便携式小型家用智能灌溉系统的研究与设计

汪玉凤　汤莉莉　肖玲　尚子奇　周威　郭程昱　尤杰

摘 要：本设计是以单片机作为智能控制系统，通过测距模块实时监测蓄水池内水量的情况、温湿度传感器实时检测空气与土壤的温度与湿度，外围通过ADC0832转换器模块、LCD显示模块、输入模块、抽水泵模块等最终实现实时监控并显示空气与土壤的温湿度和蓄水池内的水量，并能完成定期定量智能灌溉的任务。本项目在电路设计上主要是以创新节能为主；在元件材料选择上以小巧轻便易于携带为主；在硬件组合上采用独立性高的模块化设计；在软件编程上采用易于调用的嵌套编程方案。通过以上设计，能在LCD液晶显示屏上高效精确显示当前空气与土壤的温度、湿度和当前蓄水池水量，在节约水资源和解放双手的同时实现了智能灌溉。

关键词：超声波测距 温湿度传感器 实时监控 智能灌溉

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0042-02

Abstract： This design is based on single chip computer as an intelligent control system， through the ranging module real-time monitoring of water volume in the reservoir， temperature and humidity sensor real-time detection of air and soil temperature and humidity， peripheral through ADC0832 converter module， LCD display module， input module， pumping module and so on， the final realization of real-time monitoring and display of air and soil temperature and humidity and water volume in the reservoir， and can complete the task of regular quantitative intelligent irrigation. This project mainly focuses on innovation and energy saving in circuit design， small and portable in component material selection， modular design with high independence in hardware combination， and nested programming scheme with easy invocation in software programming. Through the above design， the temperature and humidity of air and soil and the water quantity of water storage pool can be displayed efficiently and accurately on LCD display screen， and the intelligent irrigation can be realized while saving water resources and liberating hands.

Key Words： Ultrasound ranging； Temperature and humidity Sensor； Real-time monitoring； Intelligent irrigation

本团队结合现代社会人们的需求，设计了一款便携式家用小型智能灌溉系统。本研究设计主要是利用单片机的智能控制技术将空气与土壤的温度、湿度和当前蓄水池水量实时显示在LCD液晶显示屏上，当显示屏上的温度和湿度高于程序所设置的温湿度时，蓄水池中水阀开关打开，开始灌溉直至温湿度达到所设定值；当蓄水池中的水量小于程序所设定值时，抽水泵开始工作直至蓄水池中水量达到设定值，最终实现定期定量地进行智能灌溉，不仅解放了人们的双手，提高了他们的生活质量与效率，还便于旅行携带，更重要的是缓解了水资源紧张的情况，达到了节约水资源的目的。

1 总体硬件系统设计方案

本系统设计主要是由硬件系统和软件系统组成，其中硬件系统是由温湿度传感器模块[1]、测距模块、单片机控制模块、放大模块、抽水泵模块、液晶显示模块、灌溉模块、电源电路模块[2]等8个模块组成。其中供电模块主要是为单片机供电，由放大模块将电压放大再给其他模块系统供电。系统硬件结构框图如图1所示。

2 系统软件设计

软件设计程序流程图如下图2所示，具体流程如下：首先，接通电源，单片机开始工作将接收到的数据进行处理，将此时的温度、湿度、水量显示在显示屏上[3]。若显示屏上的温度和湿度高于程序所设置的温湿度时，灌溉系统启动开始工作；反之，灌溉系统不启动；当单片机检测到此时温湿度达到所设定值时，灌溉系统关闭；反之，则重复上一操作。若显示屏上的水量低于程序所设置的水量时，抽水泵启动开始工作；反之，抽水泵不启动；当单片机检测到此时水量达到设定值时，抽水泵关闭；反之，则重复上一操作。

3 方案难点及关键技术

3.1 方案难点

（1）单片机工作电压太小，无法带动抽水泵；

（2）温湿度传感器灵敏度的调节和测距模块与蓄水池的距离设置；

（3）传感器与单片机以及LCD显示屏的结合应用。

3.2 关键技术

（1）通过测距模块测试水量；

（2）单片机控制传感器并通过A/D转换器将值显示在显示屏上；

（3）硬件中，灌溉系统的设计小巧便于携带且稳当耐用；

（4）软件中，多个程序同时调用但彼此互不影响。

4 系统的测试结果分析

（1）在设定的范围内，传感器能较精确地测试出外界空气和土壤中的温度与湿度，并通过单片机显示在显示屏上，从而实现智能监控；

（2）在一定距离内，测距模块能较准确地测出水距，从而通过单片机得出水量，同時通过显示屏显示出此时蓄水池中的水量，最终达到及时蓄水节约水资源的目的；

（3）单片机接收到温湿度传感器和测距模块的数据时，能及时反映是否蓄水是否开始灌溉；

（4）对比测试后会明显发现本智能灌溉系统不仅成本低体积小而且用水较少，更益于植物成长。

5 结语

本智能灌溉系统可广泛用于多种场景，如家庭灌溉盆栽、公园灌溉花草、农田灌溉庄稼等等。程序所设定的温度、湿度和水量是可变的，可以根据不同植物自身所需生长的温湿度和蓄水池的大小来更改以达到该植物最好的生长情况。本设计不仅实现了实时智能监控，而且在很大程度上节省了人力资源，提高人们生活质量与效率的同时，达到了节约水资源的目的。在人们生活日益现代化、智能化的今天，智能灌溉系统为我们的生活带来方便的同时还美化了我们的环境，具有很大的使用价值和市场前景。

参考文献

[1] 何希才.传感器技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2] 华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 张毅刚，赵光权，张京超.单片机原理及应用[M].2版.北京：高等教育出版社，2006.