基于STC89C52自動澆花與雨水收集系統的設計與實現

肖偉偉， 白曉乾， 張金萍， 馬國棟

（沈陽化工大學，沈陽 110142）

基于STC89C52自動澆花與雨水收集系統的設計與實現

肖偉偉， 白曉乾， 張金萍， 馬國棟

（沈陽化工大學，沈陽 110142）

該裝置采用STC89C52單片機為核心芯片，利用太陽能板進行供電，通過對土壤濕度信號的采集、轉換、處理來實現對土壤濕度的監測和顯示，利用繼電器控制小水泵實現自動澆灌功能，通過對雨水信號的檢測、處理實現雨水收集功能，利用浮球開關檢測水位，利用GSM模塊實現低水位報警功能，并給出系統流程圖和電路框架圖。

自動澆灌；雨水收集；太陽能；GSM模塊

0 引言

隨著現代生活節奏的加快，越來越多的盆栽植物受到了人們的親睞。盆栽植物不僅能夠凈化空氣、美化環境，還能在工作之余給人們帶來美好的心情。但是因不能及時對盆栽植物進行澆灌和養護而導致的植物缺水死亡成了許多養花愛好者頭疼的大問題，對于經常出差的商務人士，盆栽植物因缺水而死亡更是常事。

隨著單片機技術的快速發展，智能家居已經慢慢地融入人們的生活當中。單片機不僅具有很強的實用性而且價格十分低廉，應用起來非常方便，便于在廣大家庭中進行推廣和使用。并且隨著太陽能技術的發展，利用太陽能電池對單片機供電已不再是什么難事。由于目前市面上應用于家庭盆栽植物的自動澆花系統較少且價格昂貴，所以設計一款實用的家庭盆栽澆花系統大有必要。因此，本文設計一款用太陽能供電，能夠收集雨水的自動澆花系統。

1 自動澆花和雨水收集系統的總體結構

本系統主要采用STC89C52單片機為控制芯片，自動澆花系統的總體結構如圖1所示，土壤濕度傳感器輸入濕度信號，ADC0832轉換濕度值，繼電器控制5 V水泵，LCD1602顯示濕度值（當前濕度、預設濕度），5 V太陽能板供電。將土壤濕度傳感器插入土中，AD根據土壤中濕度的變化進行數模轉換，將對應的濕度值顯示在LCD顯示屏上，單片機根據對應的濕度變化，啟動繼電器控制5 V小水泵實現自動澆花功能。

圖1 澆花控制系統總體結構

雨水收集系統的總體裝置如圖2所示。該系統由雨水傳感器模塊、步進電動機及其驅動模塊、浮球開關、GSM模塊以及STC89C52單片機組成。該系統的工作方式為:雨水傳感器模塊檢測是否下雨，如果檢測到下雨將信號傳給單片機，單片機根據傳來的信號做出啟動步進電動機的響應（正轉，打開雨水收集器的蓋子）。雨停后單片機再次對雨水傳感器模塊傳來的信號做出響應啟動步進電動機（反轉，關閉雨水收集器的蓋子）。同時浮球開關對雨水收集器中的水位做出判斷，當水干時向用戶發出短信提醒用戶向水箱加水，當水位高于最高水位時便斷開單片機的電源（此時說明雨水收集器中的水已滿，即使再下雨也沒有必要進行收集。因此關閉整個裝置，這樣可以起到節能的作用。當水位低于預設水位時整個裝置再次供電，裝置正常啟動）。

圖2 雨水收集系統總體結構

2 系統硬件設計

2.1 土壤濕度傳感器及ADC0832

將土壤傳土壤傳感器插入土中與AD相連接，電路圖如圖3所示。工作原理如下:土壤傳感器根據土壤中濕度的變化向AD反饋不同的電壓值，AD根據電壓值得變化，將對應的模擬量轉換成數字量，顯示在LCD液晶屏幕上（其中P2表示直插式土壤傳感器的插片）。

2.2 LCD1602顯示

單片機對AD轉換后的數字量做出響應，將對應的濕度值顯示在LCD液晶顯示屏上。

2.3 繼電器及水泵

單片機通過控制繼電器的開閉來實現對水泵的控制。繼電器與水泵的電路連接圖如圖3所示。

2.4 雨水傳感器及步進電動機

當雨水傳感器上檢測到有雨水時，步進電動機正轉(打開收集蓋子)，當雨水傳感器檢測到沒有雨水時，步進電動機反轉（關閉收集雨水的蓋子）。

2.5 浮球開關

采用3線制的浮球開關，3條線分別接GND、VCC、I/O引腳。其工作原理如下：當液位低于預設液位時，對應的I/O引腳傳來低電頻（低電頻有效），此時可以啟動GSM模塊發短信息的功能。當液位高于預設液位時，對應的I/O引腳傳來高電頻（高電頻無效），使得整個單片機處于斷電狀態。

2.6 GSM短信模塊

圖3

該模塊的工作電壓為5 V，電流為2 A，可以直接與單片機相連。此模塊主要應用在于手機通訊中，通過對A/T指令代碼的編寫能夠實現對指定電話號碼的發短信功能。在本裝置中，GSM模塊可在水箱中水干時給用戶發短信息，提醒用戶向水箱中加水。

2.7 5 V太陽能板

本裝置采用USB接口式的5 V太陽能板，可將其與充電寶等蓄電設備相連接，便于電能的收集和儲存。

圖4

圖5

3 系統軟件設計

雨水收集裝置的程序流程如圖4所示,自動澆花系統如圖5所示。

4 結語

設計了一個基于STC89C52的自動澆花和雨水收集系統，系統的硬件設計思路清晰，選取了一些常用的元件。能夠應用在一些要求不高的家庭盆栽植物、大中小型商場及街道綠化的盆栽植物，能實現根據濕度變化進行自動澆灌和收集利用雨水的功能。但本系統在軟件方面有循環檢測的缺陷，還可以進一步改善，可增設看門狗避免死循環。

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Design and Implementation of Automatic Watering Flowers and Rainwater Collection System Based on STC89C52

XIAO Weiwei,BAI Xiaoqian,ZHANG Jinping,MA Guodong
（ShenyangUniversityofChemical Technology,Shenyang110142,China）

The STC89C52 single chip microcomputer is used as the core chip,and the solar panel is used to supply power.Through the collection,conversion and processing of the soil moisture signal,the monitoring and display of the soil moisture are realized,and the automatic watering function is controlled by the relay.Through the detection and treatment of rainwater signal,the rainwater collection function is realized.The water level is detected by the float switch.The low water level alarm function is realized by the GSM module.The system flow chart and the circuit frame diagram are given.

automatic irrigation;rainwater collection;solar energy;GSM module

TP 368．1

A

1002－2333（2018）01－0084－03

（編輯昊 天）

肖偉偉（1995—），男，本科生，機械設計制造及其自動化專業；

張金萍（1977—），副教授，博士，研究方向為機電一體化、故障診斷。

2016-11-01