探析如何设计Android手机和单片机智能农业灌溉系统

2020-06-20 302 上传者：管理员

摘要：本文设计了一种Android手机作为移动控制端的智能农业灌溉系统。该系统以宏晶科技生产的国产单片机STC89C52RC为核心构成底层主控单元，传感器部分采用DHT11温湿传感器和光敏电阻，上机位与单片机控制单元通过WIFI通信，从而实现Android移动端无线远程控制，且可设置手动或自动控制模式，控制水泵自动灌溉，可促进农业自动化、智能化，提高灌溉效益。

关键词：
AndroidWIFI
农业工程
单片机
智能农业
温湿度传感器
灌溉系统
远程控制
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1、系统总体设计

基于Android手机与单片机的智能农业灌溉系统采用温湿度和光照度传感器实现数据采集，通过WIFI进行数据传输、单片机作为底层控制单元、Android移动端作为终端智能控制，通过Android移动端上位机应用软件，实现了对灌溉系统的远程监控。系统主要由传感器数据采集、WIFI数据传输、单片机底层驱动、Android移动端应用四部分组成[1]。

控制系统架构图如图1所示，数据采集通过各种传感器实现，数据传输主要通过WIFI网络实现，负责数据的发送和接收；单片机底层驱动单元和水泵驱动器实现对水泵、电磁阀的控制；Android移动端应用于对智能灌溉系统的数据监测和控制，显示底层上报的数据，并提供人机对话、操作的接口。

图1系统架构图

2、系统硬件设计

2.1单片机控制单元

单片机控制部分选用STC89C52RC单片机为控制核心，单片机与时钟电路、电源电路及复位电路一起构成单片机最小系统。温度和湿度传感器单元检测土壤的湿度和空气的温度，光照传感器单元检测光照度。单片机通过串口与WIFI模块连接，用于接收Android移动端发来的控制命令，并且向接收Android移动端上传温度、湿度及光照度数据。单片机控制系统接收Android移动端发来的控制命令，并解析命令，从而发出控制信号，控制水泵电机的动作，实现自动灌溉的功能[2]。

2.2温度和湿度传感器单元

该单元电路采用DHT11数字温湿传感器，模块采用单总线控制，驱动能力强，模块直接把采集到的模拟温度与湿度信号通过内部的ADC转换成数字信号输出。用该传感器模块检测土壤的温度和湿度。每秒采集土壤的温度和湿度值，然后把数据通过单总线传送到微控制器单元进行处理。

用户通过上位机设置温度和湿度上下限阈值，并将上下限值与当前农田的温度和湿度值比较。在手动模式下，若当前湿度和湿度达到设定报警值，上位机显示报警信息，可以手动解除报警。在自动模式下，当湿度和湿度达到报警值，单片机底层控制系统通过对数据智能分析，实现自动灌溉[3]。

2.3光照传感器单元

该单元采用光敏电阻作为传感器采集光照强度。由于太阳光线具有发散性，所以不同位置的光信号相差很大，且光敏电阻不能直接暴露在外面。需要用导光装置把太阳光进行收集，把光敏电阻安装在一个导光装置中，可以提高接收的光线接收效率。单片机对光照度传感器送来的模拟信号进行AD转换后，通过WIFI把光照数据上传到Android移动端[4]。

2.4水泵电机驱动单元

该单元采用专用电机PWM控制电路，把STC89C52RC产生的PWM信号送到电机PWM驱动电路，水泵电机接在PWM控制器上；这样就实现了单片机控制水泵电机PWM调速，使用PWM调速能极大的提高整个电路的效率，从而很方便的控制灌溉速度，提高生产效益。

3、系统软件设计

3.1底层软件设计

系统首先对程序进行初始化，之后开始检测土壤的温度、湿度及光照度，然后将当前温度、湿度及光照度数据通过WIFI传回上位机Android移动端，接着等待上位机发送控制指令，接收指令成功后，单片机系统根据工作模式进行操作。在自动模式下，单片机将把检测值与设定值进行比较，当检测值达到报警值时，单片机发出控制信号，驱动水泵工作，开始灌溉，土壤湿度将逐渐增加，直到检测值大于报警值时，水泵停止，灌溉结束。在手动模式下，只有接收到上位机Android移动端发出开始灌溉命令时，水泵才开始工作，上位机Android移动端发出停止灌溉命令时，水泵才停止工作。

3.2Android移动端软件设计

上位机Android移动端应用程序采用Android编写，编程环境采用Studio，上位机采用WIFI单片机的数据通信，接收底层上传的温度、湿度及光照数据，发送设定参数和控制命令，实现系统远程控制的功能。系统上位机界面主要包括土壤温度、湿度数据显示、浇水速度设置、水泵启动与停止，工作模式设置等选项，该界面实时显示当前土壤温度、湿度和光照度数据，用于用户对当前土壤进行实时的监测。

4、结语

基于Android手机与单片机的智能农业灌溉系统集信息采集、传输、应用与指挥决策于一体，实现了对农业灌溉系统参数的监测和远程控制。通过实际应用可以得出该系统可以对灌溉系统的参数进行手动设置，也可以通过对底层上传数据的分析后实现智能自动控制，解决了人工灌溉成本高、效率低的问题。系统的可靠性和实时性都很高，大大地提高了农业灌溉系统的效率，较好的促进高效节水灌溉应用的推广。

参考文献：

[1]濮少翔,周恺.智能灌溉系统的设计与实现[J].赤峰学院学报(自然科学版),2016,32(6):28-29.

[2]刘柳,姚超.基于STC89C51与DS18B20温度传感器的温控系统设计[J].电脑知识与技术,2015,11(16):203-204.

[3]吴平.多路智能家庭实用浇花器设计[J].价值工程,2014,33(12):23-25.

[4]郑航,李凯.农业自动节水灌溉车的设计与制作[J].大东方,2016(4):252.

王庐山.基于Android手机与单片机的智能农业灌溉系统设计[J].南方农机,2020,51(11):15+17.

基金:湖北工业职业技术学院科研项目——《基于Labview与微控制器的智能步进机电控制系统设计》(2019KY08).