多路智能家庭實用澆花器設計

吳平

摘要： 多路智能家庭實用澆花器的設計以STC89C52型單片機作為系統的控制器。借助溫濕度傳感器，檢測土壤濕度，根據不同花卉的喜水特性，判斷是否該澆水。通過時鐘電路及溫度檢測，不同季節選擇不同的澆水時段及澆水量。像一個悉心呵護花草的園丁，完成智能自動澆花的功能。

Abstract： The design of household watering system of flowers based on the multichannel intelligence used the type STC89C52

single-chip microcomputer as the controller of the system. It detected the soil moisture with temperature and humidity sensor. The system decided to water or not according to the features of different flowers to water. The clock circuit and temperature tests were recorded to choose water periods and amount in different seasons. The system could complete the function of the intelligent automatic watering the flowers like a meticulous gardener.

關鍵詞： STC89C52單片機；溫濕度傳感器SHT71；LCD1602；多路控制

Key words： single-chip microcomputer of STC89C52；temperature and humidity sensors of SHT71；LCD1602；multicircuit control

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）12-0023-03

0 引言

生活在高樓大廈里的現代人，越來越熱衷在居室或辦公環境養花弄草，一來可以陶冶情操，二來又能凈化空氣。可由于工作繁忙，出差或外出旅游，常常疏于管理或無人照管，導致花草因缺水而枯萎，給愛花養花的人帶來很多困擾。為解決這一困擾，人們設計了各種自動澆花裝置，如定時定量澆水，或根據濕度自動澆水，但兩者不能兼顧。愛花的人往往養很多種類不同的花，不同的花卉特性不同，有喜水的，有不喜水的，定時定量澆水，不能讓不同特性的花卉同時滿足需要，根據濕度自動澆水，不同特性的花卉，設置的濕度值又不能相同，同樣不能同時滿足不同花卉的不同要求。多路智能家庭實用澆花器設計時兼顧了上述幾方面。不同特性的花卉設置不同的濕度值，同時再考慮季節變換環境溫度隨之變換的因素，合理的選擇澆水時段，即在保證不干不澆水的前提下，不同的季節選擇不同的澆花時間，不同特性的花卉選擇不同的濕度值，澆不同量

的水。

1 設計理念

替愛花、養花人照料好花草，適時適量的給花卉自動澆水，是設計智能澆花器的核心理念。選擇STC89C52單片機，溫濕度傳感器為核心部件。要解決的核心問題主要有三方面：

一是根據不同的花卉的喜水性設置不同的濕度值。用溫濕度傳感器檢測花卉土壤表面的濕度，將信息傳送到單片機芯片分析處理，判斷是否需要澆水。二是在判斷濕度后，判斷季節是春秋季節還是冬夏季節。春秋季節環境溫度平緩，晝夜溫差不大，澆花時間可設置在早晚時間段，冬天，環境溫度早晚變化大，且整體偏低，澆花時間適合設置在上午10點左右或下午3點左右。夏季上午，中午時段陽光充足，高熱，不適合澆花，所以澆花時間應設置在晚上5點或6點左右。三是針對要同時照料不同特性的多盆花卉，設置多路檢測線路及多路水閥來支持該功能，使花卉有更適合生長的環境，以滿足養花愛花人的心愿，把他們從無暇照顧愛花的煩惱中解脫出來。

2 設計原理

針對實際中提出的各種問題，設計一種多路智能家庭實用澆花器系統。該設計的總體設計方案如圖1中所示。主要由控制器和相關功能模塊構成[1]。智能控制系統是以單片機STC89C52為控制核心，輔以溫濕度傳感器SHT71、LCD1602、1302時鐘芯片[2]，兩路繼電器與電磁閥，多組水管，針對不同花卉，不同季節，判斷、選擇哪些花該澆水，該在哪個時段澆水，現在的溫度是不適宜澆水。

2.1 濕度檢測 設計中，濕度檢測是智能自動澆花的第一步，也是最關鍵的一步。濕度信息采集選用的是瑞士Sensirion數字溫濕度傳感器SHT71。將傳感元件和信號處理系統集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號。響應迅速，抗干擾能力強，不受光線影響，具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性[3]。檢測溫度：范圍-40～

