基于单片机的多点多用自动浇水装置

黄清梅 刘文武 仲会娟 傅金贵 元梓萱

摘要：本系统以STC89C52单片机为控制核心，通过DS1302时钟芯片、LCD12864液晶显示模块、超声波测距HC-SR04等电路模块，采用YL-69型号土壤湿度检测传感器来采集土壤信息，经过A/D转换芯片ADC0832模块的信息处理转换成数字信号，显示屏显示时钟、水位值、电压值等内容，实现对土壤含水量的检测，同时通过自动检测水位，完成给花草的自动浇水、自动蓄水的控制过程。

关键词：单片机；土壤湿度检测传感器；水位检测；自动浇水

中图分类号：TN913 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0031-03

花卉不仅可以提高人们的生活质量还可以陶冶情操、净化空气质量，绿色植物需要悉心维护和保养，才能保证它们的茁壮成长，然而这些都是需要花费许多的时间和精力，这对于生活节奏越来越快的人们而言已然是难以完成的一项工作，由于种种的原因而忘记了花草的定时浇水及养护，而造成不可避免的损失，显然，设计一个家庭自动灌溉系统是非常有必要的[1-4]。

基于单片机设计的家庭智能浇水装置不仅可以实现自动洒水浇花，节省人力，也当人出差时不至于因为一些外在的因素，影响花卉生长。

1 系统总体方案设计

多点多用自动浇水装置包括土壤湿度的检测、自动浇水控制、自动检测水位、自动蓄水以及报警功能等，该系统设计框图如图1所示。土壤水份检测模块将检测到的土壤湿度值送入STC89C52单片机[5-6]，再将其输出到液晶屏上显示。自动浇水设计是通过单片机程序来设定水位的上限和下限值，然后和土壤湿度检测模块送到单片机的土壤湿度值相比较，实现自动浇水的功能，如果检测出来的湿度值低于程序预设定的下限阀值时，首先蜂鸣器会响且LED灯闪烁实现报警，而此时单片机需要输出一个信号来控制电磁阀开启，这样就可以开始进行浇水，反之，高于预先设定的值时，电磁阀就会关闭，也就停止浇水。通过多方面的设计与实践，发现该浇水器以简单的电路和低价的成本就能够基本实现自动给花草浇水的各项功能。

2 系统硬件设计

多点多用自动浇水装置主要由电源模块、单片机最小系统、顯示模块、湿度检测模块、时钟模块、水位检测模块、浇水控制模块和报警模块等电路构成。

2.1 湿度检测电路

湿度检测系统模块采用YL-69型号的湿度检测传感器来检测土壤湿度，用来检测土壤的水分，当土壤水分不足时，该模块就会输出一个高电平，土壤水份充足时输出的就是低电平。A/D转换是采用芯片ADC0832作为主控芯片的外围电路，它具有的分辨率是8位，能够达到最高分辨率256级。

土壤湿度检测系统通过单片机程序来设定浇水的上下限值并将YL-69土壤湿度检测模块与送入单片机的土壤湿度值进行比较，当检测出的湿度低于程序设定的下限值时，在存储水量足够的条件下，输出一个可以控制电磁阀打开的信号，并开始浇水；想要停止浇水的话就要等湿度值高于上限值时再次由单片机输出可以使电磁阀关闭的信号，从而停止浇水。土壤湿度检测的模块原理图如图2所示。

2.2 水位检测电路

浇水装置使用超声波测距模块HC-SR04来检测水位的高度，即超声波模块与水位的距离，本装置程序中所设定的上限值为15cm，下限值为7cm。若当前水位大于等于上限值15cm时，系统判断为缺水则继电器就会控制电磁阀开启，抽水电磁阀就会开始抽水，直到水位小于等于7cm时继电器就会控制电磁阀关闭。如此便实现了自动浇花装置自动蓄水的功能。

超声波测距模块HC-SR04是采用I/O口来触发检测距离，只要发送一个至少10μs以上的高电平，之后在接收口等待高电平的输出，在有输出的情况下，打开定时器计时，当该端口再变成低电平的时候读出计时器的值，最后根据测距公式算出距离，该测距公式为：测试距离=（高电平时间×声速）/2，其中高电平时间即高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间，声速为340m/s。

2.3 浇水控制电路

多点多用自动浇水装置采用继电器来模拟浇花和抽水两种功能。继电器的工作原理大体如下：在线圈的两端只要带有一定的电压，线圈中就会流过一定量的电流和电磁效应，而衔铁克服返回弹簧的拉力吸向铁芯必须要在电磁力吸引的作用下才可以，也提高了衔铁的动触点和静触点吸和。在本装置中使用了四个继电器，其中三个是控制花盆的浇水情况，另一个是则是控制蓄水装置的抽水。继电器电路图如图3所示。

2.4 报警电路

报警电路由蜂鸣器组成，通过三极管扩流从而驱动蜂鸣器进行报警。芯片ADC0832采集电池电压，当检测出的电压低于程序所设定值的时候蜂鸣器会响同时LED灯不断闪烁，提醒主人应当及时给电池充电或者更换电池，报警模块电路图如图4所示。

3 系统软件设计

系统软件流程总框图如图5所示。程序开始时，设定20ms的初值，超声波扫描1s后，然后根据结果切换两种模式：检测模式、时间设置模式。系统上电后，在1s的时间内，获取时间以及AD采集电池电压并在显示屏上显示出来，如果电池电压小于13V，系统判定没电，此时LED黄灯闪烁，蜂鸣器响。电量充足时，超声波水位检测若水位未到指定限值，抽水电磁阀开始启动抽水，水量充足时，根据湿度传感器传送的湿度值判定三盆花盆是否缺水，若花盆缺水就给相应花盆浇水，当湿度达到设定湿度时，停止浇水。系统浇花检测模式子程序流程图如图6所示。

4 结语

多点多用自动浇水装置能够实现对多个花盆不同湿度的检测方式并具有自动蓄水、故障报警等功能，同时还可以增加定时检测土壤湿度的功能，并在显示屏增加定时浇水模式，能够通过矩阵键盘设置浇水时间，本装置可以应用到需要自动浇水灌溉的蔬菜大棚、园林、草地等场合。

参考文献

[1]徐高松.基于物联网技术的智慧花盆的设计与实现[D].北京：中国科学院大学，2013.

[2]汪晓晨.基于AT89S52自动浇花系统的设计[J].电子制作，2015，02（03）：2-5.

[3]姜娓娓，刘巧平.一种盆花自动浇水系统的设计[J].电子测试，2014，（10x）：4-6.

[4]闫红来.基于单片机控制的花草自动浇水系统的设计[J].机电一体化，2014，（10）：56-57.

[5]刘大茂.智能仪器原理与设计[M].北京：国防工业出版社，2011.

[6]王煜东.传感器应用电路400例[M].北京：中国电力出版社，2008.