基于单片机的智能浇灌控制系统

3.3.2标度变换

在微机化测控系统中，经A/D转换器接口送入微机的数据，是对被测量进行 测量得到的原始数据。这些原始数据送入微机后通常要先进行一定的处理，然后 才能输出作为显示器的显示数据。例如当被测温度为1000 C，经热电偶转换成热 电势，再经放大和A/D转换得到的数字是10，这个A/D转换结果10虽然与100 0C温度是对应的，但数字上并不是相等的。因此，不能当作温度值去显示或打 印，必须把A/D转换结果10变换成供显示或打印的温度值100，这个变换就是 数字显示的标度变换。

在该系统中，湿度传感器和A/D相连，A/D转换器和单片机相连，其中不包 括任何非线性的数字化测量通道，因此被测量的值N‘与A/D转换结果D，存在如 图10所示线性关系。

图10线性关系

在该系统中，土壤湿度测量范围0到100%对应的输出电压范围为0-5V,ADC0809为8位A./D转换器，转换输出的数码为0255。即根据上面公式，DL=0lD H =255，NL=0, NH=100. 3.3.3 BCD转换

计算机所能识别和处理的是二进制数，在进行标度变换后的结果都是用二进 制数进行计算和存储的，而在输入/输出系统中，按照人们的习惯均采用十进制 数比较直观一些。在计算机中十进制数常采用BCD码(即用四位二进制数代表 一位十进制数)表示，这样采样得到的数据才可以以十进制的形式输出显示。本 系统将二进制数转换成BCD数的方法是将其除以10”次幂，即得相应位数，最 后的余数为个位数。

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3.4 LED动态显示程序

根据LED动态显示系统电路图4-8, 8155控制口的地址为7FF8H, POA口 地址为7FF9H , PC口地址为7FFBH，片内显示缓冲区为

SHOWADR-SHOWADR+3 (40H-43H)，共4个单元对应4个数码管。程序中先 取SHOWADR-I-3中的数，对应选中最左边的数码管，其余类推。由于LED为 共阴极接法，并有反相驱动，字型表TAB中有效的字型码为:

表4-2 LED显示段码 字型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 共阳极段 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 共阴极段 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 字型 9 A B C D E F 空白 P 共阳极段 90H 88H 83H C6H A1H 86H 84H FFH 8CH 共阴极段 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 00H 73H

4 节水分析：

4.1硬件设计节水性分析

在实际控制时, 模糊控制器首先把输入量量化到输入量的语言变量论域中, 再根据量化的结果去查表求出控制量。这样可大大提高模糊控制的实时效果、节省内存空间。具体算法是首先求出模糊关系R, 再根据输入的偏差和偏差变化率利用合成推理方法求出模糊输出量, 最后经过非模糊化把模糊量转换为精确量, 即可得到控制表。将模糊控制引入灌溉系统不但能起到节水增产的效果, 而且不需要建立精确的数学模型, 根据作物灌溉的特点, 很适合应用模糊控制理论对灌溉量进行控制。

系统通过传感器采集到当前的土壤湿度值,首先对其数据进行处理, 例如进行数字滤波、标度变换、BCD 转换等, 然后根据处理后的数据,求出与设定土壤湿度值的偏差E 以及偏差变化率EC。考虑土壤湿度的变化特点和控制系统的实际情况, 我们取10分钟时间段的土壤湿度变化值作为要求的变化率。之所以选取这样的时间段, 主要原因有二: 一是因为土壤湿度系一个缓变量,短时间间隔的湿度变化率是很小, 进行测量是不可能精确的, 所以必须经过一定的时间段。二是能在很大程度上消除干扰的影响, 避免出现设备频繁启闭的现象。

模糊控制算法的基本思路: 根据模糊控制的要求, 对偏差E 和偏差变化率EC

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进行规范化和模糊化处理, 处理的结果将E 和EC 变换为模糊集合中对应的论域值M、N, 根据M、N 的值,查出模糊控制响应表, 得出输出控制量。由于本系统的特殊性, 输出控制量为控制设备的启闭状态, 控制设备的运行状态有3种: 保持原状态、 从停止转换为启动和从启动转换为停止。

