根據(jù)濕度進(jìn)行智能澆花的硬件設(shè)計(jì)

覃光鋒

（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西柳州545005）

根據(jù)濕度進(jìn)行智能澆花的硬件設(shè)計(jì)

覃光鋒

（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西柳州545005）

設(shè)計(jì)以S T C12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片，通過(guò)對(duì)應(yīng)的I/O口和相應(yīng)的模塊電路進(jìn)行工作。先檢測(cè)濕度，然后與自設(shè)的濕度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)檢測(cè)的濕度低于自設(shè)的濕度時(shí)就澆水，使得濕度達(dá)到設(shè)定值。在水箱中放置水位檢測(cè)裝置，水位過(guò)低時(shí)提醒對(duì)水箱進(jìn)行加水，以保證智能澆花器的工作。

濕度；澆水；智能

隨著人們生活水平的提高及對(duì)良好居家環(huán)境的要求，越來(lái)越多的人喜歡養(yǎng)花來(lái)改善自己居住的環(huán)境。花卉放在室內(nèi)，可以為房間增添一抹亮色，也可以改善室內(nèi)的空氣，形成良好的室內(nèi)環(huán)境，有利于人們的健康[1]。然而生活在城市中節(jié)奏快，生活繁忙，不一定每天都有時(shí)間來(lái)照顧花卉，那么花卉也會(huì)因無(wú)人照顧失去水分而枯萎死亡。

為了解決這一問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用根據(jù)檢測(cè)到的濕度來(lái)進(jìn)行澆水，設(shè)計(jì)中主要采用STC12C5A60S2控制芯片進(jìn)行控制，與8051相比可以兼容8051的所有指令代碼，在芯片里面包含了設(shè)計(jì)中需要的各個(gè)模塊。

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義

1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

設(shè)計(jì)的智能澆花器是利用濕度來(lái)進(jìn)行澆水的，首先檢測(cè)濕度然后顯示在顯示屏上，在顯示屏上自設(shè)一個(gè)濕度值，采集的濕度不高于自設(shè)定時(shí)電磁閥通電對(duì)花卉進(jìn)行澆水，直至檢測(cè)到的濕度與自設(shè)的濕度相等。自設(shè)的濕度可以通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)定，按鍵可以控制自設(shè)濕度的設(shè)置[2]。在水箱中安放一個(gè)水位傳感器，用于識(shí)別水位低時(shí)候的情況。當(dāng)水位過(guò)低的時(shí)候，蜂鳴器就會(huì)響起來(lái)，給使用者報(bào)警，讓使用者知道水箱內(nèi)水位過(guò)低，提醒使用者要及時(shí)給水箱加水，以用來(lái)保證智能澆花器的正常使用。

1.2 設(shè)計(jì)意義

智能澆花器的設(shè)計(jì)可以解決在無(wú)時(shí)間照顧花卉的時(shí)候能夠根據(jù)花卉的生長(zhǎng)濕度進(jìn)行澆水，使得花卉可以得到充足的水分進(jìn)行正常的生產(chǎn)。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)功能

本設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)以下功能：采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成濕度值；設(shè)定自設(shè)濕度值；通過(guò)采集的濕度和自設(shè)濕度對(duì)比來(lái)進(jìn)行澆水；在液晶1602顯示屏上顯示濕度值以及水位過(guò)低時(shí)蜂鳴器報(bào)警。

