基于单片机的智能浇水系统设计

肖欢

摘要：随着人们生活水平的不断提高，在家养鱼、种花已经成为习惯，但是由于生活忙碌，往往又疏于管理，所以设计一种能自动完成这些操作的系统很有必要，且市场前景也相当可观。

关键词：单片机;温度传感器;浇水系统;控制系统

中图分类号：TP368.1

文献标识码：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.11.003

1 引言

在日常生活中，有时候需要在特定的温度和特定的时间来处理一些事情，比如浇水、空调自动开关、自动换气、换水等。同时可以加入更多的约束条件，比如湿度、风力、亮度等条件来达到更人性化、更精确的控制。而完成这些操作也只需要用普通5 1单片机对相应的传感器数据进行采集计算，然后做相应的处理。本文提出的是一种基于AT89S52和DS18820的智能化浇水系统。为了实现系统控制的智能性，采用由单片机、晶振和复位电路，输入控制电路，输出显示电路以及外围功能器件组成的一组电路。通过本系统不仅能了解数据采集处理的一般过程，还能对DS18820有更深入的了解，充分理解单线协议的实现方法。

2 系统设计

2.1 系统原理框图

智能浇水系统原理如图1所示，本系统要求的变量条件有时间和温度两个，两个条件必须同时成立才能执行某个动作，还需要配以人机交互的设备，这样才能实现系统控制的智能性。

2.2 电路设计

2.2.1 DS18820电路设计

系统硬件电路如图2所示。DS18820有寄生电源接法和VDD供电接法，寄生电源接法有如下两个优点：①进行远距离测温时无需本地电源;②可以在没有常规电源的时候读ROM。但是当温度高于100℃的时候会出现很大的漏电流。

2.2.2 数码显示电路设计

本系统采用动态扫描方式显示信息，为提高驱动电流，采用共阳数码管，用PNP三极管驱动。PO.O - P0.7给数码管送段码，也就是送出要显示的信息，P2.4 - P2.7送位码，决定哪一位要显示单片机送出来的信息。

数码管动态扫描显示利用人眼视觉暂停的特点，在短时间内（ 20 ms）分别把要显示的信息送到不同位上。其本质还是静态的显示，只不过延时减小，给人造成错觉，达到“同时”显示多位信息的目的。

2.2.3 继电器驱动电路设计

继电器在本系统中起着至关重要的作用，它是系统控制硬件的主要元件，通过系统程序让继电器闭合，这样便可以实现系统与被控设备的隔离，同时还可以实现低压控制不同电压的设备工作。

2.2.4 按键电路设计

按键在本系统中起着人机交互的作用，按键有AD键盘、矩阵键盘、扫描键盘等多种，AD键盘和矩阵键盘能节约很多1/0口，但是程序设计比较烦琐，由于本系统剩余I/O比较多，因此采用扫描式，这样设计程序就会相当简单。

3 软件设计

由于采用了单线协议技术的温度传感器，单片机读写温度传感器必须要写驱动，也就是用单片机来模拟DS18820的时序，这样才能成功读出温度传感器检测的温度。

DS18820温度传感器读写时序如图3所示。

按照时序写出驱动程序，然后进行功能程序的设计。主要功能如下：①温度检测;②计时器;③键盘;④数码显示。

3.1 程序流程图

程序流程如图4所示。

3.2 温度检测程序设计

DS18820系统是单线温度传感器，要读取传感器检测的温度就要模拟时序，完成时序的模拟只要读取温度传感器内存里的数据，然后送数码显示程序处理输出到数码管即可。

3.3 按键程序和显示程序设计

数码管作为显示器件，显示信息相对比较单一，但是价格便宜。本系统要显示四位信息，那么就要采用动态扫描的方式。要达到动态扫描，只要做好延时，保证在20 ms内把相应信息送到相应位就可以。

本系统中采用的是扫描式按键，写程序相对简单，只要在需要的时候检测按键I/O口电平就可以实现相应功能，如果电平为0，则执行相应子程序完成信息的输入和输出。完成程序的设计和硬件的设计就要进行这个系统的联合调试和改进。

4 系统测试及效果

做好硬件、设计好软件，需要对系统软、硬件进行调试。主要测试点有：①单片机（附带测试程序）上电是否开始运行;②检查数码管是否显示正常;③检查按键能否被识别，能否正确输入相关信息;④检查继电器能否被成功驱动。

测试系统直至达到以下效果，系统基本就做成功了：①能准确读取环境温度并送数码管显示;②能比较准确地计时;③各按钮功能正常;④当计时条件和温度条件满足设置值时准确驱动继电器。

5 使用说明书

5.1 实物布局及简介

实物布局如图5所示。

5.2 操作说明

首先接人负载和负载电源，注意极性（交流除外），然后给单片机上电，上电开机显示OPEN后进人工作模式，显示温度。系统已经默认设置了工作参数，如需修改请按l-4鍵进入修改参数模式，此模式下显示当前修改参数，可以按+、一键进行参数修改，1-4按键相互独立，比如按下1那么2、3、4将被屏蔽。1-4每个按键可以修改4个参数，请按当前健进入下一参数设置。设置好或者取消设置按下OK/ESC退出到工作模式。

5.3 显示说明

数码管显示四位，工作模式下第1-3位显示温度值在0.00 - 99.9之间，4位C表示温度的单位。在修改模式下，修改温度时第1位为标志位，H和L表示高温和低温，第2，3位为参数值，第4位为单位C，修改时间时，第1，2，3位为参数值，第4位为单位，用H和S代表小时和秒。

6 结束语

本文介绍了基于单片机的智能浇水系统，进行了硬件设计与程序分析，已经做成实物，并且使用效果好。系统设计的创新之处在于实现以不同方式自动浇花，加入电阻和电容加以缓冲。在此系统中选用的电容为耐压，适应负载能力强，可适应交直流不同电压范围IOA电流内的负载正常工作。单片机智能浇水系统用处较广，改变程序还可作为可定时开关、宿舍灯光系统、温控塑料大棚等。此家庭智能浇水系统，也可以用在智能浇灌草坪、蔬菜等，把水箱去掉，直接接水龙头即可。伴随着中国经济的快速发展，城市化建设步调加快，节水灌溉技术在农业、畜牧业、林业、园林绿化、运动场地、环境保护（降尘除尘）等行业和领域得到日益广泛的应用，并将取得显著的经济效益。

参考文献：

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