4.2智能浇灌系统与现行系统的对比

在我国，现在有很多城市都面临着严重的缺水问题，2003年干旱情况尤为严重。目前京津翼地区的水资源总量仅占全国的1%，人均地表水资源占有量不足250立方米，仅相当于全国的1/8和世界平均的1/32，远低于国际公认的1000立方米的水资源紧缺的标准。

城市公共绿地的浇灌是一个长期大量的用水项目。随着现代城市人们生活质量的提高，美化城市和建设绿色家园的需要，城市绿化带正在扩大，用水量随之不断增大。因此,城市绿化用水的节约是一个十分重要的问题。

目前，对于绿地的浇灌用水主要有移动水车浇灌和安装固定喷水龙头旋转喷浇两种方式。移动水车主要用于道路两侧狭长绿地的浇灌，固定喷水龙头主要用于公园，小区，广场等观赏性绿地。观赏性绿地的草根很短，根系寻水性能差，不能蓄水，因此，喷水龙头的喷浇区域要保证对绿地的全面覆盖。

因此，传统方法在对绿地进行浇灌的过程中存在大量的水分浪费和分布不均匀，对于根部吸水、存水效果差的草木水分浪费更加严重。

面对传统方式水资源浪费、利用不均衡的情况，采用新型智能灌溉系统解决了一下几个难题。在模式上，我们采用模糊识别的计算方法，对土壤湿度进行较为精确的监控，能做到适时补水，同时采用单片机控制，昼夜实现节水控制，合理分配浇灌时间。

在使用只能浇灌系统进行浇灌时，在控制浇灌时间方面做到了最优化，减少了无效浇灌效率。

平均每日灌溉时间100分钟500第一季度第二季度第三季度第四季度智能浇灌系统传统模式传统模式智能浇灌系统 11

如上图所示，在同等条件下，我们以每日平均浇水时间为例，进行测算，发现在同等条件下，使用智能浇灌控制系统都可达到良好的节水效果，尤其是在夏季，蒸发量较大时效果更加明显。

4.3节水性分析结论

经过上述分析可得，使用本智能灌溉系统从数据处理方式、节水性设计、实际应

用中都可实现节水，符合国家关于节水要求的宏观策略。

首先，为了遵循设计节水理念，在系统设计之初，在对于传感器信号采集时，利用单片机数据扫描多时段不间断的进行土壤湿度实时监测，增强了灌溉的实时性。并且，使用了模糊数据处理算法，使得检测误差大大减小，更加有利于数据的整理和处理，对于节水性的增强有着突出的作用。

其次，在系统设计中，我们采用分时段实时的浇灌系统，在对于用水量和用水时间进行智能控制，有利于对于水资源的高效利用。对于定点的定量浇灌，做到量化、细化，更做到实时化，符合随季节和天气变化的要求。

此外，整个系统利用太阳能为能量依托，并且控制中心在绿地周围，以单片机为载体，在实时监测实时控制方面起到的很好的效果，避免了水分无用蒸发量，同时也实时的保证了植物的用水需求。

参考文献

[1]景东升.单片机自动灌溉控制系统研究、设计及应用.〔学位论文].北京农业工程大学，1994 [2」武庆生，仇梅.单片机原理与应用.电子科技大学出版，1998,12

附件：单片机源程序

ADTURNO EQU 21H ;INO通道A/D转换数据存放首址 ADTURN1 EQU 2CH ;IN1通道A/D转换数据存放首址 LINEADRO EQU 37H ;1N0采集数据经滤波处理数据存 放地址

LINEADR1 EQU 38H ;INl采集数据经滤波处理数据存放地址 LINEADR EQU 39H ;平均值存放地址

HUMID EQU 3BH ;标度变换后的湿度值存放地址 BCDADR EQU 3CH ;BCD转换后的湿度值存放地址 HUMADR EQU 3DH ;上位机传来的湿度值存放地址

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