+125℃，精度±0.4℃；檢測濕度：范圍0%～100%RH，精度

±3%RH；顯示分辨率：溫度0.1℃，濕度0.1%RH，工作電壓2.4V～5.5V。它將檢測到的濕度信息以數字信號形式，通過一線式總線串行傳送給單片機，傳送到單片機STC89C52引腳P2.1、P2.3進行處理，并將濕度值顯示在1602上，當濕度低于設定值時，給單片機一個指令，單片機處理后，發出可以澆水指令，進入下一個環節。反之，如高于設定濕度值，單片機不動作。為滿足不同花卉喜水特性不同的要求，濕度值設定可調，可根據花卉特性，喜水的，不喜水的，設出兩組濕度最低值：喜水的，設定值偏高些，由單片機引腳P2.1負責讀取濕度值，并與所設定的濕度值進行比較；不喜水的，設定值偏低些，由單片機引腳P2.3負責讀取濕度值，并與所設定的濕度值進行比較。不需要模數轉換，簡單方便，該元件檢測范圍寬，精度高，性價比高。endprint

2.2 選擇澆水時段 花卉的生長同其它各種生物一樣，需要一個適合自身生長需要的適宜的溫度環境，單一的按濕度需求澆水，或單一的按時澆水，都忽略了環境溫度對花卉生長的重要性，如正值夏季環境溫度很高而要根據濕度定時在下午3點兜頭一盆冷水，會導致花卉“感冒”而死亡，因而，設計中考慮這一因素，采用時鐘芯片1302來設置按季節選擇澆花時段：春秋兩季，環境溫度比較適宜花卉生長，早晚溫度變化不大，澆花時段可放寬，上午8點～11點，下午2點～5點均可；冬季，環境溫度整體偏低，且晝夜溫差大澆水時間應選在上午10點～11點，下午3點～4點，而夏季環境溫度整體偏高，尤其上午9點到下午4點，陽光充足，環境溫度偏高不適宜給花卉澆水，澆水時段應選擇在上午7點～9點，下午4點～6點。在這個時段，單片機接到濕度不足的指令，就會讀取時鐘芯片1302的時間來查看是何月份何季節，好根據季節情況選擇澆水時段，并在澆水時段檢測當前土壤溫度[4]，如溫度適合澆水，則單片機引腳P2.4或P2.5置高電平，電磁閥由閉合變成斷開，開始給花澆水，澆花時長，可根據季節不同來選擇。春秋兩季，設置1.5分鐘，冬季設置1分鐘，夏季設置2分鐘，以減少檢測動作次數，延長澆花器的壽命。

2.3 多路設置 為滿足不同花卉喜水特性，智能自動澆花器設置兩路，一路按喜水的設置濕度最低值，一路按不喜水的設置濕度最低值，由溫濕度傳感器SHT71檢測到的濕度及溫度的引腳將濕度值及溫度值傳到單片機STC89C52的引腳P2.1、P2.3，單片機接收到數據后，經過處理給出相應的指令，使得有兩路繼電器與電磁閥系統分別作出控制水閥開關動作，水龍頭則可接出多組，以滿足同時給多盆花卉澆水。

3 硬件設計

本設計硬件電路主要由控制部分、溫濕度檢測部分、顯示部分、繼電器電磁閥控制部分、時鐘部分以及按鍵部分組成。如圖2中所示，其中圖（e）為主控制電路，也是系統的核心部分，采用STC89C52作為控制內核。圖（a）為系統的時鐘電路，主要為系統提供時間信息圖（b）為溫濕度傳感器控制電路，主要采集花卉周圍的溫濕度情況，并通過P2.1口傳送給控制器。圖（c）和圖（d）為系統的顯示部分和繼電器控制電路。

4 軟件設計

設計中主要實現濕度檢測、季節判斷、溫度檢測、澆花時間長短等功能，通過多種傳感器進行相關檢測，通過對環境的相關參數進行檢測，為植物是否需水進行判斷。

濕度檢測：讀取SHT71檢測到的濕度，進行比較判斷。季節判斷：濕度檢測后，通過讀取1302的時間，判斷屬于哪個季節。

溫度檢測：判斷季節后，在相應的時間段檢測溫度，判斷是否達到澆花溫度[5]。

澆花時間長短：判斷澆花時間是否達到設定時間，當時見到，停止澆花。

該設計的整體流程圖和子程序流程圖如圖3、圖4中所示。首先進行系統初始化，判斷外部環境因素數據以及相關時令數據，通過比較分析確定系統是否需要澆花，若需要則判斷相關參數，是否滿足一定的條件，根據不同的條件進行實時監測[6]，并對花卉進行相應的澆灌。

參考文獻：

[1]張兆鵬.基于AT89S52的家庭智能澆花器的設計[J].電子設計工程，2011，3.

