耿新洋 杨延宁 崔佳萌 王凯

摘 要 近年来，人们逐渐形成了节水意识，针对灌溉技术的要求也越来越高。为了提高水资源利用率，设计一种基于Arduino的现代网络智能化灌溉系统。其基于Arduino单片机，操纵DHT11温湿度传感器收集温度、湿度等数据，经过处理，具有智能灌溉、实时检测温湿度等功能。

关键词 智能灌溉;智能云计算;检测;控制;Arduino

中图分类号：S274 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.32.100

水是农业耕作之根本，水资源也是人类生活的基础。我国是农业大国，对水的需求极大，但我国如今仍面临水资源缺乏问题。因此，提高水资源的利用率是加快我国农业发展的催化剂。基于此，设计一种智能灌溉系统，以加快发展节水农业，提高农作物产量，大幅度提高农作物的生长效率。

1 硬件设计

Arduino产品软硬件完全开放，其硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，具有传输速度快、低功耗的优点[1]。因此，系统采用Arduino主板作为主控芯片，硬件主要分为智能灌溉模块、温湿度检测模块、基于ESP8266 WiFi的百度智能云联网模块。

1.1 智能灌溉模块和温湿度检测模块

智能灌溉模块：当检测到的土壤湿度低于预设值时，输出低电平，继电器控制水泵工作，即实现自动灌溉。温湿度检测模块：将DHT11测得温湿度数据实时显示在OLED屏幕中，方便直观监测。图1所示为Arduino的原理图。

1.2 基于ESP8266 WiFi的百度智能云联网模块

ESP8266 WiFi模块中的WiFi联网功能可以将所测环境温湿度上传到百度智能云的用户数据平台，同时也可以通过互联网将控制继电器工作的信息传至ESP8266 WiFi进行远程灌溉。图2所示为ESP8266 WiFi模块示意图。

2 功能实现

2.1 智能灌溉模块功能

土壤湿度传感器将检测到的土壤模拟数值传回Arduino主板，与设置好的模拟值进行比较，若测得土壤模拟数据比程序设定低，Arduino主板的13号数字引脚口输出高电平，控制继电器断开，水泵关闭;反之，则继电器闭合，水泵工作，Arduino利用数字信号使继电器开合来控制水泵。水泵工作程序设定为输出高电平和输出低电平各1 s，即继电器闭合1 s再断开1 s[2]。

2.2 温湿度检测模块功能

OLED屏幕实时显示温湿度。

2.3 基于ESP8266 WiFi的百度智能云联网模块功能

百度智能云的用户数据平台可以实时显示温湿度情况，通过ESP8266 WiFi模块，在百度智能云平台后台中设置switch值，后台中输入true或false进而通过程序控制水泵[3]。

3 硬件介绍

3.1 继电器模块电路

继电器是一种数字信号模块，Arduino主板给继电器发送数字信号控制继电器开合，以此控制水泵工作，接在240 V交流或28 V直流电源中对水泵进行控制。图3所示为继电器模块原理图。

3.2 土壤湿度检测模块

土壤湿度传感器表面采用镀镍处理，以避免长时间处于潮湿的土壤中而生锈，防止测得数据出现较大误差。土壤湿度传感器将测得的土壤湿度模拟值数据传回Arduino主板，由主板与程序设定值比较，工作电压为3.3～5.0 V。3 V时，在空气中读取的最大模拟值为699，浸泡在水里的最小模拟值265;5 V时，在空气中读取最大模拟值为989，浸泡在水里的最小模拟值265。规格相同的土壤湿度传感器读取模拟值时有一定误差。土壤湿度检测模块原理图如图4所示。

3.3 温湿度检测显示模块

使用元件：0.96寸IIC 128×64 OLED液晶屏模块;DHT11温湿度传感器;使用u8glib点阵液晶显示器驱动库进行文字和数字显示。

OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光板，显示原理主要是通过电场驱动，有机半导体材料和发光材料通过载流子注入和复合后实现发光[4]。

3.4 DHT11温湿度传感器

DHT11温湿度传感器测量湿度范围为20%～90%，温度测量范围在0～50 ℃，具有超快响应、抗干扰能力强、体积小、功耗低等优点，可应用于苛刻的环境[5]。

3.5 水位监测系统

水位监测系统是通过LED灯柱高度来实时监测储水箱内部水位高度，在水箱内部连入导线，利用水的导电性，形成LED灯柱的闭合回路。图5所示为水位监测系统原理图。

4 软件设计

在程序中设置模拟值M，根据土壤湿度传感器传输的数据来判断土壤湿度是否大于预设模拟值M，继电器控制水泵工作程序设计流程图如图6所示。

5 结语

根据Arduino uno和ESP8266 WiFi模块设计的智能灌溉系統主要利用土壤湿度检测模块和DHT11进行数据采集，使用程序控制水量，利用OLED显示屏进行空气温湿度数据显示，将数据联网，能够高效地进行节水灌溉，在灌溉方面起到了重要作用[6]。

参考文献：

[1] 杨志芹.基于Arduino单片机的智能灌溉系统设计与应用[J].机电工程技术，2016，45（11）：80-83.

[2] 姚瑞来.智能灌溉系统的设计[J].农机使用与维修，

2019（8）：66，68.

[3] 刘天宇，徐晓辉，宋涛，等.基于Android的智能温室控制与实现[J].节水灌溉，2018（5）：90-92，96.

[4] 王国亮.OLED产业发展及市场前景浅析[J].中国市场，2017（11）：62-63.

[5] 程捷，何晨.基于单片机的温湿度检测系统设计与实现[J].仪表技术，2011（6）：56-58.

[6] 付宁，刘红，唐玉龙，等.基于Arduino单片机的智能灌溉系统设计[J].信息与电脑（理论版），2019（8）：76-77.

（责任编辑：赵中正）