一種室內自動澆花系統的設計

摘 要：本文以蘭花為例，設計一種針對蘭花的自動澆水系統。系統采用宏晶單片機公司的增強型單片機STC12C5A60S2，外接MAX232串口通信電路，DHT11溫濕度檢測電路，12864液晶顯示電路，繼電器控制電路，無線傳輸電路、存儲電路、電機驅動電路和蜂鳴器電路等，實現了自動檢測空氣溫濕度和土壤溫濕度并自動澆水。

關鍵詞：自動澆花；溫濕度檢測；單片機；PWM

現代的生活中，人們都喜歡在辦公室和家里養殖花卉，然而有許多花草對周圍的環境要求比較高，需要人們的精心照顧。由于生活節奏的加快，很多人都忽略對花草的照顧，如果能找到一種在干燥時可以自動給花草澆水的裝置，就可以解決這個問題。已有的澆水器是定時澆灌花草的，不能根據土壤的濕度和空氣的溫濕度及花草的生活習性來進行澆水，是一種非智能的澆水系統，不利于花草的生長。當前，傳感器技術與單片機技術發展迅速，其應用逐步由工業、軍事等領域向其他領域滲透，與我們的日常生活聯系越來越緊密。而且智能家居概念也越來越受到了人們的推崇，因此，電子智能型的自動澆花系統有著很好的發展和應用前景。

1系統構成及硬件實現

1.1整體思想

本系統由數據采集電路、MCU中央處理器、水泵驅動控制電路和無線發射接收電路組成。該系統主要由發射模塊和接受模塊組成。發射模塊包括：空氣溫濕度采集模塊，土壤溫濕度采集模塊，MCU處理模塊，按鍵控制模塊，MOS管驅動電路，繼電器控制電路，無線發射模塊。接收模塊包括：無線接收模塊，MCU處理模塊，LCD顯示模塊，報警電路，MAX232電平轉換電路。

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圖1.1 自動澆花系統的系統框圖

1.2單片機的功能

單片機是自動澆花系統核心部件，一方面它要接收來自土壤濕度經過AD轉換的數字信號和溫度傳感器的輸出信號，另一方面要對這兩個信號預設值的上下限的值進行對比，可控制外圍電路的相應工作，同時檢測查詢是否有按鍵按下，并把這些信息通過無線模塊發送出去。負責接收的模塊中的單片機接收到這些信息后通過無線模塊顯示在液晶屏上。因為考慮到檢測土壤濕度時用到了AD和PWM功能，所以考慮到用宏晶公司的STC12C5A60S2代替傳統的STC89C51。STC12C5A60S2單片機是STC公司生產的八位8051內核單片機。

1.3空氣溫濕度采集模塊的硬件設計

DHT11數字溫濕度傳感器是采用單總線的集成測溫濕度器件，傳感器里有一個電阻式測濕組件和一個NTC測溫組件，測量溫度的范圍是0℃～50℃，測量濕度的范圍是20%～90%，可以滿足本次設計的要求。與單片機連接原理如圖所示：

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圖1.2 DHT11電路路圖

1.4土壤溫濕度采集模塊的硬件設計

土壤本身可以看成是一種濕度傳感器，土壤越潮濕，導電能力越強，阻值越小，所以現在對土壤濕度的測量間接轉換成了對電阻的測量。

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將待測電阻與一恒流二極管串聯，如圖1-3，將測量值接入AD，STC12C5A60S2里面集成有8路的AD，RX的值為RX=V（out）/IH。

1.5水泵驅動電路及PWM控制

IRF3205具有耐壓值高、電流大、導通電阻小的特點，利用IRF3205來驅動水泵，通過PWM控制，當場效應管導通，電機轉，水泵開始抽水。STC12C5A60S2有2路PWM可使用。本設計使用的一路PWM，接在P1.3，STC12C5A60S2集成了兩路可編程計數器陣列（PCA）模塊，PCA里面的16位定時器（第八位CL和高八位CH）[CH，CL]每隔一段時間加1，當CL小于[EPCnL，CCAPnL]時，輸出為低，反之則為高。當CL的值由00到FF時，CL發生溢出為0，[EPCnL，CCAPnL]里的值自動加載到[EPCnL，CCAPnL]，從而實現了無干擾跟新PWM。

2軟件設計

軟件設計主要實現：采集相關的信息后送給單片機，單片機對信息進行處理，產生相應的控制，并將這些信息通過發射模塊發射出去，接收端通過液晶顯示。

系統發射部分的主要流程為：系統初始化（包括單片機、溫濕度傳感器和無線模塊的初始化）。初始化后，開始對系統進行設定，設置其溫濕度上下限。設置完畢后，采集空氣中的溫濕度及土壤的濕度，如果土壤的濕度低于設置的下限值就控制PWM輸出給花澆水，如果空氣中的溫度持續高于設置的上限值，或者是空氣中的濕度持續低于設定的下限值就閉合繼電器，超聲波增濕器持續噴霧3S。無線模塊負責將這些信息（溫濕度、上下限值）發射出去。

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圖1.4 發射部分流程圖

3試驗與測試

本系統通過空氣溫濕度傳感器采集空氣中的溫濕度，通過測土壤中電阻大小測量土壤的濕度。在土壤比較干燥時，就通過PWM控制給土壤澆水，不同的土壤濕度對應著不同的PWM控制值。在空氣持續干燥兩小時時，控制超聲波增濕器工作，在蘭花上方噴霧4秒，給空氣增濕。電路中加入了按鍵電路，用來改變溫濕度的上下限的設置值，同時加入了24C02的存儲芯片，可以存儲下這些設置值。

因為有多個采集量，測試時使用控制變量法，首先調整濕度設置值，使得當時濕度值大于設置的濕度值，為方便調試，將程序中的持續2小時，先改成2分鐘，設置的空氣最高溫度改為25°C，用電烙鐵靠近溫濕度傳感器DHT11，DHT11的測得溫度為35°C，高于設置的溫度最高值，兩分鐘后聽見繼電器閉合的碰撞聲，接著超聲波增濕器開始工作，同時小電風扇也開始工作，將霧氣擴散開，4S繼電器斷開，與程序編寫的期望現象一致。同理，測試出空氣濕度檢測及控制繼電器部分也是正常工作的，實物測試圖如下。

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4結束語

本設計以蘭花為例，給出一種基于單片機的自動澆花系統，通過測量空氣中溫濕度和土壤濕度的外界因素，利用單片機PWM控制澆水量，實現自動澆水，并可進行無線傳輸、報警。解決了目前澆水器只能定時給花草澆水而不能根據判斷花草是否缺水的問題，真正體現出了智能性，滿足了人們所要求的根據花草是否缺水來給花自動澆水的要求。

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