基于單片機的智能澆水系統設計

肖歡

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，在家養魚、種花已經成為習慣，但是由于生活忙碌，往往又疏于管理，所以設計一種能自動完成這些操作的系統很有必要，且市場前景也相當可觀。

關鍵詞：單片機;溫度傳感器;澆水系統;控制系統

中圖分類號：TP368.1

文獻標識碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.11.003

1 引言

在日常生活中，有時候需要在特定的溫度和特定的時間來處理一些事情，比如澆水、空調自動開關、自動換氣、換水等。同時可以加入更多的約束條件，比如濕度、風力、亮度等條件來達到更人性化、更精確的控制。而完成這些操作也只需要用普通5 1單片機對相應的傳感器數據進行采集計算，然后做相應的處理。本文提出的是一種基于AT89S52和DS18820的智能化澆水系統。為了實現系統控制的智能性，采用由單片機、晶振和復位電路，輸入控制電路，輸出顯示電路以及外圍功能器件組成的一組電路。通過本系統不僅能了解數據采集處理的一般過程，還能對DS18820有更深入的了解，充分理解單線協議的實現方法。

2 系統設計

2.1 系統原理框圖

智能澆水系統原理如圖1所示，本系統要求的變量條件有時間和溫度兩個，兩個條件必須同時成立才能執行某個動作，還需要配以人機交互的設備，這樣才能實現系統控制的智能性。

2.2 電路設計

2.2.1 DS18820電路設計

系統硬件電路如圖2所示。DS18820有寄生電源接法和VDD供電接法，寄生電源接法有如下兩個優點：①進行遠距離測溫時無需本地電源;②可以在沒有常規電源的時候讀ROM。但是當溫度高于100℃的時候會出現很大的漏電流。

2.2.2 數碼顯示電路設計

本系統采用動態掃描方式顯示信息，為提高驅動電流，采用共陽數碼管，用PNP三極管驅動。PO.O - P0.7給數碼管送段碼，也就是送出要顯示的信息，P2.4 - P2.7送位碼，決定哪一位要顯示單片機送出來的信息。

數碼管動態掃描顯示利用人眼視覺暫停的特點，在短時間內（ 20 ms）分別把要顯示的信息送到不同位上。其本質還是靜態的顯示，只不過延時減小，給人造成錯覺，達到“同時”顯示多位信息的目的。

2.2.3 繼電器驅動電路設計

繼電器在本系統中起著至關重要的作用，它是系統控制硬件的主要元件，通過系統程序讓繼電器閉合，這樣便可以實現系統與被控設備的隔離，同時還可以實現低壓控制不同電壓的設備工作。

2.2.4 按鍵電路設計

按鍵在本系統中起著人機交互的作用，按鍵有AD鍵盤、矩陣鍵盤、掃描鍵盤等多種，AD鍵盤和矩陣鍵盤能節約很多1/0口，但是程序設計比較煩瑣，由于本系統剩余I/O比較多，因此采用掃描式，這樣設計程序就會相當簡單。

3 軟件設計

由于采用了單線協議技術的溫度傳感器，單片機讀寫溫度傳感器必須要寫驅動，也就是用單片機來模擬DS18820的時序，這樣才能成功讀出溫度傳感器檢測的溫度。

DS18820溫度傳感器讀寫時序如圖3所示。

按照時序寫出驅動程序，然后進行功能程序的設計。主要功能如下：①溫度檢測;②計時器;③鍵盤;④數碼顯示。

3.1 程序流程圖

程序流程如圖4所示。

3.2 溫度檢測程序設計

DS18820系統是單線溫度傳感器，要讀取傳感器檢測的溫度就要模擬時序，完成時序的模擬只要讀取溫度傳感器內存里的數據，然后送數碼顯示程序處理輸出到數碼管即可。

3.3 按鍵程序和顯示程序設計

數碼管作為顯示器件，顯示信息相對比較單一，但是價格便宜。本系統要顯示四位信息，那么就要采用動態掃描的方式。要達到動態掃描，只要做好延時，保證在20 ms內把相應信息送到相應位就可以。

本系統中采用的是掃描式按鍵，寫程序相對簡單，只要在需要的時候檢測按鍵I/O口電平就可以實現相應功能，如果電平為0，則執行相應子程序完成信息的輸入和輸出。完成程序的設計和硬件的設計就要進行這個系統的聯合調試和改進。

4 系統測試及效果

做好硬件、設計好軟件，需要對系統軟、硬件進行調試。主要測試點有：①單片機（附帶測試程序）上電是否開始運行;②檢查數碼管是否顯示正常;③檢查按鍵能否被識別，能否正確輸入相關信息;④檢查繼電器能否被成功驅動。

測試系統直至達到以下效果，系統基本就做成功了：①能準確讀取環境溫度并送數碼管顯示;②能比較準確地計時;③各按鈕功能正常;④當計時條件和溫度條件滿足設置值時準確驅動繼電器。

5 使用說明書

5.1 實物布局及簡介

實物布局如圖5所示。

5.2 操作說明

首先接人負載和負載電源，注意極性（交流除外），然后給單片機上電，上電開機顯示OPEN后進人工作模式，顯示溫度。系統已經默認設置了工作參數，如需修改請按l-4鍵進入修改參數模式，此模式下顯示當前修改參數，可以按+、一鍵進行參數修改，1-4按鍵相互獨立，比如按下1那么2、3、4將被屏蔽。1-4每個按鍵可以修改4個參數，請按當前健進入下一參數設置。設置好或者取消設置按下OK/ESC退出到工作模式。

5.3 顯示說明

數碼管顯示四位，工作模式下第1-3位顯示溫度值在0.00 - 99.9之間，4位C表示溫度的單位。在修改模式下，修改溫度時第1位為標志位，H和L表示高溫和低溫，第2，3位為參數值，第4位為單位C，修改時間時，第1，2，3位為參數值，第4位為單位，用H和S代表小時和秒。

6 結束語

本文介紹了基于單片機的智能澆水系統，進行了硬件設計與程序分析，已經做成實物，并且使用效果好。系統設計的創新之處在于實現以不同方式自動澆花，加入電阻和電容加以緩沖。在此系統中選用的電容為耐壓，適應負載能力強，可適應交直流不同電壓范圍IOA電流內的負載正常工作。單片機智能澆水系統用處較廣，改變程序還可作為可定時開關、宿舍燈光系統、溫控塑料大棚等。此家庭智能澆水系統，也可以用在智能澆灌草坪、蔬菜等，把水箱去掉，直接接水龍頭即可。伴隨著中國經濟的快速發展，城市化建設步調加快，節水灌溉技術在農業、畜牧業、林業、園林綠化、運動場地、環境保護（降塵除塵）等行業和領域得到日益廣泛的應用，并將取得顯著的經濟效益。

參考文獻：

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