基于單片機的智能澆花系統設計與實現

趙 麗，張春林

(1.長春職業技術學院，長春 130033;2.中科院長春光學精密機械與物理研究所，長春 130033)

0 引言

隨著生活水平的提高，許多城鄉居民為了美化環境，凈化空氣，喜歡在家中陽臺上種植一些花草。植物是離不開水的，需經常澆灌。而人們出差或有事不在家時，植物的供水就會中斷，植物面臨干枯。有些植物對濕度的要求很高，人為的過度澆水，植物的根莖容易腐爛，從而影響到植物的正常生長。

國內外均有自動澆花系統的應用，大多數自動澆花系統是利用虹吸原理，即利用滲透的方式澆花，這種方式澆花過程是連續的、不間斷的，采用這種方式只能保證花不會干旱而死，不是花需要澆水時才進行澆灌。還有一些自動澆水系統，可以設定何時進行澆灌及澆灌時間，與上一種方式相同，也不是花需要澆水時才進行澆灌。另外還有一些自動澆水系統，是采用單片機控制，利用濕度傳感器采集濕度信息，需要澆水時自動澆灌，但是需要用在外部有水龍頭的情況下，而家庭花草種植一般都放在陽臺上，陽臺上一般均沒有水龍頭，使用起來非常不方便。基于單片機的智能澆花系統可以在陽臺上使用，能夠按需自動澆花。

1 基于單片機的智能澆花系統組成

該系統主要由土壤濕度檢測電路、鍵盤、LCD液晶顯示電路、報警電路、水泵控制電路等組成［1］。具體結構如圖1所示。通過土壤濕度傳感器測量出土壤濕度信號，單片機采集土壤濕度信號并進行分析和處理，輸出控制信號，控制水泵工作與否，從而達到按需澆花的目的。

2 系統工作原理

圖1 智能澆花系統組成框圖

由于不同的花卉有不同的需水特性，澆花時應適時適量，按需澆花。為此，系統采用模糊控制的方式達到精確澆花的目的。一方面，單片機采集土壤濕度信號，并通過計算判斷是否應該澆花;另一方面，單片機采用查表的方法來實現澆水量的模糊控制［2］。在軟件設計時，根據不同花卉的需水量，將其土壤濕度值允許區間存入表格中，即模糊控制響應表，這些數據均是人們長期積累的經驗值，并將表格事先置入ROM存儲區的某一位置中供查表使用。例如:對君子蘭進行自動澆水，單片機將采集到的濕度信號與表格中的君子蘭最小濕度值進行比較，當采集到的濕度值小于表格中的最小濕度值時，開始澆花;當采集到的濕度值大于表格中君子蘭的最大濕度值時，停止澆花，從而控制澆水的時機及澆水量的多少。

3 系統硬件設計

3.1 土壤濕度檢測電路

本設計采用土壤溫濕度傳感器［3］SLHT5-1。該傳感器采用全量程標定，兩線數字輸出，可直接與單片機連接使用，具有非常高的一致性，濕度測量范圍可達0～100%RH。可將探頭直接埋入土壤中，適合在工地、農業溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要檢測土壤溫濕度的環境使用。檢測電路如圖2所示。

圖2 SLHT5-1土壤濕度傳感器檢測電路

3.2 鍵盤及液晶顯示電路

本設計采用LCD12232F液晶顯示模塊［4－5］，它有自己的字節庫，不用存儲，并行連接方式，使用方便。用來顯示系統的工作狀態及澆花的種類。鍵盤采用獨立式按鍵，包括復位鍵、選擇花卉種類按鍵、啟動按鍵。開機顯示:“歡迎使用自動澆花系統”，之后顯示“請選擇花卉種類”。通過對選擇花卉種類按鍵的設置，結合液晶顯示內容，確定花卉種類。本系統共設計了君子蘭、銀杏、蘆薈、仙人球、芍藥、牡丹、香雪蘭，共七個種類，對應七個濕度區間。確定完花卉種類之后，顯示花卉的名稱。

3.3 水泵控制電路

水泵控制電路如圖3所示，三極管Q1的基極B接到單片機的P3.6，三極管的發射極E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到+5V電源VCC上;繼電器線圈兩端并接一個二極管IN4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產生的反向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管及干擾其他電路;R2和紅色發光二極管組成一個繼電器狀態指示電路，當繼電器吸合的時候，LED點亮，這樣就可以直觀的看到繼電器狀態。

圖3 水泵控制仿真電路圖

當AT89S52單片機的P3.6引腳輸出高電平時，三極管飽和導通，+5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態指示的發光二極管也點亮，繼電器的常開觸點閉合，相當于水泵開關閉合，水泵開始工作。反之，P3.6引腳輸出低電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態指示的發光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當于水泵開關斷開，水泵停止工作。系統水泵采用220V供電潛水泵，最大流量1750L/H，澆花噴頭采用花灑噴頭，實現均勻噴水，防止局部土壤濕度過高，測量不準確。

3.4 報警電路

圖4 報警電路

由于本系統通常應用在客廳中，為避免水泵突然啟動驚擾主人，在系統中設置了報警電路［6］。在水泵啟動之前先有幾次“嘀嘀嘀”的報警聲，之后才開始澆花。報警電路如圖4所示。由單片機的P3.0引腳控制三極管的通斷，從而控制蜂鳴器的通斷。

4 系統軟件設計

系統軟件設計包括初始化、顯示子程序、選擇花卉種類子程序、土壤濕度檢測子程序、數據處理子程序、報警子程序等，主程序流程圖如圖5所示。

5 結語

本設計采用AT89S52單片機作為控制芯片，設計了一款智能澆花系統。該系統根據花盆中土壤濕度來控制水泵的開啟與停止。采用模糊控制方式，控制澆水量的多少，即對土壤濕度進行實時監測，與設定好模糊控制響應表的濕度值進行比較，判斷澆水量是否符合標準，完全實現按需按量自動澆花。系統根據不同花卉的需水情況設置了不同的澆水量，開機后只需設置好花卉的種類，便能夠自動找到應控制的濕度范圍。

系統放在家中陽臺上使用，經實驗證明效果良好。另外，系統也適合在溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等場合使用，即方便又節約水源。

圖5 主程序流程圖

［1］ 毛明軒，朱皋，楊守良.基于單片機的溫濕度感應智能晾衣桿系統設計［J］.重慶文理學院學報，2011，30(4):46－49.

［2］ 劉明真，陳鴻.基于單片機智能節水灌溉系統設計［J］.學術問題研究，2010(1):75－80.

［3］ 程捷，何辰.基于單片機的溫濕度檢測系統設計與實現［J］.電子測試，2011(6):56－58.

［4］ 尹發根.果蔬膨化干燥監測系統的設計［J］.農機化研究，2011(8):85－88.

［5］ 張澤根，周洪，夏明曄.基于單片機的油量數據采集與監測系統設計［J］.微計算機信息，2011，27(1):109－110.

［6］ 滿紅，鄒存名，冀勇鋼.基于單片機的倉庫溫濕度智能控制系統設計［J］.現代電子技術，2011，34(9):118－120.