定時自動澆花系統的設計研究*

陳開軍

(浙江經濟職業技術學院，浙江 杭州 310018)

一、前言

隨著人們對生活水平的日益提高，老百姓家里養些花草已然成為一種生活方式。養花可以豐富文化生活，陶冶情操?；ㄏ汊?，促進百姓身心健康。養花自然每天需要澆水，尤其是夏天更是一天不能斷水，一旦人們出差遠行，則家里的花草會因為沒人照看而死亡。若家里有一個自動澆花系統，它能檢測土壤濕度，根據設定值，每天早晚2次給家里的花草自動澆水，便能很好地解決花草無人澆灌的麻煩。

二、系統總體設計

本自動澆花系統以單片機為基礎，利用濕度傳感器采集土壤濕度值，通過A/D轉換處理，將模擬信號轉換為數字信號，根據采集的濕度值，判斷是否需要啟動電源進行澆水操作，相關數據可以在顯示器上顯示。自動澆花系統由單片機、電源、濕度傳感器、顯示器、定時器等硬件組成。

(一)定時器

本定時器采用立可安定時器插座，產品型號為AL-03，時控范圍在1分-168小時，可控時間長，待機功率小于1W。擁有16組可編程定時開關，可設定工作模式，一鍵復位，方便使用，省電綠色環保。

(二)4000系列濕度傳感器

本系統采用HIH-4000系列濕度傳感器，該傳感器的接近線性電壓輸出可實現對控制器或其他裝置的直接輸入。僅200μA的低功耗，適合用于電池供電的低功耗系統，適合本系統使用。RH傳感器是一款具備芯片集成信號調理功能的激光修整熱固性聚合物電容感應元件，有兩種引腳間距配置供選擇。該感應元件的多層結構可有效抵抗大多數應用環境中的不利因素，如潮濕、污垢、灰塵、油漬以及常見的環境化學物質。該傳感器可以寬范圍控制土壤的濕度，通過電位器調節控制相應閥值，當濕度低于設定值時，D0輸出高電平，高于設定值時，D0輸出低電平。這一閥值控制正好滿足本系統的設計要求，在系統測試時只需要設置具體閥值即可。

(三)最小單片機系統

單片機最小系統是指用最少的元件組成的單片機，達到可以工作的系統。單片機最小系統特點：系統資源完全開放，配合其它模塊或自行搭建用戶電路可實現任意實驗功能。接口設計靈活，使用方便。板上電路簡潔實用，除最小系統和在線下載電路外，還有1個LED、1個按鍵、1個蜂鳴器、1片EEPROM存儲器AT24C04，單片機引腳全部可引出使用，并留有專用LED顯示接口，方便與串行靜態LED顯示板連接。

(四)電源模塊電路設計

在本設計系統中，除土壤濕度傳感器使用電池供電外，其他單片機、繼電器、液晶屏都需要電源供電。我們選擇的電源電壓必須滿足穩定且低消耗的要求。本系統使用LM2596電源管理芯片提供穩定直流電源。

(五)液晶顯示電路設計

本設計采用LCD1602液晶顯示模塊，該液晶顯示器畫質高且不會閃爍。1602液晶顯示器都是數字式的，能夠顯示多種數據和符號；它和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作方便。開機顯示設置：“Hello World！”，之后顯示土壤濕度閾值和當前土壤濕度值。

三、軟件流程設計

為解決自動澆花實用性問題，系統外置一個定時器，用于觸發系統電源，用戶可以根據自身需求設定每天澆水次數和澆水時間。當定時器觸發通電，系統上電后，系統進行初始化設置。土壤濕度傳感器開始工作，傳感器檢測該區域土壤濕度，所測的濕度值與程序設定的低閥值進行比較，如果低于低閥值，則繼電器通電，水泵工作澆水。傳感器繼續檢測土壤濕度，檢測值與高閥值比較，若低于閥值，則水泵繼續澆水，若高于閥值，則繼電器斷電，水泵結束澆水，濕度傳感器循環檢測。傳感器連續工作時間由定時器設置，時間用完，定時器將觸發，系統斷電。軟件流程示意圖如下：

圖1 定時澆花系統軟件流程設計

四、系統測試

筆者通過群舉法進行測試，獲得了土壤濕度傳感器在土壤中檢測的數值分布情況。發現土壤濕度傳感器懸空時A0引腳輸出為1086，當將土壤濕度傳感器插到花盆的其他一位置后，A0引腳輸出值會快速下降到某一穩定值，然后拔出土壤濕度傳感器，再將其插到其他多個干濕花盆的多個位置，這時A0引腳輸出不同的模擬值，把這些模擬值繪制到平面坐標圖上。然后根據平時養花土壤干濕度情況，比對模擬值，通過不斷測試，從而確定閥值。系統測試中設置土壤閥值數據為400到800之間，當檢測到的濕度數據低于400時，啟動電磁閥，開始澆水。當數值高于800時，停止澆水。為符合實際使用需要，手動設置了定時器，每天早晚澆水各1次。從測試結果看，系統符合設計要求，基本能滿足家庭自動澆花需求。

五、結束語

該系統所需硬件價格低廉，設計小巧，簡便節能，符合家庭澆花所需，用戶可以根據需要自行設定澆花時間，這可以為多數想養花但又沒有時間精力照看花草的年輕人提供一個養花利器。