基于单片机控制的家用智能花卉浇水系统设计

摘 要：本设计利用单片机技术，设计出一种家用智能盆花自动浇水系统。目的是解决当种植人不能按时给盆花浇水的问题。本系统将适宜花卉生长的土壤湿度参数储存于单片机中，通过继电器控制电磁阀对盆花进行恰当的浇水，实现智能浇水的目的。
关键词：STC89C52；土壤湿度传感器；智能浇水；单片机控制
Abstract：The design use the technology of SCM to design a kind of intelligent household automatic watering system of potted， The purpose is to solve when planting to be watering potted plant on time problem. This system will be suitable soil moisture storage parameters of flower growth in SCM， Through proper watering of potted plant relay electromagnetic valve control， to achieve the purpose of intelligent watering.
Keywords：STC89C52；soil moisture sensor； intelligent watering；single chip microcomputer control
现代人的生活节奏紧张又快速，有很多原因不能及时给家里的花卉及时浇水，得不到浇灌的植物要么枯萎，要么生长困难。因此，若是设计一种家用的智能自动浇水装置，就能够解决家庭盆栽植物及时浇水的问题了。本设计将传感器技术与单片机STC89C52控制技术结合起来，设计了一个能够实时检测花盆土壤湿度并且能够根据土壤湿度情况进行自动浇水的系统。该系统能够在植物需要浇水的时候进行自动浇水，使花卉土壤湿度值保持在一个合适的水平，避免了植物被过多的浇水或缺水。
1 自动浇花器的国内外的现状
电子类的自动浇花器最早出现在国外，我国也从国外进口了多年的电子类的自动浇花器，实用但价格比较昂贵。这种电子类自动浇花器用主机控制电磁阀的开合，当电磁阀打开时，喷淋管末端的喷头水喷出，花卉得到浇灌。可实现定时或定量喷淋。此外，还有一类比较流行的玻璃、陶瓷类自动浇花器，实际上是一种自动渗水装置，当花盆土壤干燥时浇花器里的水就会渗出来，当花盆土壤湿润后水就渗不出来。随着单片机技术和传感器技术的发展，它们被越来越多的应用到人们的日常生活中，结合了单片机和传感器技术的智能花卉浇水器能给人们的生活带来了更多的方便
2 系统方案设计
1、系统方案
根据花盆里的土壤湿度情况，系统可以实现以下功能：出门远行无人在家和无暇照顾的时候，通过单片机控制来进行给盆花自动浇水。图1所示是系统总体设计方案，花卉自动浇水系统结构主要由单片机、土壤湿度传感器电路、浇水电路、显示电路、时钟、按键以及电源电路7部分组成。土壤湿度传感器电路负责实时检测花盆的土壤湿度值。单片机收集土壤的湿度参数并进行比较和处理，处理结果就是输出控制信号，通过控制继电器进而控制电磁阀进行浇水。显示电路可以显示土壤湿度值。时钟模块提供系统时钟。电源模块分别为单片机、土壤湿度传感器、继电器和水箱电磁阀提供合适的电压。
2、系统硬件电路设计
在本设计中，单片机是整个控制系统的核心内容，将适宜的土壤湿度值T（T下≤T≤T上）存储在单片存储单元中，土壤湿度传感器传送来的土壤湿度值将被与存储区间进行比较，控制水箱电磁阀开关。当达到下限值时打开电磁阀，当达到上限值时关闭电磁阀。用LCD显示屏上显示的土壤的湿度值状态。
（1）主控制器STC89C52单片机
在本设计中，单片机起到核心作用，控制着整个系统：收集信号，发出控制指令。根据系统要求和单片机功能，本设计选用了一款具有低功耗高性能特性的STC89C52单片机。该歀单片机的制造技术制造使其与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚互相兼容。STC89C52的引脚中P1口、P2口和P3口24个管脚是通用I/O口。系统中用到的管脚有RST，用于复位；P1.0、P1.1和P1.2引脚外接RS485芯片接口电路；P3.7用来控制浇水模块。
（2）土壤湿度传感器模块
花盆土壤湿度的检测可以用湿度传感器来实现。将湿度传感器看作可变电阻器，当土壤的湿度发生变化时，这个可变电阻器的电阻值就会发生变化，湿度最小时的电阻值为10K，湿度最大时为0.1Ω。变化的幅度是根据湿度传感器采集到的湿度大小而定。随着电阻值的变化，电路的输出电压也跟着变化。调节电阻值的大小，可得到想要的电压，满足电路的需求。此次设计采用的是土壤湿度传感器YL-69土壤湿度检测模块。土壤湿度传感器YL-69的探头直接埋入花盆土壤中，探头两极之间的电阻值就反映出土壤的湿度。。有四个接线端，VCC端外接3.3V-5V电压，GND外接数字地GND，DO端接到单片机，当湿度到达下限湿度值时，DO输出高电平；当湿度到达上限湿度值时，DO输出低电平如有需要，AO模拟量输出端可以和A/D模块相连，通过A/D转换，可以获得更精确的土壤湿度值。
（3）浇水模块
浇水模块是本系统中的执行模块，采用继电器和水箱电磁阀互相配合的方式，具体电路图如图3所示。用单片机的P3.7端来控制这个浇水模块，水箱电磁阀采用12V电源电压。当传感器检测到的信号表示花盆土壤需要浇水时，单片机的P3.7端口就为低电平，使得三极管饱和导通，接着接通+5V电源，继电器线圈得电，铁心吸合，常开触点闭合，电磁阀打开，浇水。浇水量够了之后，湿度传感器及时发回信号，单片机的P3.7端口为高电平，三极管截止，+5V电源断开，继电器线圈失电，常开触头恢复断开，电磁阀关闭。
（4）显示模块
本次设计的智能花卉浇水器采用的显示屏是LCD1602液晶显示屏，可以显示2行字符。
（5）电源模块
因为本系统中各个不同模块的电压不相同：单片机电源电压3.3V，继电器电源电压5V，水箱电磁阀采用电源电压12v。所以本设计的稳压电路具有以下功能：12V开关电源电压经三端稳压集成电路得到5V电压，然后经过稳压芯片SPX1117输出3.3v电压。
3 系统软件设计
图4是本系统的软件设计主程序流程图。由系统初始化模块完成显
示屏以及其他外设的初始化。传感器模块检测花盆里的土壤湿度值，单片机接受传感器模块传回来的数据，与土壤湿度下限值进行比较，如果小于或等于，则单片机发出控制指令打开电磁阀，喷淋管末端的喷头向花盆里浇水，土壤湿度渐渐升高，当土壤湿度等于或大于上限值时，单片机发出关闭电磁阀的指令，停止浇水。
4 结语
本设计是以STC89C52单片机作为控制芯片设计的一款智能浇花小系统。该系统根据花盆中土壤湿度来控制电磁阀的开启与停止。通过传感器对土壤湿度进行实时监测，与设定好的适宜花卉生长的土壤湿度值进行比较，判断是否对花盆浇水，实现按量自动浇花。系统根据不同花卉的需水量设置了不同的浇水量，开机后只需设置好花卉的种类，便能自动找到控制的湿度范围。
本设计设计简单方便，成本低，可实施性高，不管在家里还是办公室，都可以很好的使用，即方便又节约水源，具有相当可观的应用前景。
参考文献
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[3]来清民.传感器与单片机接口及实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
作者简介
刘承容（1979-），女，广西玉林人，汉族，讲师，学士学位，自动化专业。