家庭智能微型灌溉系統的設計

張興超

（昆明理工大學津橋學院電氣與信息工程學院，云南昆明 650106）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平日益提高，人們對生活質量及家居環境也不斷提出更高要求。家庭種植花卉、瓜果蔬菜等已成為日常家居生活的組成部分，可以凈化空氣、美化環境，但植物的灌溉卻是一項長期并繁瑣的工作[1]。傳統植物灌溉依賴人憑借經驗根據不同植物的生長特性把握時機控制澆灌量，這種灌溉方式的缺點：①如果控制不好時間和灌溉量，容易影響植物生長，甚至導致死亡；②必須由人現場操作，不能長期無人看管；③一旦家中人員出差或長期外出，植物灌溉就成了問題。

鑒于此，利用STC89S52 單片機設計一種家庭智能微型灌溉系統。該系統能夠檢測土壤和空氣溫濕度，與控制器設定值進行比較，自行判斷植物是否需要灌溉以及澆灌量的多少。實踐表明，家庭智能微型灌溉系統能夠避免傳統灌溉方式的缺點，有利于植物的生長，具有一定的實用價值和良好的市場前景。

1 系統總體方案設計

家庭智能微型灌溉系統能夠根據空氣溫度、土壤濕度等情況，依照系統技術要求，在無人看管的情況下通過控制水泵實現自動澆灌，調節植物的生長環境[2]。系統采用STC89S52 單片機作為控制器的主控芯片與數據處理核心，由軟、硬件兩部分組成，包含CPU 信息處理、YL-69 溫濕度信息采集、ADC0832信號轉換、LCD 顯示以及水泵控制等功能，其總體設計方案如圖1 所示。

系統利用單片機完成各子模塊之間的協調工作。通過YL-69 溫濕度傳感器監測植物周圍空氣溫度、土壤濕度，獲取相關溫濕度信息，送至單片機中處理并由LCD 顯示。同時中央處理模塊根據其自身控制算法，利用執行機構中的可控硅控制水泵開、關，滿足及時準確、定量高效的植物智能灌溉需求[3]。

圖1 系統總體結構

2 系統硬件結構設計

根據家庭智能微型灌溉系統的功能需求，采用模塊化設計思想設計系統硬件電路，包括中央處理模塊、YL-69 溫濕度信息采集模塊、ADC0832 信號轉換模塊、LCD 顯示模塊以及水泵控制模塊等。

中央處理模塊采用STC89S52 單片機作為控制器的主控芯片，該芯片具有低電壓、高性能、價格低廉、使用方便等優點，同時很好兼容其他系列芯片。A/D 信號轉換模塊采用的ADC0832數模轉換器，是一種雙通道、8 位分辨率的高轉換率、小體積的轉換芯片，其性能穩定、兼容性好。

人機交互功能包括鍵盤輸入、LCD 顯示和報警電路三部分。其中鍵盤輸入用于設置家庭智能微型灌溉系統的空氣溫度、土壤濕度等閾值。LCD 選用LCD1602 液晶顯示器，直觀顯示溫濕度、灌溉量、灌溉時間等相關參數。當植物周圍空氣溫度和土壤濕度等實際值低于系統設定閾值時，系統自動啟動水泵控制模塊進行植物灌溉，同時報警電路向用戶發出短暫報警信號起到提示作用。

溫濕度信息采集模塊是家庭智能微型灌溉系統的關鍵所在，只有精準地獲取溫濕度信息，才能保證控制器對植物智能灌溉的有效實施。模塊利用YL-69 傳感器采集植物周圍空氣溫度、土壤的含水率等信息，送至單片機運算處理并判斷是否需要灌溉。

水泵控制模塊屬家庭智能微型灌溉系統的執行設備，對植物智能灌溉起重要作用，主要包括可控硅和抽水水泵兩部分。當YL-69 傳感器檢測到空氣溫度、土壤濕度等參數低于系統設定閾值時，單片機根據內部控制算法發出信號控制驅動模塊，使可控硅處于導通狀態，并開啟水泵完成自動灌溉任務。

3 系統軟件設計

家庭智能微型灌溉系統的功能實現最終依賴于控制器內部程序來完成。結合系統硬件結構設計及智能灌溉要求，采用C語言進行軟件編程，包括主程序和子程序兩部分。系統軟件功能流程如圖2 所示。

為保證系統的運行效率和可靠性，家庭智能微型灌溉系統具有以下功能[4]：①能夠利用溫濕度信息采集模塊準確獲取空氣溫度、土壤含水率等相關參數信息，通過A/D 轉換器完成信號轉換，并經LCD1602 液晶顯示器進行顯示；②單片機能夠根據其自身內部控制算法控制水泵控制模塊，自動完成灌溉任務；③系統硬件結構設計小巧、便于安放，且運行穩定；軟件設計中的多個程序能夠相互調用，互不干擾。

4 結論

圖2 系統軟件功能流程

經濟社會的快速發展使得人們對家居環境和生活質量提出了更高要求。利用STC89S52 單片機設計的家庭智能微型灌溉系統，旨在解決家庭種植作物的灌溉問題。系統總體采用模塊化設計思想對系統硬件電路進行設計，可根據不同植物的生長需要設定溫濕度、灌溉量等相關參數。功能擴展之后也可廣泛用于溫室大棚灌溉、農田灌溉、公園綠化植物灌溉等多種場景，滿足不同植物的灌溉需求。本設計在實現智能灌溉的同時也可提高灌溉效率、節約用水、節省人力物力資源，具有一定的實用價值和良好的市場前景。