【基于Arduino的智能澆灌系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3100字（論文）】

基于Arduino的智能澆灌系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)TOC\o"1-3"\h\u1序言 12基于Arduino的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)智能化灌溉系統(tǒng) 12.1硬件設(shè)計 12.1.1智能灌溉模塊和溫濕度檢測模塊 22.1.2基于ESP8266WiFi的百度智能云聯(lián)網(wǎng)模塊 22.2功能實現(xiàn) 22.3硬件介紹 32.3.1繼電器模塊電路 32.3.2土壤濕度檢測模塊 32.3.3溫濕度檢測顯示模塊 42.3.4DHT11溫濕度傳感器 42.3.5水位監(jiān)測系統(tǒng) 42.4軟件設(shè)計 53智能化灌溉系統(tǒng)研究 54小結(jié) 6參考文獻(xiàn) 71序言在當(dāng)前社會，人們在解決生存問題后也漸漸開始關(guān)注生存環(huán)境，越來越多的人開始在家里養(yǎng)殖花草樹木，如在家里設(shè)計一個小花園能夠陶冶情操，使生活多姿多彩。而且，花通過光合作用能吸收二氧化碳，凈化空氣，花草樹木可以釋放陰離子，在一定的環(huán)境范圍中，花草越繁茂，陰離子越多，空氣就越清新，而且，花草樹木在進(jìn)行光合作用的過程中，還能轉(zhuǎn)換有害氣體，對人們的身體健康有益，鑒于此，越來越多的人開始在家里建設(shè)獨(dú)立的花園。家庭式的澆灌在國內(nèi)也沒正式的起步，和人們現(xiàn)在的生活壓力大，沒有時間來照看自己的小花園,但是人們現(xiàn)在生活的環(huán)境中太多的電子產(chǎn)品，影響我們的身體健康，所以我們不得不養(yǎng)些花花草草的，還可以陶冶一下情操。在傳統(tǒng)時代，人們養(yǎng)殖花草樹木，還需人工來實現(xiàn)澆水，施肥，然而，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，在園林領(lǐng)域也被廣泛使用，這大大減輕了喜愛花草的人群的養(yǎng)殖壓力。水是植物生存、生長的最基本的需要，花草樹木主要是通過土壤中獲取水分，因此，保持土壤中的濕度，是促進(jìn)花木正常成長的必要條件，只有充足的水分供應(yīng)，才能使得花木長勢更旺，更美麗。不同的花木因習(xí)性不同對生存環(huán)境、水的需求均是不同的，為了更好的養(yǎng)殖花卉，一般將花卉劃分為四種：水生花卉、濕生花卉、中生花卉、旱生花卉。根據(jù)不同的花木的需求來定制合理的灌溉策略，才能促使花木更好成長。相同的花卉在不同時期，對水的需求量不同。我們要根據(jù)花卉的生長季節(jié)及生長期合理安排。綜上所述，盆花的合理澆水就顯得尤為重要。隨著自動化設(shè)備的不斷完善，各種灌溉設(shè)備也不時的涌入社會。土壤濕度傳感器可以實時對土壤的濕度檢測，并自動分析出當(dāng)前環(huán)境該作物對水的需求量，然后改變土壤濕度，保障花卉在最佳的環(huán)境下健康成長。2基于Arduino的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)智能化灌溉系統(tǒng)2.1硬件設(shè)計Arduino程序設(shè)計中，所有軟件、硬件都是面向大眾的，尤其其中的電路圖，led顯示，核心技術(shù)資料都是允許所有人下載查看的。鑒于此，Arduino主板在市場上，受到廣泛使用，如智能灌溉程序和溫濕度傳感器及百度智能云網(wǎng)等。2.1.1智能灌溉模塊和溫濕度檢測模塊智能灌溉實現(xiàn)原理：通過溫濕度檢測傳感器對當(dāng)前土壤濕度進(jìn)行檢測，當(dāng)前土壤的濕度沒有超過模擬值的時候，主板會向繼電器輸入數(shù)字信號，確定低電壓模式，通知水泵啟動，完成智能化灌溉模式。