基于單片機控制的花草自動澆水系統的設計研究

廣東科學中心　高志軍

基于單片機控制的花草自動澆水系統的設計研究

廣東科學中心高志軍

隨著科學技術的發展，人們的生活也開始變得更加智能化。在花草管理方面，設計一種基于單片機控制的花草自動澆水系統，就能夠實現植物的智能化養殖，從而為人們的生活提供便利。基于這種認識，本文利用單片機設計了一個花草自動澆水系統，以便為關注這一話題的人們提供參考。

單片機；花草自動澆水系統；設計

0　引言

隨著人們物質生活水平的不斷提升，越來越多的人習慣于在家中養殖一些花草。然而，由于工作較忙和需要出差等問題的存在，人們也常常會忘記給花草澆水。而這些花草通常對土壤有著較高的濕度要求，一旦土壤濕度不足，就會導致花草枯萎或死亡。為解決這一問題，則可以利用單片機設計一種花草自動澆水系統，然后利用該系統實現植物的智能澆灌，繼而使植物得到更好的照料。

1　系統設計思路

設計花草自動澆水系統，目的是為了按照用戶設定方案實現定時定量澆花。利用系統屏幕，用戶則可以了解土壤實時濕度和系統設定信息，從而合理完成系統設置。而達到用戶設定的時間，系統就可以為植物澆水。所以，分析系統功能可以發現，基于單片機控制的花草自動澆水系統應該由單片機控制模塊、檢測模塊、澆水模塊、液位控制模塊和顯示模塊等多個模塊構成。根據系統設定時間，系統將定時進行澆花，而澆水量則會達到系統設定的具體值。但是，考慮到植物澆水會受到天氣等因素的影響，所以系統還要利用檢測模塊進行土壤濕度的檢測。如果土壤濕度低于濕度上限，系統才會按照設定澆水［1］。如果土壤濕度高于濕度上限，系統則不會執行澆水操作。

2　系統硬件設計

2.1單片機控制模塊設計

單片機控制模塊為系統核心組成部分，可以選擇STC12C5A60S2單片機為控制元件。而為該單片機配置相應的外圍電路，則能夠實現系統功能。作為增強型的8051單片機，該單片機的速度為普通單片機8-12倍，配有外部晶振。由于芯片內部含有16位定時器，所以系統能夠準確計時。同時，芯片內部帶有8路10位精度模/數轉換模塊，因此系統無需進行外部模/數轉換模塊的配置，就可以實現濕度傳感器信號的采集。此外，芯片可以在低功耗模式下工作，所以能夠降低系統能耗。

2.2檢測模塊設計

在土壤濕度檢測上，可以使用HM1500濕度傳感器進行濕度檢測模塊的設計。該傳感器可以利用5V直流電源供電，利用其能夠完成0-100%的土壤相對濕度的檢測，輸出電壓信號在1-4V之間。單片機在接收該信號后，可以計算出土壤實際濕度大小，并且判斷是否需要執行澆水操作和澆水所需時間。通常的情況下，土壤相對濕度不能超出60%，所以系統濕度上限將設定為60%。

2.3澆水模塊設計

系統的澆水模塊將由兩部分組成，即繼電器和電磁閥。利用單片機控制模塊，系統能夠對繼電器的開關進行控制，從而對電磁閥的通斷進行控制。由于需要使用24V直流電壓為電磁閥供電，所以還要為該模塊配備220V交流轉24V直流的開關電源。在此基礎上，將繼電器、開關電源和電磁串聯起來，則能夠利用繼電器控制電磁閥開關。而由于單片機的IO口的驅動電流不足以驅動繼電器，所以還要在單片機與繼電器之間設置一個ULN2003芯片。該芯片輸入電壓為5V，可提供驅動電流最高能夠達到500mA。

2.4液位控制模塊設計

設計液位控制模塊時，需要進行水箱液位檢測電路的設計。為實現水箱液位檢測，需要使用星儀CYW11投入式靜壓液位變送器。利用該設備，能夠將0-1m水位轉換成0-5V電壓信號。由于該設備為三線制形式，供電電壓與電磁閥相同，所以可以使用同一電源供電。在檢測的過程中，變送器將輸出0-5V電壓信號，可以將水箱水位控制在60%-80%之間。將水位超出這一范圍，單片機將控制繼電器給水箱加水或停止加水，從而實現水位的調整。

2.5顯示模塊設計

系統的顯示模塊負責顯示土壤濕度，同時也能夠實現系統調節過程的顯示。在設計該模塊時，可以使用LCD5110屏幕。該屏幕為液晶顯示模塊，本身體積較小，工作電壓在3.3V-5V之間。而由于該模塊的速度較快，并且成本較低，所以能夠在自動澆花系統中得到應用。

3　系統軟件設計

在系統軟件設計方面，主要需要完成單片機模塊的程序編寫。從系統工作流程上來看，在系統啟動后，單片機控制模塊會對其他模塊進行初始化處理，然后進行定時器中斷和外部終端的啟動。此時，系統將不斷進行屏幕信息的刷新，并且等待中斷事件發生。利用外部中斷，可以進行系統設定值輸入。在這些設定參數中，可以修改的設定參數包含設定時間、濕度上限、澆水量。系統時間的積累，則需要利用定時器中斷實現［2］。在中斷事件發生后，系統會進行時間的累計，然后對土壤濕度進行定期檢測，以判斷是否需要對植物澆水。如果時間已經達到設定時間，但是土壤濕度不大于濕度上限，系統將不會執行澆水操作。在澆花模式上，系統可以為用戶提供兩種選擇，即手動澆花和智能澆花。利用軟件設計，可以通過設置按鍵次數進行澆花方式的選擇。具體來講，就是在用戶按鍵次數為奇數時，則選擇智能澆花。如果按鍵次數為偶數，系統將啟動手動澆花模式。在智能澆花模式啟動后，單片機會利用DHT11濕度傳感器采集到的信號進行土壤濕度計算，然后在LCD液晶屏上顯示土壤濕度值［3］。最終，根據設定澆花時間，然后將檢測值與設定濕度上限相比較，系統將會決定是否執行澆花操作。

4　結論

總之，設計基于單片機控制的花草自動澆水系統，可以根據土壤溫度和用戶需求實現花草自動澆水，從而為用戶管理植物提供便利。同時，由于系統能夠根據土壤濕度進行澆水控制，所以能夠避免用戶因缺乏花草養殖經驗導致花草因澆水過多而死亡。此外，該系統的制作成本較低，因此能夠在普通家庭得到應用。

［1］李克訥，韋昌勇，徐劍琴.基于AVR單片機的盆栽自動澆水系統［J］.農機化研究，2015，06：213-216+220.

［2］馮筱，秦文華，于欣，周子力.基于控制土壤濕度的智能花卉澆水系統設計［J］.現代電子技術，2015，07：110-113.

［3］方澤鵬，黃雙萍，陳仲濤.基于單片機的花盆土壤濕度控制系統設計［J］.現代農業裝備，2013，04：41-45.