智能澆灌系統設計與仿真*

許燕萍 李娜 陳永琪

(江蘇農林職業技術學院,江蘇鎮江 212400)

目前,越來越多的人在室內種植花卉植物,但栽培過程中,一方面缺乏管理時間,另一方面缺乏專業的種植經驗,導致土壤含水量過多或者過少,影響花卉植物的正常生長,本設計通過土壤濕度傳感器檢測土壤含水量,設定不同花卉植物的土壤含水量上下限,按照不同花卉植物用水情況進行智能澆灌,可以滿足花卉植物的生長,同時還可以減少水資源的浪費。

1 系統總體設計

1.1 系統功能

智能澆灌系統可以實時采集土壤當前的濕度狀態,顯示當前的濕度數據,可以通過鍵盤電路設定濕度的上下限,根據對土壤研究及植物需水特性進行合理的澆水決策,將傳統的只是憑經驗由人工手控制灑水器的方式,變化為自動進行適量的、適時的、按需的灌溉控制。在濕度超過設定值時,有報警聲,濕度低于下限時能夠自動澆水。

1.2 總體方案設計

本設計基于AT89S52單片機,主要實現以下功能:對土壤濕度的采集,信號處理與顯示、設定濕度上下限,聲音報警、繼電器控制水泵。系統的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖Fig.1 Diagram of the system

2 系統硬件電路設計

本設計控制器選擇AT89S52,濕度采集采用YL-69土壤濕度傳感器,通過在當前土壤下檢測到的濕度值傳遞給單片機完成數據的分析。數據顯示模塊采用1602液晶顯示器,濕度設定值輸入采用獨立按鍵。

2.1 土壤濕度檢測電路設計

土壤濕度檢測采用YL-69,可將濕度傳感器視作可調電位器,當土壤的濕度發生改變時,電阻值產生變化,電阻值反比于濕度值。濕度最小時電阻值為10K歐姆,濕度最大時電阻值為0.1歐姆。如圖2所示。J3為YL-69探頭。1腳串聯一個10K的電阻,連接到ADC0832的CH0端。隨著濕度大小的變化,CH0端的電壓也跟著變化。

圖2 土壤濕度檢測電路Fig.2 Soil moisture detection circuit

ADC0832是串行接口的8位A/D轉換器[1],具有兩個模擬輸入通道,體積小,功耗低。引腳功能如表1所示。圖2中,CS端由P1.2控制,CLK由P1.0控制,DI和DO并聯在一起由P1.1控制。

表1 ADC0832引腳功能說明Tab.1 Function of ADC0832 pin

2.2 水泵電路

繼電器可以實現輸入與輸出電路的隔離,信號轉換,本系統采用的是電磁繼電器,電磁繼電器一般由磁路系統、接觸系統和返回機構等幾個部分組成[2]。由控制電流通過線圈所產生的電磁吸力驅動磁路中的可動部分而實現觸點開、閉或轉換功能的繼電器。水泵電路如圖3所示,P2.4輸出低電平時,三極管Q2導通,電磁繼電器線圈通電,線圈產生磁場,銜鐵吸向鐵芯極面,常閉觸點26斷開,常開觸點36閉合,電機M水泵通電,開始工作。當P2.4輸出高電平時,三極管Q2截止,電磁繼電器線圈不通電,機械反力大于電磁吸力時,銜鐵回到初始狀態,常開觸點斷開,常閉觸點接通。

圖3 水泵電路Fig.3 Water pump circuit

2.3 聲音報警及按鍵電路

如圖4所示為聲光報警及按鍵電路,K2設置鍵,K3增大,每按一次濕度增加1%,K4減小,每按一次濕度減小1%。聲音報警電路采用無源蜂鳴器,三極管驅動,100歐姆的電阻限流,P1.7輸出低電平,蜂鳴器就發成響聲。D4是續流二極管,當P1.7輸出高電平時,三極管截止,蜂鳴器存儲的電流經過D4和蜂鳴器自身的回路消耗,避免了關斷時由于電感電流造成的反向沖擊。

圖4 聲光報警及按鍵電路Fig.4 Sound light alarm and key circuit

3 系統軟件設計

本系統的軟件全部采用C語言編寫,以便提高系統的快速反應和程序的可讀性。系統軟件設計方法采用模塊化的設計思想,系統程序由主程序、YL-69濕度采集模塊、1602顯示模塊、輸出控制模塊、鍵盤掃描模塊、定時器中斷模塊組成。主程序調用各功能模塊,并將它們聯系起來,從而形成一個整體,以實現對系統的管理[3]。

在主程序中,完成系統的初始化,包括定時器工作方式、初始值、中斷允許寄存器、串行口工作方式等的設置,以及1602顯示屏初始化設置,包括清屏、顯示開關、輸入方式設置等。

4 仿真

本次仿真采用Proteus軟件,用可變電阻模擬濕度傳感器,LCD顯示相應的數值。3個按鍵設置濕度上下限,當濕度低于設定下限時,單片機控制蜂鳴器發出聲音提示,并控制水泵澆水。當濕度達到設定上限時,單片機控制水泵停止澆水。仿真圖如圖5所示,LCD顯示:Humidity:15%,低于設定值,啟動電機。

圖5 仿真結果圖Fig.5 Simulation results

5 結語

以AT89S52為控制器的智能澆灌系統,自動檢測并顯示土壤濕度,并根據用戶要求設定系統的濕度閾值進行控制,經仿真測試,該設計具有一定的實用性。