在這個過程中，溫濕度傳感器會實時的將土壤濕度的檢測數(shù)據(jù)通過oled屏幕顯示出來，管理人員可以實時監(jiān)控。下圖是運(yùn)行過程。2.1.2基于ESP8266WiFi的百度智能云聯(lián)網(wǎng)模塊Esp866wifi程序設(shè)計中，使用數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)功能，將檢測到的當(dāng)前環(huán)境m值，跟默認(rèn)的模擬值對比，確實是否需要澆灌，然后上傳到百度智能云，該平臺是用戶使用平臺，此外，還能根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，遠(yuǎn)程控制繼電器的動作，給當(dāng)前環(huán)境實時灌溉。下圖詳述了Esp866wifi模塊。2.2功能實現(xiàn)土壤濕度傳感器的運(yùn)行原理是：通過對當(dāng)前土壤中蘊(yùn)含水分進(jìn)行實時檢測，并將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸rduino主板，再跟默認(rèn)的模擬值進(jìn)行對比分析，倘若檢測的m值，小于默認(rèn)值，繼電器會接收到Arduino主板的數(shù)字信號，判定當(dāng)前的交流電模式，并控制繼電器斷開水泵的工作狀態(tài)；倘若檢測的m值，高于默認(rèn)值，則會打開水泵的運(yùn)行狀態(tài)。Arduino可以通過傳輸?shù)臄?shù)字信號來控制繼電器的狀態(tài)，進(jìn)而控制水泵。水泵在運(yùn)行的過程中，默認(rèn)會輸出交流電、直流電各一秒，從而使繼電器擁有一秒的開合狀態(tài)。溫濕度傳感器可以將實時檢測到的數(shù)據(jù)直接在oled屏幕上顯示，然后上傳到百度智能云網(wǎng)，進(jìn)而控制水泵的工作狀態(tài)。2.3硬件介紹2.3.1繼電器模塊電路繼電器在接收到Arduino主板，傳輸?shù)臄?shù)字信號后，會判定是否需要開合，來決定是否需要水泵在當(dāng)前的交流電，或直流電環(huán)境中運(yùn)行。因此，繼電器也被稱為數(shù)字信號模塊。下圖顯示了繼電器跟主板之間的交流過程。2.3.2土壤濕度檢測模塊土壤濕度傳感器因經(jīng)常接觸水，為了使其不至于生銹，進(jìn)而影響檢測出來的數(shù)據(jù)信息，固給傳感器表面鍍鎳。土壤濕度傳感器，可以在檢測土壤中的水分的時候，并將檢測到的數(shù)據(jù)信息傳送到Arduino主板上，然后跟程序模擬值進(jìn)行對比分析，當(dāng)工作時的電壓波動范圍在3.3v到5v的時候，該傳染器在空氣中能檢測出的濕度上限為699，在水中的時候檢測的濕度下限為265.一般情況下，同一個地方的土壤在檢測過程中存在一定的波動范圍。下圖詳細(xì)描述了檢測土壤濕度的過程。2.3.3溫濕度檢測顯示模塊Oled屏幕顯示數(shù)據(jù)采用的技術(shù)原理，和以往的lcd顯示的技術(shù)原理不同，oled在顯示的時候可以不用背光板，主要是根據(jù)電場來完成驅(qū)動有機(jī)半導(dǎo)體材料，使用過載流子注入、復(fù)合后實現(xiàn)發(fā)光。2.3.4DHT11溫濕度傳感器Dht11溫濕度傳感器又有以下功能：反應(yīng)靈敏、對外界的干擾具有一定的抵抗力、占地空間少、節(jié)能省電等。該款傳感器支持測量的當(dāng)前濕度范圍一般在百分之20到百分之90之間，支持測量的溫度范圍一般在零到五十?dāng)z氏度之間，能夠適應(yīng)各種檢測環(huán)境。2.3.5水位監(jiān)測系統(tǒng)水位檢測系統(tǒng)的運(yùn)行原理是：在水箱里接入線路，然后根據(jù)led燈柱顯示的位置來判定水箱中存儲的水量，這里主要采用了水具有導(dǎo)電性，從而使得led燈柱能夠形成完整的閉合。下圖是詳細(xì)的檢測水位運(yùn)行圖。