基于單片機(jī)的多點(diǎn)多用自動(dòng)澆水裝置

黃清梅 劉文武 仲會(huì)娟 傅金貴 元梓萱

摘要：本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，通過DS1302時(shí)鐘芯片、LCD12864液晶顯示模塊、超聲波測(cè)距HC-SR04等電路模塊，采用YL-69型號(hào)土壤濕度檢測(cè)傳感器來采集土壤信息，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832模塊的信息處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，顯示屏顯示時(shí)鐘、水位值、電壓值等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤含水量的檢測(cè)，同時(shí)通過自動(dòng)檢測(cè)水位，完成給花草的自動(dòng)澆水、自動(dòng)蓄水的控制過程。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；土壤濕度檢測(cè)傳感器；水位檢測(cè)；自動(dòng)澆水

中圖分類號(hào)：TN913 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）05-0031-03

花卉不僅可以提高人們的生活質(zhì)量還可以陶冶情操、凈化空氣質(zhì)量，綠色植物需要悉心維護(hù)和保養(yǎng)，才能保證它們的茁壯成長，然而這些都是需要花費(fèi)許多的時(shí)間和精力，這對(duì)于生活節(jié)奏越來越快的人們而言已然是難以完成的一項(xiàng)工作，由于種種的原因而忘記了花草的定時(shí)澆水及養(yǎng)護(hù)，而造成不可避免的損失，顯然，設(shè)計(jì)一個(gè)家庭自動(dòng)灌溉系統(tǒng)是非常有必要的[1-4]。

基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的家庭智能澆水裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灑水澆花，節(jié)省人力，也當(dāng)人出差時(shí)不至于因?yàn)橐恍┩庠诘囊蛩兀绊懟ɑ苌L。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

多點(diǎn)多用自動(dòng)澆水裝置包括土壤濕度的檢測(cè)、自動(dòng)澆水控制、自動(dòng)檢測(cè)水位、自動(dòng)蓄水以及報(bào)警功能等，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。土壤水份檢測(cè)模塊將檢測(cè)到的土壤濕度值送入STC89C52單片機(jī)[5-6]，再將其輸出到液晶屏上顯示。自動(dòng)澆水設(shè)計(jì)是通過單片機(jī)程序來設(shè)定水位的上限和下限值，然后和土壤濕度檢測(cè)模塊送到單片機(jī)的土壤濕度值相比較，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水的功能，如果檢測(cè)出來的濕度值低于程序預(yù)設(shè)定的下限閥值時(shí)，首先蜂鳴器會(huì)響且LED燈閃爍實(shí)現(xiàn)報(bào)警，而此時(shí)單片機(jī)需要輸出一個(gè)信號(hào)來控制電磁閥開啟，這樣就可以開始進(jìn)行澆水，反之，高于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，電磁閥就會(huì)關(guān)閉，也就停止?jié)菜?。通過多方面的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)該澆水器以簡單的電路和低價(jià)的成本就能夠基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)給花草澆水的各項(xiàng)功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

多點(diǎn)多用自動(dòng)澆水裝置主要由電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊、濕度檢測(cè)模塊、時(shí)鐘模塊、水位檢測(cè)模塊、澆水控制模塊和報(bào)警模塊等電路構(gòu)成。

2.1 濕度檢測(cè)電路

濕度檢測(cè)系統(tǒng)模塊采用YL-69型號(hào)的濕度檢測(cè)傳感器來檢測(cè)土壤濕度，用來檢測(cè)土壤的水分，當(dāng)土壤水分不足時(shí)，該模塊就會(huì)輸出一個(gè)高電平，土壤水份充足時(shí)輸出的就是低電平。A/D轉(zhuǎn)換是采用芯片ADC0832作為主控芯片的外圍電路，它具有的分辨率是8位，能夠達(dá)到最高分辨率256級(jí)。

