【摘要】在我国，约有60%的地区水资源匮乏。用珍贵来形容水资源一点也不为过。而这些珍贵的水源每年有70%运用在农业用水中，其中农田灌溉每年达3700-3900亿吨。占农业用水的90%-95%。如何科学地管理农业用水，合理灌溉对节约水资源有着至关重要的作用。本文以近几年来被吉林省地区大面积种植的农作物玉米作为研究对象，通过研究影响玉米精量灌溉的控制因子，为自动控制系统提供所需水分数据，研究精量灌溉自动控制的方式，达到节水、高产的目的。
【关键词】精量灌溉；自动化控制系统；土壤湿度传感器
0．引言
在水资源匮乏的今天，灌溉水的浪费让我国许多地区农作物因得不到必需的灌溉而产量大减也使得水资源压力日趋上升。所以，设计一套合理有效的灌溉自动化控制方案对我国节约农业用水，提高作物产量有着至关重要的意义。本部分对农田灌溉自动化控制技术方面的研究进行了综述，以求通过国内外学者的研究得到启示。
1．影响精量灌溉的控制因子
土壤类型的不同和玉米生长各个阶段所需的灌水量是影响玉米精量灌溉的两个主要控制因素。通过对控制因素的试验研究，找出更合理的控制方法，为玉米精量灌溉自动控制系统的设计提供所需数据。
2．玉米精量灌溉控制系统的硬件组成
2.1系统的整体结构及功能
玉米精量灌溉自动控制系统主要由土壤水分检测系统、灌溉监测控制系统、按键显示系统、电磁阀及相关部件组成。
土壤水分检测系统主要是土壤水分传感器对玉米土壤含水率进行实时检测并将采集到的数据反馈给灌溉监测控制系统。灌溉监测控制系统则是根据土壤水分传感器传回来的数据与预设的阈值进行比较，分析。如果土壤水分含量低于预设阀值下限则向单片机控制系统发出开启阀门，灌水的指令。反之，当土壤水分含量高于预设阈值上限时，监测系统向单片机控制系统发出关闭电磁阀的指令，停止灌水，实现精量灌溉的自动运行。按键显示系统的功能主要是操作人员可以通过键盘向系统输入玉米生育期各个阶段不同的灌水量，从而改变不同阶段预设的阀值，系统将自动控制灌溉水量，并显示玉米土壤环境和时间日期。
2.2 土壤水分检测系统的组成
土壤水分含量的采集部分采用数字式温湿度传感器AM2301. AM2301在湿度0-100%RH范围内精度是3%RH。其优点是输出的是数字量，可以减少外界对采集信号的干扰，并直接送到单片机进行处理，不需要AD/转换，电路简单，数据处理方便， 单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。
2.3 灌溉监测控制系统的组成
玉米精量灌溉监测控制系统采用的是STC89C52型单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼。
STC89C52单片机具有40条引脚，引脚说明如下：
VCC（40引脚）：电源电压 正常接+5V电源。
VSS（20引脚）：接地。
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
RST（9引脚）：复位输入，高电平有效，在此引脚上保持两个机器周期的高电平时，将使单片机自动复位。
ALE/PROG（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在非访问外部存储器期间，AEL仍以振荡频率的1/6固定速率输出因而它能用作外部时钟或定时用。但在外部数据存储器存取间，则以1/12的振荡频率输出ALE脉冲，这个引脚也是EZPRMO编程时的编程脉冲输入端（PROG）。
2.4土壤水分控制采集电路原理
本设计采用AM2301湿度传感器，通过单片机P1口的高四位和AM2301连接进行土壤湿度采集。三端稳压芯片78N05将12V直流电源稳压成5V，提供给单片机系统使用。数据传输通过端口p1.0控制串行通信芯片传给以实现数据的接收与发送。单片机的时钟电路是由一个12M的晶振和两个30M的电容组成，它们决定了单片机的工作时间精度为1WS。复位电路由10UF的电容，1K和8.2K的电阻组成。
2.5 按键显示系统
共设有14个键，其中功能键4个分别为置天数键，，时间显示键，确认键及取消键，还有10个数字键。K与外中断“0”连接，当有键按下时，CPU响应中断，进入中断服务程序。DATA与单片机相连，用于串行传送数据。
3．系统的软件组成
本系统软件由灌溉监测控制系统和按键、显示系统两部分组成。灌溉监测控制系统由主程序模块、通信程序模块和水分数据采集模块构成。按键、显示系统由主程序模块、通信程序模块、实时时钟模块、按键显示模块和存储程序模块构成。
玉米精量灌溉自动化控制系统软件具有采集、显示数据，编辑、修改控制阀值等功能，是以控制器为核心的系统优化。根据土壤类型以及玉米生长各时期对水分的需求，选择相应的状态，并实时监测水分含量，适时给予水分补给。
4．结论
通过对玉米精量灌溉自动控制系统的设计及研究，能够精确感知土壤含水率，自动控制玉米灌溉，达到节约水资源的目的。并根据玉米生育期各阶段灌水量的要求预设电磁阀阈值，控制灌水量，自动、精确地满足玉米的生长发育需求，提高玉米产量。合理的硬件选择也会降低成本节省人力资源。 [科]
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