基于单片机的智能浇花系统设计与实现

赵 丽，张春林

(1.长春职业技术学院，长春 130033;2.中科院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033)

0 引言

随着生活水平的提高，许多城乡居民为了美化环境，净化空气，喜欢在家中阳台上种植一些花草。植物是离不开水的，需经常浇灌。而人们出差或有事不在家时，植物的供水就会中断，植物面临干枯。有些植物对湿度的要求很高，人为的过度浇水，植物的根茎容易腐烂，从而影响到植物的正常生长。

国内外均有自动浇花系统的应用，大多数自动浇花系统是利用虹吸原理，即利用渗透的方式浇花，这种方式浇花过程是连续的、不间断的，采用这种方式只能保证花不会干旱而死，不是花需要浇水时才进行浇灌。还有一些自动浇水系统，可以设定何时进行浇灌及浇灌时间，与上一种方式相同，也不是花需要浇水时才进行浇灌。另外还有一些自动浇水系统，是采用单片机控制，利用湿度传感器采集湿度信息，需要浇水时自动浇灌，但是需要用在外部有水龙头的情况下，而家庭花草种植一般都放在阳台上，阳台上一般均没有水龙头，使用起来非常不方便。基于单片机的智能浇花系统可以在阳台上使用，能够按需自动浇花。

1 基于单片机的智能浇花系统组成

该系统主要由土壤湿度检测电路、键盘、LCD液晶显示电路、报警电路、水泵控制电路等组成［1］。具体结构如图1所示。通过土壤湿度传感器测量出土壤湿度信号，单片机采集土壤湿度信号并进行分析和处理，输出控制信号，控制水泵工作与否，从而达到按需浇花的目的。

2 系统工作原理

图1 智能浇花系统组成框图

由于不同的花卉有不同的需水特性，浇花时应适时适量，按需浇花。为此，系统采用模糊控制的方式达到精确浇花的目的。一方面，单片机采集土壤湿度信号，并通过计算判断是否应该浇花;另一方面，单片机采用查表的方法来实现浇水量的模糊控制［2］。在软件设计时，根据不同花卉的需水量，将其土壤湿度值允许区间存入表格中，即模糊控制响应表，这些数据均是人们长期积累的经验值，并将表格事先置入ROM存储区的某一位置中供查表使用。例如:对君子兰进行自动浇水，单片机将采集到的湿度信号与表格中的君子兰最小湿度值进行比较，当采集到的湿度值小于表格中的最小湿度值时，开始浇花;当采集到的湿度值大于表格中君子兰的最大湿度值时，停止浇花，从而控制浇水的时机及浇水量的多少。

3 系统硬件设计

3.1 土壤湿度检测电路

本设计采用土壤温湿度传感器［3］SLHT5-1。该传感器采用全量程标定，两线数字输出，可直接与单片机连接使用，具有非常高的一致性，湿度测量范围可达0～100%RH。可将探头直接埋入土壤中，适合在工地、农业温室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要检测土壤温湿度的环境使用。检测电路如图2所示。

图2 SLHT5-1土壤湿度传感器检测电路

3.2 键盘及液晶显示电路

本设计采用LCD12232F液晶显示模块［4－5］，它有自己的字节库，不用存储，并行连接方式，使用方便。用来显示系统的工作状态及浇花的种类。键盘采用独立式按键，包括复位键、选择花卉种类按键、启动按键。开机显示:“欢迎使用自动浇花系统”，之后显示“请选择花卉种类”。通过对选择花卉种类按键的设置，结合液晶显示内容，确定花卉种类。本系统共设计了君子兰、银杏、芦荟、仙人球、芍药、牡丹、香雪兰，共七个种类，对应七个湿度区间。确定完花卉种类之后，显示花卉的名称。

3.3 水泵控制电路

水泵控制电路如图3所示，三极管Q1的基极B接到单片机的P3.6，三极管的发射极E接到继电器线圈的一端，线圈的另一端接到+5V电源VCC上;继电器线圈两端并接一个二极管IN4148，用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路;R2和红色发光二极管组成一个继电器状态指示电路，当继电器吸合的时候，LED点亮，这样就可以直观的看到继电器状态。

图3 水泵控制仿真电路图

当AT89S52单片机的P3.6引脚输出高电平时，三极管饱和导通，+5V电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，同时状态指示的发光二极管也点亮，继电器的常开触点闭合，相当于水泵开关闭合，水泵开始工作。反之，P3.6引脚输出低电平时，三极管截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，同时状态指示的发光二极管也熄灭，继电器的常开触点释放，相当于水泵开关断开，水泵停止工作。系统水泵采用220V供电潜水泵，最大流量1750L/H，浇花喷头采用花洒喷头，实现均匀喷水，防止局部土壤湿度过高，测量不准确。

3.4 报警电路

图4 报警电路

由于本系统通常应用在客厅中，为避免水泵突然启动惊扰主人，在系统中设置了报警电路［6］。在水泵启动之前先有几次“嘀嘀嘀”的报警声，之后才开始浇花。报警电路如图4所示。由单片机的P3.0引脚控制三极管的通断，从而控制蜂鸣器的通断。

4 系统软件设计

系统软件设计包括初始化、显示子程序、选择花卉种类子程序、土壤湿度检测子程序、数据处理子程序、报警子程序等，主程序流程图如图5所示。

5 结语

本设计采用AT89S52单片机作为控制芯片，设计了一款智能浇花系统。该系统根据花盆中土壤湿度来控制水泵的开启与停止。采用模糊控制方式，控制浇水量的多少，即对土壤湿度进行实时监测，与设定好模糊控制响应表的湿度值进行比较，判断浇水量是否符合标准，完全实现按需按量自动浇花。系统根据不同花卉的需水情况设置了不同的浇水量，开机后只需设置好花卉的种类，便能够自动找到应控制的湿度范围。

系统放在家中阳台上使用，经实验证明效果良好。另外，系统也适合在温室大棚、花卉、苗圃、草坪等场合使用，即方便又节约水源。

图5 主程序流程图

［1］ 毛明轩，朱皋，杨守良.基于单片机的温湿度感应智能晾衣杆系统设计［J］.重庆文理学院学报，2011，30(4):46－49.

［2］ 刘明真，陈鸿.基于单片机智能节水灌溉系统设计［J］.学术问题研究，2010(1):75－80.

［3］ 程捷，何辰.基于单片机的温湿度检测系统设计与实现［J］.电子测试，2011(6):56－58.

［4］ 尹发根.果蔬膨化干燥监测系统的设计［J］.农机化研究，2011(8):85－88.

［5］ 张泽根，周洪，夏明晔.基于单片机的油量数据采集与监测系统设计［J］.微计算机信息，2011，27(1):109－110.

［6］ 满红，邹存名，冀勇钢.基于单片机的仓库温湿度智能控制系统设计［J］.现代电子技术，2011，34(9):118－120.