2.4軟件設(shè)計在設(shè)備的應(yīng)用程序中設(shè)置固定模擬值m，然后通過土壤濕度傳感器檢測到的數(shù)據(jù)信息對當(dāng)前土壤中的水分，和程序中默認(rèn)的m值進(jìn)行比對分析，繼電器控制水泵工作原理可見下圖。rduinouno、ESP8266WiFi的功能是收集dht11的數(shù)據(jù)信息，智能灌溉系統(tǒng)可以實時檢測當(dāng)前土壤中蘊(yùn)含的水分，并將檢測到的數(shù)據(jù)通過oled屏幕顯示出來（oled必須是聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)方可），相關(guān)管理人員使用相應(yīng)的程序功能來對土壤的濕度進(jìn)行控制更改，在灌溉方面能夠大力節(jié)省人力物力，還能節(jié)約用水。3智能化灌溉系統(tǒng)研究智能灌溉，在很多現(xiàn)今國家中已經(jīng)被廣泛使用，不僅能夠節(jié)省人力物力，還能夠高效節(jié)水。如日本及美國這些國家，早已開始使用智能灌溉來實現(xiàn)對農(nóng)作物的灌溉。隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工澆灌方式逐漸被智能灌溉替代，自動化灌溉不僅可以利用溫濕度傳感器實時的檢測土壤中的水分信息并顯示在oled屏幕，還能通過遠(yuǎn)程控制，對農(nóng)作物實行遠(yuǎn)程灌溉。因此，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域加大推廣智能灌溉設(shè)備，尤其是部分區(qū)域因天氣原因長期干旱，水資源缺乏等，不僅能夠節(jié)省人工，還能節(jié)約水資源，用最少的水資源，人力資源實現(xiàn)農(nóng)作物的高產(chǎn)率，是也現(xiàn)今農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。由此可見，研發(fā)、推進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用自動化灌溉技術(shù)能大大加大農(nóng)業(yè)行業(yè)的發(fā)展。4小結(jié)近年來，我國在自動化領(lǐng)域發(fā)展越來越快，自動化設(shè)備也逐漸得到廣泛應(yīng)用。如花卉自動澆水設(shè)備也開始走進(jìn)人們的生活，人們總會因為繁忙忘了自己心愛的花園，或是因為照顧不夠周全以致花枯萎掉，自動化澆水系統(tǒng)就很好地解決了這一問題?；ɑ茏詣訚菜到y(tǒng)可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)濕度范圍，這也是根據(jù)不同植物的需水習(xí)性設(shè)計的。在今后的生活中，它將不再局限于花卉方面的應(yīng)用，還可以用于農(nóng)田的農(nóng)作物中。參考文獻(xiàn)[1]王凌.淺談盆花澆水[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,(09):65-68.[2]張曉虎,李新平.幾種常用土壤含水量測定方法的研究發(fā)展[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(06):114-117.[3]楊志芹.基于Arduino單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2016,45(11):80-83.[4]姚瑞來.智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2019(8):66,68.[5]劉天宇,徐曉輝,宋濤.基基Android的智能溫室控制與實現(xiàn)[J].節(jié)水灌溉,2018(5):90-92,96.[6]王國亮.OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展及市場前景淺析[J].中國市場，2017(11):62-63.[7]程捷,何晨