基于AT89S52单片机的灌溉控制器的设计与实现

作     者：张瑞卿 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戈振扬

授予年度：2014年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：土壤水分测量 AT89S52单片机 模糊控制 自动灌溉 Simulink 

摘      要：合理灌溉、科学与高效用水是农业节水灌溉的实质。尤其是在当前,我国与世界许多国家都面临着水资源日趋短缺的形势。因此,大力推广和应用节水灌溉新技术,开发与之配套的灌溉装置,对于节约用水、提高田间灌水质量,缓解水资源紧缺与发展节水农业灌溉的矛盾具有重要的现实意义。 普通的节水自动灌溉系统着重解决简单的管道恒压反馈控制问题,较少顾及植物灌溉非线性、时变性,大延迟的特点,而且节水灌溉系统中的土壤含水量的参数测量方法有多种,但是能够实现快速准确地测量存在一定的难度,而测量的准确与否直接影响到后续灌溉控制的好坏。 本文进行的研究是国家自然科学基金项目(60971115)“土壤压实对作物地下组织构型作用建模与动态仿真相关内容的延伸,在已有灌溉控制的基础上,根据土壤水分测量的方法和模糊控制的特点,设计了一种基于AT89S52单片机的灌溉控制器。它利用土壤的介电特性,根据频域反射计测量原理得到土壤含水率,由AT89S52单片机构成的控制单元对所测土壤含水量与植物土壤含水定额的偏差和偏差的变化率进行模糊化处理与决策,判断灌水与否。 本文制定了灌溉控制器的整体设计方案,实现了基于AT89S52单片机的灌溉控制器硬件部分的设计与制作。根据模糊控制理论,设计完成了灌溉控制器的模糊控制器。选择所测土壤含水量与植物土壤含水定额的偏差和偏差的变化率为输入,灌水时间为输出,建立模糊控制规则,求出模糊控制表,采用查表的方法实现模糊控制算法。采用C语言编写灌溉控制器的软件程序,选用C#实现监测软件的开发。利用MATLAB软件中的Simulink对模糊控制器进行仿真。仿真结果表明：模糊控制具有动态品质较好,稳定时间长等优点,显示出了良好的稳态性能。 土壤水分传感器在经过线性标定和测量准确性试验后发现：该传感器线性度良好,测量准确度较高,相对误差在10%以内,测量准确性满足灌溉控制器的要求。通过作物栽培实验对灌溉控制器的性能进行验证。以盆栽龟背竹和陆稻为实验对象开展相关试验,试验结果表明,该灌溉控制器运行状况良好,工作稳定,控制准确,反应灵敏,满足节水自动灌溉的要求。