便攜式小型家用智能灌溉系統的研究與設計

汪玉鳳　湯莉莉　肖玲　尚子奇　周威　郭程昱　尤杰

摘 要：本設計是以單片機作為智能控制系統，通過測距模塊實時監測蓄水池內水量的情況、溫濕度傳感器實時檢測空氣與土壤的溫度與濕度，外圍通過ADC0832轉換器模塊、LCD顯示模塊、輸入模塊、抽水泵模塊等最終實現實時監控并顯示空氣與土壤的溫濕度和蓄水池內的水量，并能完成定期定量智能灌溉的任務。本項目在電路設計上主要是以創新節能為主；在元件材料選擇上以小巧輕便易于攜帶為主；在硬件組合上采用獨立性高的模塊化設計；在軟件編程上采用易于調用的嵌套編程方案。通過以上設計，能在LCD液晶顯示屏上高效精確顯示當前空氣與土壤的溫度、濕度和當前蓄水池水量，在節約水資源和解放雙手的同時實現了智能灌溉。

關鍵詞：超聲波測距 溫濕度傳感器 實時監控 智能灌溉

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0042-02

Abstract： This design is based on single chip computer as an intelligent control system， through the ranging module real-time monitoring of water volume in the reservoir， temperature and humidity sensor real-time detection of air and soil temperature and humidity， peripheral through ADC0832 converter module， LCD display module， input module， pumping module and so on， the final realization of real-time monitoring and display of air and soil temperature and humidity and water volume in the reservoir， and can complete the task of regular quantitative intelligent irrigation. This project mainly focuses on innovation and energy saving in circuit design， small and portable in component material selection， modular design with high independence in hardware combination， and nested programming scheme with easy invocation in software programming. Through the above design， the temperature and humidity of air and soil and the water quantity of water storage pool can be displayed efficiently and accurately on LCD display screen， and the intelligent irrigation can be realized while saving water resources and liberating hands.

Key Words： Ultrasound ranging； Temperature and humidity Sensor； Real-time monitoring； Intelligent irrigation

本團隊結合現代社會人們的需求，設計了一款便攜式家用小型智能灌溉系統。本研究設計主要是利用單片機的智能控制技術將空氣與土壤的溫度、濕度和當前蓄水池水量實時顯示在LCD液晶顯示屏上，當顯示屏上的溫度和濕度高于程序所設置的溫濕度時，蓄水池中水閥開關打開，開始灌溉直至溫濕度達到所設定值；當蓄水池中的水量小于程序所設定值時，抽水泵開始工作直至蓄水池中水量達到設定值，最終實現定期定量地進行智能灌溉，不僅解放了人們的雙手，提高了他們的生活質量與效率，還便于旅行攜帶，更重要的是緩解了水資源緊張的情況，達到了節約水資源的目的。

1 總體硬件系統設計方案

本系統設計主要是由硬件系統和軟件系統組成，其中硬件系統是由溫濕度傳感器模塊[1]、測距模塊、單片機控制模塊、放大模塊、抽水泵模塊、液晶顯示模塊、灌溉模塊、電源電路模塊[2]等8個模塊組成。其中供電模塊主要是為單片機供電，由放大模塊將電壓放大再給其他模塊系統供電。系統硬件結構框圖如圖1所示。

2 系統軟件設計

軟件設計程序流程圖如下圖2所示，具體流程如下：首先，接通電源，單片機開始工作將接收到的數據進行處理，將此時的溫度、濕度、水量顯示在顯示屏上[3]。若顯示屏上的溫度和濕度高于程序所設置的溫濕度時，灌溉系統啟動開始工作；反之，灌溉系統不啟動；當單片機檢測到此時溫濕度達到所設定值時，灌溉系統關閉；反之，則重復上一操作。若顯示屏上的水量低于程序所設置的水量時，抽水泵啟動開始工作；反之，抽水泵不啟動；當單片機檢測到此時水量達到設定值時，抽水泵關閉；反之，則重復上一操作。

3 方案難點及關鍵技術

3.1 方案難點

（1）單片機工作電壓太小，無法帶動抽水泵；

（2）溫濕度傳感器靈敏度的調節和測距模塊與蓄水池的距離設置；

（3）傳感器與單片機以及LCD顯示屏的結合應用。

3.2 關鍵技術

（1）通過測距模塊測試水量；

（2）單片機控制傳感器并通過A/D轉換器將值顯示在顯示屏上；

（3）硬件中，灌溉系統的設計小巧便于攜帶且穩當耐用；

（4）軟件中，多個程序同時調用但彼此互不影響。

4 系統的測試結果分析

（1）在設定的范圍內，傳感器能較精確地測試出外界空氣和土壤中的溫度與濕度，并通過單片機顯示在顯示屏上，從而實現智能監控；

（2）在一定距離內，測距模塊能較準確地測出水距，從而通過單片機得出水量，同時通過顯示屏顯示出此時蓄水池中的水量，最終達到及時蓄水節約水資源的目的；

（3）單片機接收到溫濕度傳感器和測距模塊的數據時，能及時反映是否蓄水是否開始灌溉；

（4）對比測試后會明顯發現本智能灌溉系統不僅成本低體積小而且用水較少，更益于植物成長。

5 結語

本智能灌溉系統可廣泛用于多種場景，如家庭灌溉盆栽、公園灌溉花草、農田灌溉莊稼等等。程序所設定的溫度、濕度和水量是可變的，可以根據不同植物自身所需生長的溫濕度和蓄水池的大小來更改以達到該植物最好的生長情況。本設計不僅實現了實時智能監控，而且在很大程度上節省了人力資源，提高人們生活質量與效率的同時，達到了節約水資源的目的。在人們生活日益現代化、智能化的今天，智能灌溉系統為我們的生活帶來方便的同時還美化了我們的環境，具有很大的使用價值和市場前景。

參考文獻

[1] 何希才.傳感器技術及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2] 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 張毅剛，趙光權，張京超.單片機原理及應用[M].2版.北京：高等教育出版社，2006.