基于单片机控制的花草自动浇水系统的设计研究

2016-03-13广东科学中心高志军

电子世界 2016年12期

广东科学中心　高志军

广东科学中心高志军

随着科学技术的发展，人们的生活也开始变得更加智能化。在花草管理方面，设计一种基于单片机控制的花草自动浇水系统，就能够实现植物的智能化养殖，从而为人们的生活提供便利。基于这种认识，本文利用单片机设计了一个花草自动浇水系统，以便为关注这一话题的人们提供参考。

单片机；花草自动浇水系统；设计

0　引言

随着人们物质生活水平的不断提升，越来越多的人习惯于在家中养殖一些花草。然而，由于工作较忙和需要出差等问题的存在，人们也常常会忘记给花草浇水。而这些花草通常对土壤有着较高的湿度要求，一旦土壤湿度不足，就会导致花草枯萎或死亡。为解决这一问题，则可以利用单片机设计一种花草自动浇水系统，然后利用该系统实现植物的智能浇灌，继而使植物得到更好的照料。

1　系统设计思路

设计花草自动浇水系统，目的是为了按照用户设定方案实现定时定量浇花。利用系统屏幕，用户则可以了解土壤实时湿度和系统设定信息，从而合理完成系统设置。而达到用户设定的时间，系统就可以为植物浇水。所以，分析系统功能可以发现，基于单片机控制的花草自动浇水系统应该由单片机控制模块、检测模块、浇水模块、液位控制模块和显示模块等多个模块构成。根据系统设定时间，系统将定时进行浇花，而浇水量则会达到系统设定的具体值。但是，考虑到植物浇水会受到天气等因素的影响，所以系统还要利用检测模块进行土壤湿度的检测。如果土壤湿度低于湿度上限，系统才会按照设定浇水［1］。如果土壤湿度高于湿度上限，系统则不会执行浇水操作。

2　系统硬件设计

2.1单片机控制模块设计

单片机控制模块为系统核心组成部分，可以选择STC12C5A60S2单片机为控制元件。而为该单片机配置相应的外围电路，则能够实现系统功能。作为增强型的8051单片机，该单片机的速度为普通单片机8-12倍，配有外部晶振。由于芯片内部含有16位定时器，所以系统能够准确计时。同时，芯片内部带有8路10位精度模/数转换模块，因此系统无需进行外部模/数转换模块的配置，就可以实现湿度传感器信号的采集。此外，芯片可以在低功耗模式下工作，所以能够降低系统能耗。

2.2检测模块设计

在土壤湿度检测上，可以使用HM1500湿度传感器进行湿度检测模块的设计。该传感器可以利用5V直流电源供电，利用其能够完成0-100%的土壤相对湿度的检测，输出电压信号在1-4V之间。单片机在接收该信号后，可以计算出土壤实际湿度大小，并且判断是否需要执行浇水操作和浇水所需时间。通常的情况下，土壤相对湿度不能超出60%，所以系统湿度上限将设定为60%。

2.3浇水模块设计

系统的浇水模块将由两部分组成，即继电器和电磁阀。利用单片机控制模块，系统能够对继电器的开关进行控制，从而对电磁阀的通断进行控制。由于需要使用24V直流电压为电磁阀供电，所以还要为该模块配备220V交流转24V直流的开关电源。在此基础上，将继电器、开关电源和电磁串联起来，则能够利用继电器控制电磁阀开关。而由于单片机的IO口的驱动电流不足以驱动继电器，所以还要在单片机与继电器之间设置一个ULN2003芯片。该芯片输入电压为5V，可提供驱动电流最高能够达到500mA。

2.4液位控制模块设计

设计液位控制模块时，需要进行水箱液位检测电路的设计。为实现水箱液位检测，需要使用星仪CYW11投入式静压液位变送器。利用该设备，能够将0-1m水位转换成0-5V电压信号。由于该设备为三线制形式，供电电压与电磁阀相同，所以可以使用同一电源供电。在检测的过程中，变送器将输出0-5V电压信号，可以将水箱水位控制在60%-80%之间。将水位超出这一范围，单片机将控制继电器给水箱加水或停止加水，从而实现水位的调整。

2.5显示模块设计

系统的显示模块负责显示土壤湿度，同时也能够实现系统调节过程的显示。在设计该模块时，可以使用LCD5110屏幕。该屏幕为液晶显示模块，本身体积较小，工作电压在3.3V-5V之间。而由于该模块的速度较快，并且成本较低，所以能够在自动浇花系统中得到应用。

3　系统软件设计

在系统软件设计方面，主要需要完成单片机模块的程序编写。从系统工作流程上来看，在系统启动后，单片机控制模块会对其他模块进行初始化处理，然后进行定时器中断和外部终端的启动。此时，系统将不断进行屏幕信息的刷新，并且等待中断事件发生。利用外部中断，可以进行系统设定值输入。在这些设定参数中，可以修改的设定参数包含设定时间、湿度上限、浇水量。系统时间的积累，则需要利用定时器中断实现［2］。在中断事件发生后，系统会进行时间的累计，然后对土壤湿度进行定期检测，以判断是否需要对植物浇水。如果时间已经达到设定时间，但是土壤湿度不大于湿度上限，系统将不会执行浇水操作。在浇花模式上，系统可以为用户提供两种选择，即手动浇花和智能浇花。利用软件设计，可以通过设置按键次数进行浇花方式的选择。具体来讲，就是在用户按键次数为奇数时，则选择智能浇花。如果按键次数为偶数，系统将启动手动浇花模式。在智能浇花模式启动后，单片机会利用DHT11湿度传感器采集到的信号进行土壤湿度计算，然后在LCD液晶屏上显示土壤湿度值［3］。最终，根据设定浇花时间，然后将检测值与设定湿度上限相比较，系统将会决定是否执行浇花操作。