2.2 功能介紹

智能澆花器由單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、水位傳感器檢測(cè)模塊、濕度傳感器檢測(cè)模塊、按鍵輸入模塊、電磁閥澆水模塊、液晶1602顯示模塊、蜂鳴器警報(bào)模塊這7個(gè)模塊構(gòu)成。該設(shè)計(jì)的工作流程是：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制整個(gè)智能澆花器實(shí)現(xiàn)功能的各個(gè)模塊的控制，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心模塊[3]。濕度傳感器檢測(cè)模塊通過(guò)使用濕度傳感器來(lái)檢測(cè)花盆中泥土的濕度。按鍵輸入模塊是通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置一個(gè)自己設(shè)置的濕度，這個(gè)濕度能夠使得花盆中的水分充足，能夠滿足花卉生長(zhǎng)所需求的水分。液晶顯示模塊是將通過(guò)濕度傳感器檢測(cè)出來(lái)的濕度和通過(guò)按鍵輸入模塊所設(shè)置的自設(shè)濕度顯示在液晶屏幕上，可以讓人直觀的看到濕度的多少。水位傳感器檢測(cè)模塊用來(lái)檢測(cè)水位的高低情況，結(jié)合蜂鳴器警報(bào)模塊一起使用，是用于提醒使用者對(duì)于水箱內(nèi)的水位的檢測(cè)和警報(bào)，通過(guò)水位傳感器檢測(cè)來(lái)水位，當(dāng)水位過(guò)低的時(shí)候，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，提醒使用者要給水箱加水，以防止水箱內(nèi)沒(méi)有水，影響智能澆花器的功能的實(shí)現(xiàn)[4]。電磁閥澆水模塊是通過(guò)控制電磁閥的打開(kāi)和關(guān)閉來(lái)控制對(duì)花卉澆水的開(kāi)始和停止。通過(guò)控制電磁閥的通斷來(lái)控制花卉的澆水與否[5]，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 根據(jù)濕度進(jìn)行智能澆花的系統(tǒng)框圖

3 硬件電路設(shè)計(jì)

智能澆花器的硬件電路設(shè)計(jì)由以下八部分組成，分別是：

（1）單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)；

（2）濕度傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)；

（3）按鍵輸入模塊電路設(shè)計(jì)；

（4）液晶1602顯示模塊電路設(shè)計(jì)；

（5）水位傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)；

（6）電磁閥澆水模塊電路設(shè)計(jì)；

（7）蜂鳴器警報(bào)模塊電路設(shè)計(jì)；

（8）電源供電模塊電路設(shè)計(jì)。

智能澆花器的硬件電路的設(shè)計(jì)總電流見(jiàn)圖2.

圖2 根據(jù)濕度進(jìn)行智能澆花的整體設(shè)計(jì)電路圖

3.1 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊是由單片機(jī)芯片STC12C 5A60S2組成的最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)是由STC12C 5A60S2芯片、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成[6]。單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊的主要作用是用來(lái)控制智能澆花器各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分，單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示。

圖3 單片機(jī)控制電路

3.2 濕度傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

濕度傳感器檢測(cè)模塊如圖4所示，接入土壤中探頭在整個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)于一個(gè)電阻，來(lái)用采集數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換就能得到相應(yīng)的濕度值，這就是土壤的濕度，采集到的濕度值再通過(guò)軟件編程顯示在液晶屏幕上[7]。

圖4 濕度傳感器檢測(cè)模塊電路

3.3 按鍵輸入模塊電路設(shè)計(jì)

按鍵輸入模塊電路如圖5所示，按鍵輸入模塊由幾個(gè)按鍵組成，與單片機(jī)的接口相連接，通過(guò)C語(yǔ)言來(lái)編程來(lái)確定按鍵的作用，通過(guò)設(shè)置不同按鍵的功能來(lái)設(shè)置的自設(shè)定濕度。

圖5 按鍵輸入模塊電路

3.4 液晶1602顯示模塊電路設(shè)計(jì)

液晶1602顯示模塊中的液晶使用的是1602，有2行的顯示，一行用來(lái)顯示用濕度傳感器檢測(cè)出來(lái)的濕度，一行用來(lái)顯示自己設(shè)置的合理的濕度。1602液晶的引腳按照電路圖所示連接，如圖6所示，3腳是用來(lái)調(diào)整液晶顯示的亮度，第4腳是用來(lái)選擇寄存器選擇的端口，第5腳的作用是寫(xiě)信號(hào)端口，第6腳的功能是使能信號(hào)端口，第7到第14腳是雙向數(shù)據(jù)端口，第15腳一般做懸空處理，其他引腳用來(lái)連接電源[3]。

