基于单片机控制的太阳能充电自动灌溉系统

2017-12-15束文强李旦杜刚马可辛福民

电脑知识与技术 2017年32期

束文强+李旦+杜刚+马可+辛福民

摘要：该文利用单片机作为控制器的核心，设计出一种可根据土壤温湿度等参数的变化而进行自动灌溉且具有显示功能的系统。系统包括了单片机、温湿度传感器，太阳能板、按键开关，过流保护电路、电机和水泵、液晶显示等。传感器将采集的信号传给单片机，与已设定的相关参数对比，从而控制电机和水泵的动作，实现自动灌溉。该系统适用于家庭盆栽的浇灌。

关键词：单片机；太阳能；传感器；自动灌溉

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0244-02

伴随着人口数量的增加，占地面积的减少，从而出现人们生活周围的绿化面积越来越少的局面。为了解决上述问题，人们开始将绿色植物从室外搬到室内。随着生活节奏的加快，经常会出现工作繁忙，从而忘记给盆栽灌溉，导致植物由于缺水出现干枯甚至死亡的情况。当前市面上流行的自动灌溉系统功能单一，且绝大多数为定时灌溉，无法根据植物在不同时期对水分、温度的需要进行实时的灌溉，对植物的生长是不利的，甚至会给一些名贵的植物造成重大的经济损失[1-5]。目前市面上部分产品能实现自动灌溉，但人的行为仍然在其中起到主导作用，无法完全实现自动灌溉[6]。或者自动控制是运用移动端进行控制开关，由其价格昂贵，而未得到广泛推广。本文利用单片机作为核心控制设计出一种可自动充电的浇灌系统。该系统利用传感器对土壤的温湿度进行检测，其可根据实际植物生长所需求的水量进行适量的浇灌。同时该系统结构简单，便于操作，成本低。

1 总体设计

植物的生长离不开水，不同生长阶段对水的需求量不同，水量的过多或者过低都会直接影响它的生长。本该系统采用单片机作为控制核心，通过对土壤温湿度的实时检测，将获取的信息反馈给控制芯片，通过控制模块反馈信号，控制水泵动作，实现自动灌溉。且该设计还含有独立的太阳能板模块、LCD电路。太阳能板可为内置大容量电池充电，无需接外接电源，可实现真正的节能环保。考虑到强光造成充电电压过高或长时间充电会出现过充的现象，该系统增加了稳压电路和防过充电路，实现了该系统的安全性与稳定性。LCD1602实时显示温湿度，便于对植物的生长环境做出相应地调整。系统结构图如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 最小系统

STC89C52RC具有体积小、可靠性强、控制效果好、低耗能、易扩展且便于生产等优点，广泛应用于日常生活生产中。该系列的芯片的引脚分为：电源、时钟、控制以及I/O，共40个引脚。VCC作为芯片的电源端，通常通入+5V电压；XTAL1和XTAL2分别为晶振电路的输入/输出端；4个8位并行I/O端口。

2.2 温湿度采集电路

DHT11 是将数字采集与温湿度传感器模块相结合的一款复合型温湿度传感器，其输出的是已校准的数字信号。该芯片是由电阻式测湿度元件、NTC测温度元件以及一个8位单片机相连接而成的。因此，该产品具有高可靠性、快速响应、抗扰动性强等优点。DHT11运用DATA单线与单片机通讯，每次可以传送40位数据，且为高位优先输出。实时信号的获取是通过DTH11采集联系两次的数据即可得到，两次采集信号时间间隔大于5秒，给DTH11上电需要1S的时间稳定。

2.3 LED显示电路

LCD1602是字符型液晶显示器，可用于对数字、字母和符号等的显示。该显示功能主要是由数个5X7或5X11点阵字符位构成，一个点阵字符位显示一个字符，且不同位之间有间隔，行存在行之间也有间隔，其主要作用是分开字符间距和行间距，正因为如此所以它不能很好地显示图形。

3 软件设计

软件部分应用的是C语言进行编写，利用模块化进行编写，其主要包含了温湿度采集模块、水泵控制模块、继电器模块、按键和显示模块。

初始时对系统进行上电，从而判断土壤温湿度，湿度过低，则系统动作对植物进行灌溉，当满足一定条件即停止加水。通过以上操作即可使室内植物处于一个最佳的生长环境。

4 实验结果

以STC89C52单片机为控制板[7]，根据已设定的温湿度数据，利用DTH11传感器获取土壤信息，从而作出实时动作。

实时检测界面如图6所示。该界面能够实时对土壤进行监控，同时与系统内部已存在的数据进行比较，当监测到的数值低于已存在数据的下限值，则水泵启动进行浇灌，当超过设定值则停止浇水。

5 结论

利用STC89C52作为控制核心板设计了一款植物自动灌溉系统，其可以利用传感器实时获取土壤的温湿度信息从而进行相应的动作，系统不仅有利于植物不同时期对水量的需求而且还可以达到节约资源的目的。该系统通过调试基本达到设计需求，且结构简单，抗扰动性强，性价比高，具有较为广阔的应用场景。

参考文献：

[1] 夏子浦，徐颖秦，倪荣，等.基于STC89C52单片机的自動灌溉系统设计[J].电子世界，2017（11）：160.