。
1、数据采集电路设计
要想实现自动化灌溉，首先需要知道应该什么时候进行灌溉，换句话，要清楚了解土壤的湿度、温度等特征才能确定灌溉的时间，减少不必要的灌溉，节约水资源。
目前测量土壤湿度的方法有很多，例如通过计算土壤烘干前和烘干后的重量来得到土壤湿度，或者通过使用各种湿度测量仪来得到土壤湿度。如果使用测量仪来进行土壤湿度测量时，推荐使用RS-WS-I20-TR传感器进行测量，该传感器的测量针头与其机身之间使用的材料可以实现真空罐装，测量出的结果不仅要比大多数其他的传感器更加精准，而且还可以实现不同土壤的测量，更加实用。但是它也有一个缺点，因为RS-WS-I20-TR测量仪的输出是RS485类型的型号，所以它不能与单片机之间实现直接相连。要想单片机接收到RS-WS-I20-TR测量仪测量的土壤湿度结果，就必须使用如图1所示的信号转换电路图将RS485转换为单片机可以接收的UART[1].
图1 信号转换电路图
2、数据存储设计
通过测量土壤的湿度可以确定灌溉农作物的时间，但是要实现对农作物的智能灌溉，还需要有一个可以实现自动打开水源、关闭水源的开关，大部分的单片机都能实现这一功能。但是，由于实际情况中需要存储大量的数据，所以选择单片机时需要选择内存足够大的单片机，由于存储量大的单片机价格偏高，因此推荐使用型号为AT89C52的单片机。虽然该单片机自身所带的内存小，但可以通过其特有的内存扩展功能来连接其他存储器。
例如，将AT89C52连接内存大小为8K×8的6264存储器可以轻而易举地实现扩容。如图2所示的具体内存扩展连接电路图，再通过连接外部存储器进行存时，P2接口和P0接口分别输出高八位的存储器信号和低八位的地址信号，P0接口输出地址信号字节后才被当作总线来进行工作，然后通过74LS373将地址字节存在改锁存器中[2].
图2 连接电路图
3、供电电路设计
要使单片机正常工作电的供应是必不可少的，目前供电方式中插入电源是使用最广泛的方法。但是，随着科技的发展，通过太阳能进行发电已经有了比较成熟的发展。因此，为了节约电能，推荐使用将太阳能转化为电能的方式对单片机进行供电。
此外，为了避免电流过大导致单片机烧坏的情况发生，安全的实现对水源进行自动开关操作，需要通过继电器来进行自动控制，如图3所示，继电器的三极管会根据单片机的电流大小来改变电路闭合方式，当由土壤湿度测量仪传来的数据结果小于已经设置好的土壤应该保持的湿度时，三极管就会将低电流的那个接口闭合起来（即P2.7接口），然后接通水源实现对农作物进行浇灌。相反，则不会进行浇灌。通过这样的方式，可以有效安全的实现浇灌[3].
图3 继电器控制电路图
4、自动浇灌主程序设计模块
除了硬件设置外，要想实现自动化灌溉还需要使用计算机进行程序设置，通过设置土壤湿度等特征值才能让单片机判定应该何时进行灌溉，才能进入自动化过程。
实现自动灌溉的系统的执行流程为：首先给土壤设定一个湿度区间，该区间是判定是否对农作物进行浇灌的重要因素。然后通过土壤湿度测量仪进行湿度测量，具体过程为：首先向RS-WS-I20-TR测量仪发送一个包含八个字节的询问数据包，然后系统会接到一个包含温度的九个字节的回应数据包，通过将字节进行转换可以得到土壤的湿度。拿到土壤的湿度结果后，系统会将这个结果与已经设置的湿度区间进行比较，如果测量的土壤湿度结果比设置好的区间中的最大值还大，那么系统就不会作任何处理，土壤湿度测量仪会继续对土壤进行测量；如果出现土壤湿度测量仪传来的结果比已经设置好的区间的最小值还小，那么该系统就会控制继电器进行自动打开水阀操作，因为如果传来的结果小于已经设定好的值，就说明目前土壤比较干燥，只有进行浇灌才有利于农作物生长。之后系统会根据土壤湿度测量仪传来的结果来判定浇灌是否完成，同样的如果传来的结果大于已经设定好的湿度区间的最大值，那么系统会再次控制继电器关闭水阀停止浇灌。通过如此循环往复，可以有效地实现自动灌溉，减少人力和水资源的浪费[4].
5、手动浇灌主程序设计模块
由于气候的影响，自动灌溉可能不是做到完全节水，比如刚浇灌完农作物很快就下大雨而导致不必要的浇灌。而且初次使用自动灌溉系统时人们可能保持着怀疑的态度，为了验证自动灌溉系统是否真的可以在保证农作物的产量的同时实现节约水资源的目标。在进行系统主程序设计时可以外加一个手动浇灌程序，可以通过对比两者的结果来自由选择浇灌模式。该手动浇灌方式与传统的人工浇灌还有所不同，其并不是完全的人工浇灌，该手动浇灌系统可以通过在电路设计过程中添加一个警报器装置来实现人工对继电器实现控制，减少人们的工作量，实现节约水用量的目标[4].
实现手工灌溉系统的执行流程为：首先还是要给土壤设定一个湿度区间，为了验证自动系统节水可以将该区间最小值设置的更大一点，最大值设置的更小一点。然后同样的利用土壤湿度测量仪进行湿度测量，得到土壤的湿度结果后，系统会将这个结果与已经设置的湿度区间进行比较，如果测量的土壤湿度结果比设置好的区间中的最大值还大，那么系统就不会作任何处理，土壤湿度测量仪会继续对土壤进行测量；如果出现土壤湿度测量仪传来的结果比已经设置好的区间的最小值还小，那么此时已经装好的报警装置就会启动，通过报警装置人们可以得知该对农作物进行灌溉的消息，但是是否进行灌溉改为由人来做决定，此时人可以根据自己的经验或者天气的变化判断是否进行浇灌，如果天气晴朗没有下雨的预兆或者根据经验觉得确实需要浇灌则可以手动控制继电器进行打开水阀操作[5].相反，可以暂时关闭一段时间警报器。如果选择打开水阀进行灌溉后，系统同样会根据土壤湿度测量仪传来的结果来判定浇灌是否完成，如果传来的结果大于已经设定好的湿度区间的最大值，那么系统会再次控制继电器关闭水阀停止浇灌。当然在湿度测量仪传来的结果没有达到最大值时也可以人工控制继电器进行关闭水阀的操作。通过这样的方式可以有效地减少人工操作并减少水资源的浪费。
6、结束语
综上所述，为了更好地促进农业的发展，达成在保证农作物产量的同时减少水资源的浪费，要积极利用现代化技术帮助实现农作物的灌溉，合适的基于单片机的智能灌溉系统不仅可以减少人们的工作量，还可以大大地减少资源的浪费。
参考文献
[1]林楚婷，余冰纯，高鹏，等。基于单片机的智能节水灌溉控制器设计[J].电子技术与软件工程，2019（15）：233-235.
[2]李绮君，苏彩静，杨才广，等。基于单片机的太阳能农业智能节水灌溉系统[J].电子世界，2019（10）：26-28.
[3]翟红。基于单片机的农业智能节水灌溉系统设计[J].办公自动化，2015（17）：63-64.
[4]陈春先，曲鸣飞。基于单片机的智能农田灌溉节水系统设计及应用[J].新农业，2019（14）：25.
[5]李佳宝。农业智能节水灌溉系统设计中单片机的运用[J].南方农机，2018,49（7）：94.