圖6 液晶1602顯示模塊電路

3.5 水位傳感器檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

水位傳感器檢測(cè)的電路圖如圖7所示，水位傳感器檢測(cè)模塊用來(lái)檢測(cè)水位的高低，通過(guò)檢測(cè)高低電平來(lái)知道水位的高低。J2是根導(dǎo)線放進(jìn)水中的，電源VCC也需要連接一根導(dǎo)線放入水中，這兩根線作為水位檢測(cè)的一個(gè)水位分界，J3是電平輸出的輸出端口，是水位檢測(cè)輸出的電平與STC12C5A60S2單片機(jī)連接的端口。當(dāng)水位淹沒(méi)過(guò)這兩條導(dǎo)線的時(shí)候輸出的是低電平，當(dāng)水位低于這兩根導(dǎo)線的兩端的時(shí)候輸出的就是高電平。

圖7 水位檢測(cè)模塊電路

3.6 電磁閥澆水模塊電路設(shè)計(jì)

電磁閥澆水電路如圖8所顯示的電路。電磁閥澆水模塊是通過(guò)電磁閥的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉的澆花，電磁閥需要12 V的供電，在J1和J3之間連接電磁閥，電磁閥需要用8050來(lái)驅(qū)動(dòng)。

圖8 電磁閥澆水模塊電路

3.7 蜂鳴器警報(bào)模塊電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器報(bào)警模塊電路如圖9所示，蜂鳴器警報(bào)模塊是用來(lái)發(fā)出警報(bào)來(lái)提醒使用者，水箱的水位過(guò)低，需要補(bǔ)充水箱中的水，需要使用8550來(lái)驅(qū)動(dòng)，使用的蜂鳴器是有源蜂鳴器。當(dāng)28口為低電平的時(shí)候，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器和指示燈使得蜂鳴器響應(yīng)報(bào)警，提醒使用者；反之高電平的時(shí)候三極管截止，蜂鳴器不報(bào)警。

圖9 蜂鳴器報(bào)警模塊電路

3.8 電源供電模塊設(shè)計(jì)

在智能澆花器的設(shè)計(jì)中需要用到+5、+12和地，因此需要提供+5、+12和地，為了提供智能澆花器設(shè)計(jì)中的電源供電就需要用到電源供電模塊，具體硬件電路圖如圖10所示，根據(jù)圖10所示的電路來(lái)獲取設(shè)計(jì)中需要的電源。

圖10 電源供電電路設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

本硬件設(shè)計(jì)再配上相關(guān)的軟件后，經(jīng)過(guò)整體調(diào)試，達(dá)到了根據(jù)濕度進(jìn)行智能澆花的功能，使用起來(lái)確實(shí)方便和有效，確實(shí)適合喜歡養(yǎng)花而無(wú)時(shí)間照顧花卉的人們使用。

[1]小星.養(yǎng)花的“三大功效”[J].國(guó)土綠化，2002，（06）：37.

[2]周程，朱兆優(yōu)，劉雪楓.基于ATmega128的智能澆花機(jī)的設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2014，（03）：15-18.

[3]張富春，邵婷婷，楊延寧.一種基于DHT11的家用自動(dòng)澆花電路的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2014，（16）：35-36，24.

[4]郭心睿.家庭用盆栽植物智能澆水器[J].農(nóng)村青少年科學(xué)探究，2010，（Z1）：73-74.

[5]何澤剛，申榮衛(wèi).基于Freescale MC9S08AW60單片機(jī)的自動(dòng)澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].硅谷，2014，（16）：13-14.

[6]宋鳳娟，付侃，薛雅麗.STC12C5A60S2單片機(jī)高速A/D轉(zhuǎn)換方法[J].煤礦機(jī)械，2010，（06）：219-221.

[7]張帆，蔣茜.自主式澆花機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，（02）：37-40.

According To the Hardware Design of Intelligent Humidity Watering

QIN Guang-feng
（Guangxi Mechanical and Electrical Technician College，Liuzhou Guangxi 545005，China）

The design is based on STC12C5A60S2 microcontroller as the main control chip，through the corresponding I/O port and the corresponding module circuit to work. First detect the humidity，and then compared with the humidity of the self，when the humidity is lower than the humidity of the humidity when the water，so that the humidity to reach the set value. Water level detecting device is placed in a water tank，when the water level is too low remind the tank for water，to ensure intelligent watering device.

humidity；water；intelligence

TP368

A

1672-545X（2016）09-0054-04

2016-06-30

覃光鋒（1983-），男，廣西興業(yè)縣人，講師，從事電子技術(shù)類(lèi)職業(yè)教育。