盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：文章介紹了一種基于AT89S51單片機的便捷、高可靠性的盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計方法。本設(shè)計采用HM1500濕度傳感器檢測花盆的土壤濕度，單片機根據(jù)土壤濕度判斷是否需要進行澆水，如需要澆水，單片機控制繼電器繼而控制電磁閥實現(xiàn)澆水。此外，為保證供水水箱

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

盆花自動澆水系統(tǒng)主要由七個部分組成，分別是單片機控制模塊、濕度檢測模塊、澆水模塊、水箱液位控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊和電源電路模塊。

HM1500濕度檢測模塊檢測盆花土壤的濕度，輸出的電壓信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機。單片機每隔10分鐘采集一次濕度信號，當所檢測到的濕度信號低于設(shè)定值時，根據(jù)所測得的相對濕度計算出所需澆灌的水量，具體是由單片機控制繼電器的接通從而控制電磁閥開通的時間來實現(xiàn)的。澆水模塊主要是由繼電器和電磁閥組成。水箱液位控制模塊由投入式液位變送器、繼電器、電磁閥組成，液位變送器將供水水箱的液位轉(zhuǎn)換0～5V的電壓信號，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機，顯示模塊用于土壤實時相對濕度信號的顯示以及調(diào)節(jié)相對濕度設(shè)定值和水箱液位范圍的顯示。按鍵模塊用于單片機的開關(guān)、復(fù)位以及調(diào)節(jié)相對濕度設(shè)定值和調(diào)節(jié)水箱液位范圍。電源電路模塊用于整個自動澆水裝置的供電。如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2.1濕度檢測模塊

濕度檢測模塊采用HM1500濕度傳感器檢測花盆的土壤濕度。HM1500濕度傳感器在5V直流供電下，土壤的相對濕度0～100%RH對應(yīng)于輸出1～4V的電壓信號，濕度傳感器測量出的電壓信號傳送給ADC0809進行AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由單片機計算出實際的濕度大小并進行判斷是否需要澆水并計算出所需澆水的時間，通常希望保持盆花土壤的相對濕度在60%左右。

2.2 澆水模塊

澆水模塊主要由繼電器和電磁閥組成，由AT89S51單片機控制繼電器的開關(guān)繼而控制電磁閥的通斷。由于所采用的電磁閥需要24V直流供電，故采用了220V交流轉(zhuǎn)24V直流的開關(guān)電源。將繼電器與開關(guān)電源及電磁閥相串聯(lián)即可實現(xiàn)用繼電器的通斷控制電磁閥的開關(guān)。由于單片機IO口的驅(qū)動電流不夠，不能夠直接驅(qū)動繼電器，于是在單片機與繼電器之間加入一個ULN2003芯片，ULN2003芯片最大驅(qū)動電壓為50V，驅(qū)動電流為500mA，輸入電壓為5V，它由達林頓管組成驅(qū)動電路，能與TTL和CMOS電路直接相連。

2.3 水箱液位控制模塊

水箱液位控制模塊主要由水箱液位檢測電路組成，所采用的是星儀CYW11投入式靜壓液位變送器，它可以將0～1m的水位轉(zhuǎn)換成0～5V的電壓信號。由于該液位變送器采用三線制的形式（即三根引線分別為電源線、地線和信號輸出線），供電電壓為24V，與電磁閥的供電電壓相同，故液位變送器與電磁閥采用同一個220V交流轉(zhuǎn)24V直流的開關(guān)電源進行供電。液位檢測電路的形式與濕度檢測模塊形式完全一樣。為控制供水水箱的水位在一定的范圍內(nèi)，如60%～80%，液位變送器檢測水箱的水位并輸出0～5V的電壓信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后送入單片機，當水箱水位低于60%時，單片機控制繼電器繼而控制電磁閥給水箱加水，當液位高于80%的時候，停止加水。澆水模塊的控制電路與水箱加水模塊的控制電路在形式上一樣。

2.4 濕度顯示模塊

濕度顯示模塊的主要功能是顯示盆花土壤的實時濕度，但它與按鍵模塊相結(jié)合還有一個重要功能，由于不同的盆栽所要求的土壤相對濕度是不同的，可以利用按鍵模塊進行調(diào)節(jié)土壤濕度的限值，而顯示模塊則用于調(diào)節(jié)過程中的顯示。此外，根據(jù)實際所采用的供水水箱的高度，也利用按鍵模塊進行水位范圍的設(shè)定，顯示模塊同樣起調(diào)節(jié)過程中的顯示作用。

3 軟件程序設(shè)計

由于C語言具有簡單易學(xué)，執(zhí)行效率高等特點，本程序采用C語言編寫。盆花濕度限值以及水箱液位范圍的設(shè)定采用中斷程序?qū)崿F(xiàn)，未在程序流程圖中展示。盆花自動澆水系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示，整個軟件在結(jié)構(gòu)上包括主程序、鍵盤掃描程序、數(shù)據(jù)采集程序、顯示程序及輸出控制程序等組成。

參考文獻

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