基于单片机控制的智能浇灌装置设计

凌锴垚

摘 要：盆栽给人们生活带来了许多舒适的体验，但盆栽对于土壤湿度要求比较高，常出现植物枯死或“烧苗”的现象。本文采用入门级STC90C516RD单片机作为数据处理和控制部件，采用型号SPT61FDR传感器检测花盆土壤的湿度，采用浮球式液位传感器 检测水箱液位，采用继电器、电磁阀完成土壤的浇灌。

关键词：单片机；湿度传感器；液位传感器

假期过完回到学校，我发现窗台上因为缺水而导致枯萎的植物，如何给教室里的植物供水。根据高中物理所学的传感器知识，我设计了一种由单片机主控的湿度传感浇灌装置。

一、总体结构以及工作原理

该装置由STC90C516RD单片机作为数据处理中心，利用插入土壤的湿敏元件来向单片机反馈湿度指数，单片机再将湿度指数转化为数字信号来控制驱动装置实现浇水。若备用水的水槽中水量少于10ml，将会触发系统的报警装置，连接蜂鸣器的电路接通，通过蜂鸣器的鸣叫来提醒人向水槽中加水，方案如下：

二、智能滴灌装置硬件设计

（一）湿度传感模块

土壤湿度传感器是判断土壤中水分含量的多少来判定土壤的湿度大小。如图（2）所示，当土壤湿度传感器探头悬空时，三极管基極处于开路状态，三极管截止输出为0；当插入土壤中时由于土壤中水分含量不同，土壤的电阻值就不同，三极管的基极就提供了大小变化的导通电流，三极管集电极到发射极的导通电流受到基极控制，经过发射极的下拉电阻后转换成电压。将湿度信号转化成电信号输入到单片机，由单片机计算出实际的湿度大小，判断是否需要浇水并计算出所需浇水的时间。

（二）浮球式液位传感器

浮球液位开关结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球（简称浮球）在被测水的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化，浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，产生开关信号。单片机根据传感器产生的信号值与水位的设定值对比，当输入值小于或等于设定值时，输出报警信号，此时与蜂鸣器相连的电路接通，蜂鸣器报警来提醒人向备用水槽中加水。

（三）浇水驱动模块

驱动模块负责实现浇水的自动化，该模块由两部分构成，即继电器和电磁阀。由于所采用的电磁阀需要24V 直流供电，故采用了220V 交流转 24V 直流的开关电源。将继电器与开关电源及电磁阀相串联即可实现用继电器的通断控制电磁阀的开关。由于单片机 IO 口的驱动电流不够，不能够直接驱动继电器，于是在单片机与继电器之间加入一个步进电机的驱动芯片。当传感模块输出的电压达到一定值时，单片机与驱动模块连接，电磁阀闭合来驱动水泵浇水，而当传感模块输出的电压未达到某一值时，驱动模块中无电流，电磁阀打开，驱动装置关闭。这样就能实现自动浇水的目的，并且由水泵的容量来决定一次浇水的水量，不会出现浇水过多的情况。如图（3）单片机给出高电平时，晶体管 Q1 导通，继电器 K1 通电，电磁阀打开浇水；低电平时，Q1 截止，关闭电磁阀。

三、智能滴灌装置软件设计

本装置使用C语言进行编程，首先对系统进行初始化，然后通过浮球式液位传感器判断备用水是否充足，如果不足蜂鸣器报警，充足就通过湿度传感器感应土壤湿度，当湿度低于标准时，执行自动浇水程序，当湿度高于标准时，程序继续循环。程序流程图如图（4）：

四、总结

我设计的这个装置从硬件上来说包括单片机、水泵、湿度传感器、蜂鸣器、电磁继电器等。都是生活中十分常见的，成本也不算高，具有比较强的实用价值与实际意义。因此，我认为它能普及到家家户户中去，能让我们既欣赏了盆栽，又不用担心浇水不足亦或是浇水过量导致盆栽枯萎的问题。

参考文献：

[1]李克讷，韦昌勇，徐剑琴.基于AVR单片机的盆栽自动浇水系统[J].农机化研究，2015，37（06）：213216+220.

[2]王力，邓鹏，马雪芬.基于单片机的盆栽智能浇水控制系统设计[J].轻工科技，2018，34（04）：6061.

[3]高志军.基于单片机控制的花草自动浇水系统的设计研究[J].电子世界，2016（12）：150.