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园林浇水控制系统设计

范文

黄光华章倩丽吴强

摘要：该文基于单片机通信的原理探究了园林自动浇水系统设计，对土壤进行湿度和温度检测，达到温度和湿度设置限值时，控制水泵，实现自动浇水功能。

关键词：湿度测量;温度检测;数据传输

中图分类号：TP393? ? ? ? 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）23-0062-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

当今，国家在城市和农村地区的绿色建设方面投入了大量的资金，从居住环境，道路绿化，城市公园等方面都可以看出，园林管理需要花费大量的人力、物力、财力。园林灌溉作为管理的一个重要环节，耗费人力资源大。为解决这一问题，园林自动灌溉系统应运而生，这使管理节省了大量的时间以及精力，从而产生经济效益。

1 系统总设计

该设计的主要组成部分有：单片机主要控制，温度传感器，湿度传感器，风扇，水泵，LCD显示等。整体结构框图如图1所示：

单片机起主要控制作用，3个按键分别设置温度湿度数值的加减和温度湿度模式的选择。通过温度传感器和湿度传感器检测土壤的温度和湿度;水泵开始抽水工作由土壤的温度和湿度都比设置值低时决定;风扇的转动实测温度值比设置的温度值高决定。

2 硬件设计

2.1系统总原理图

我们所要用到的单片机需要一个直流电源提供电力，水泵的驱动也需要供电，所以要分开使用2个单独的电源分别供电，且这两个电源要供电，就可以同时实现单片机稳定工作和水泵的稳定输出。总原理图如图2所示：

采用两路ADC模数转换，采用PWM控制水泵出水量，所测得的土壤湿度比较低时，则需要加大输水量，土壤的湿度随之增大，利用PWM控制水泵，减少出水量，使园林土壤达到合适湿度，且若湿度同时低于设定值时，水泵停止浇水。1个IO口做风扇的驱动，当检测到的温度高于设定值时，启动风扇降温，当温度低于设定值时风扇不工作。3按键分别为温度湿度值设置的模式切换，设定数值的加、减。

2.2温度测量模块

温度测量按照所使用的温度传感器的原理的不同，选用了美国Dallas半导体公司的DS18B20作温度传输。信号线接单片机的P3.7口，把温度数据传输给单片机，为了让数据传输更稳定，上拉一个10K电阻R16。

2.3湿度测量模块

有电阻法、负压计法、重量法可以测量土壤的空气湿度，此次设计采用电子法的原理，即使用继电器一体式土壤湿度计检测模块。湿度传感器1和湿度传感器2所得的信号先经过一个电阻和电容，再传给P1.0和P1.1，防止芯片被烧坏。P1.0和P1.1是单片机的ADC口，对信号进行采样量化编码。

2.4按键模块

该设计使用了3个按键，组成按键设置模块。在中间的按键设置温度值和湿度值的切换。在两边的按键，分别是数值加和减的设置，接P1.5和P1.7。每按一下按键，IO口由1变成0，实现数值的加或减。

2.5 LCD模块

选用了LCD1602作为显示，输出我们需要显示的湿度，温度等。LCD1602一共有16个引脚，在焊接时要分清楚从哪边开始是1的，其他的各引脚的标号就简单了。要想正常显示，数据端接P1口，除了要2接高和1接地之外，16脚也要接地，3脚还要接一个10k的可调电阻调节背光。

2.6风扇和水泵硬件设计

2.6.1风扇

该设计选用的是5V供电的小风扇，如图3所示：

只要风扇的两根线分别接高和地，就能正常转动。当P1.2为0时，Q5导通，经过D5D6，Q6导通，风扇转动。当P1.2为1时，Q5截止Q6截止，风扇不转。当测得土壤的温度比设置的值高时，输出端输出高，使得风扇导通电，开始转动，给土壤降温。当温度低于设置的值时，风扇停止转动。

2.6.2水泵

泵的主要用途是输送液体。本园林自动浇水系统设计所用到的是比较小型的泵，3V直流电机小水泵，此水泵的适用电压为2.5V到6V，电压必须要用在适用直流电压范围内供电，且不可以长时间处于没有水的状态下空抽，主要用于输送水，来模拟在现实生活中的园林灌溉用到的大型水泵。如图4所示：

上图是两路水泵输出，原理和风扇一样。当P1.4（P1.3）为0时，Q1Q2（Q3Q4）导通，水泵1（水泵2）抽水，当P1.4（P1.3）为1时，Q1Q2（Q3Q4）截止，水泵1（水泵2）停止抽水。

3 软件设计总体设计

该设计的软件部分主要分以下几部分：温湿度值的转换，按键设置模块，水泵的驱动，风扇的驱动等，如图5所示。

该系统的软件设计首先要把土壤的温湿度的值和先前设定的值相比较，并且显示出来，根据不同的比较结果进行不同控制。

4 系统调试

4.1硬件电路调试

当整体设计用一个电源供电时，水泵不能正常工作，用万用表检测电路，发现电压被拉低，需给水泵提供一个足够的电压和电流，且不能影响到其他的用电器的正常工作。这就需要把水泵的供电，和其他用电器的供电分离开来，去减小水泵对其他器件的妨碍。

4.2软件调试

为尽量做到减小误差，采用多次测量取平均值，来减少实验中产生的误差。在本设计中，采用了3次测量的值，使测量的结果更具真实性和可靠性。

参考文献：

[1] 刘冠丽.智能化浇灌系统的设计与实现[J].现代电子技术，2012（23）：195-198.

[2] 王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究[D].武汉：华中农业大学，2005.

[3] 刘川，张小成，高进渊，等.智能自动浇花系统的控制设计研究[J].科技世界，2015（18）：87-88.

[4] 袁建荣.基于HS1101的土壤湿度传感器的智能化研究[J].山東青年，2015（7）.

【通联编辑：唐一东】

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