土壤濕度檢測(cè)系統(tǒng)通過單片機(jī)程序來設(shè)定澆水的上下限值并將YL-69土壤濕度檢測(cè)模塊與送入單片機(jī)的土壤濕度值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)出的濕度低于程序設(shè)定的下限值時(shí)，在存儲(chǔ)水量足夠的條件下，輸出一個(gè)可以控制電磁閥打開的信號(hào)，并開始澆水；想要停止?jié)菜脑捑鸵葷穸戎蹈哂谏舷拗禃r(shí)再次由單片機(jī)輸出可以使電磁閥關(guān)閉的信號(hào)，從而停止?jié)菜?。土壤濕度檢測(cè)的模塊原理圖如圖2所示。

2.2 水位檢測(cè)電路

澆水裝置使用超聲波測(cè)距模塊HC-SR04來檢測(cè)水位的高度，即超聲波模塊與水位的距離，本裝置程序中所設(shè)定的上限值為15cm，下限值為7cm。若當(dāng)前水位大于等于上限值15cm時(shí)，系統(tǒng)判斷為缺水則繼電器就會(huì)控制電磁閥開啟，抽水電磁閥就會(huì)開始抽水，直到水位小于等于7cm時(shí)繼電器就會(huì)控制電磁閥關(guān)閉。如此便實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)澆花裝置自動(dòng)蓄水的功能。

超聲波測(cè)距模塊HC-SR04是采用I/O口來觸發(fā)檢測(cè)距離，只要發(fā)送一個(gè)至少10μs以上的高電平，之后在接收口等待高電平的輸出，在有輸出的情況下，打開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)該端口再變成低電平的時(shí)候讀出計(jì)時(shí)器的值，最后根據(jù)測(cè)距公式算出距離，該測(cè)距公式為：測(cè)試距離=（高電平時(shí)間×聲速）/2，其中高電平時(shí)間即高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，聲速為340m/s。

2.3 澆水控制電路

多點(diǎn)多用自動(dòng)澆水裝置采用繼電器來模擬澆花和抽水兩種功能。繼電器的工作原理大體如下：在線圈的兩端只要帶有一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定量的電流和電磁效應(yīng)，而銜鐵克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯必須要在電磁力吸引的作用下才可以，也提高了銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)吸和。在本裝置中使用了四個(gè)繼電器，其中三個(gè)是控制花盆的澆水情況，另一個(gè)是則是控制蓄水裝置的抽水。繼電器電路圖如圖3所示。

2.4 報(bào)警電路

報(bào)警電路由蜂鳴器組成，通過三極管擴(kuò)流從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。芯片ADC0832采集電池電壓，當(dāng)檢測(cè)出的電壓低于程序所設(shè)定值的時(shí)候蜂鳴器會(huì)響同時(shí)LED燈不斷閃爍，提醒主人應(yīng)當(dāng)及時(shí)給電池充電或者更換電池，報(bào)警模塊電路圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程總框圖如圖5所示。程序開始時(shí)，設(shè)定20ms的初值，超聲波掃描1s后，然后根據(jù)結(jié)果切換兩種模式：檢測(cè)模式、時(shí)間設(shè)置模式。系統(tǒng)上電后，在1s的時(shí)間內(nèi)，獲取時(shí)間以及AD采集電池電壓并在顯示屏上顯示出來，如果電池電壓小于13V，系統(tǒng)判定沒電，此時(shí)LED黃燈閃爍，蜂鳴器響。電量充足時(shí)，超聲波水位檢測(cè)若水位未到指定限值，抽水電磁閥開始啟動(dòng)抽水，水量充足時(shí)，根據(jù)濕度傳感器傳送的濕度值判定三盆花盆是否缺水，若花盆缺水就給相應(yīng)花盆澆水，當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定濕度時(shí)，停止?jié)菜?。系統(tǒng)澆花檢測(cè)模式子程序流程圖如圖6所示。

4 結(jié)語

多點(diǎn)多用自動(dòng)澆水裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)花盆不同濕度的檢測(cè)方式并具有自動(dòng)蓄水、故障報(bào)警等功能，同時(shí)還可以增加定時(shí)檢測(cè)土壤濕度的功能，并在顯示屏增加定時(shí)澆水模式，能夠通過矩陣鍵盤設(shè)置澆水時(shí)間，本裝置可以應(yīng)用到需要自動(dòng)澆水灌溉的蔬菜大棚、園林、草地等場合。

參考文獻(xiàn)

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