[2]周迭輝.帶LED顯示的時鐘程控澆花機[J].國外電子元器件，2001，5.

[3]李騰.自動濕控、溫控、光控、太陽能植物澆灌系統[J].中國科技論文在線.

[4]于桂君.基于AT90S8535的爐溫控制器設計[J].渤海大學學報自然科學版，2013，6.

[5]馬江濤.單片機溫度控制系統的設計及實現[J].計算機測量與控制，2004，12.

[6]李明.基于AVR單片機的爐溫控制系統[J].儀表技術與傳感器，2010，1.endprint

2.2 選擇澆水時段 花卉的生長同其它各種生物一樣，需要一個適合自身生長需要的適宜的溫度環境，單一的按濕度需求澆水，或單一的按時澆水，都忽略了環境溫度對花卉生長的重要性，如正值夏季環境溫度很高而要根據濕度定時在下午3點兜頭一盆冷水，會導致花卉“感冒”而死亡，因而，設計中考慮這一因素，采用時鐘芯片1302來設置按季節選擇澆花時段：春秋兩季，環境溫度比較適宜花卉生長，早晚溫度變化不大，澆花時段可放寬，上午8點～11點，下午2點～5點均可；冬季，環境溫度整體偏低，且晝夜溫差大澆水時間應選在上午10點～11點，下午3點～4點，而夏季環境溫度整體偏高，尤其上午9點到下午4點，陽光充足，環境溫度偏高不適宜給花卉澆水，澆水時段應選擇在上午7點～9點，下午4點～6點。在這個時段，單片機接到濕度不足的指令，就會讀取時鐘芯片1302的時間來查看是何月份何季節，好根據季節情況選擇澆水時段，并在澆水時段檢測當前土壤溫度[4]，如溫度適合澆水，則單片機引腳P2.4或P2.5置高電平，電磁閥由閉合變成斷開，開始給花澆水，澆花時長，可根據季節不同來選擇。春秋兩季，設置1.5分鐘，冬季設置1分鐘，夏季設置2分鐘，以減少檢測動作次數，延長澆花器的壽命。

2.3 多路設置 為滿足不同花卉喜水特性，智能自動澆花器設置兩路，一路按喜水的設置濕度最低值，一路按不喜水的設置濕度最低值，由溫濕度傳感器SHT71檢測到的濕度及溫度的引腳將濕度值及溫度值傳到單片機STC89C52的引腳P2.1、P2.3，單片機接收到數據后，經過處理給出相應的指令，使得有兩路繼電器與電磁閥系統分別作出控制水閥開關動作，水龍頭則可接出多組，以滿足同時給多盆花卉澆水。

3 硬件設計

本設計硬件電路主要由控制部分、溫濕度檢測部分、顯示部分、繼電器電磁閥控制部分、時鐘部分以及按鍵部分組成。如圖2中所示，其中圖（e）為主控制電路，也是系統的核心部分，采用STC89C52作為控制內核。圖（a）為系統的時鐘電路，主要為系統提供時間信息圖（b）為溫濕度傳感器控制電路，主要采集花卉周圍的溫濕度情況，并通過P2.1口傳送給控制器。圖（c）和圖（d）為系統的顯示部分和繼電器控制電路。

4 軟件設計

設計中主要實現濕度檢測、季節判斷、溫度檢測、澆花時間長短等功能，通過多種傳感器進行相關檢測，通過對環境的相關參數進行檢測，為植物是否需水進行判斷。

濕度檢測：讀取SHT71檢測到的濕度，進行比較判斷。季節判斷：濕度檢測后，通過讀取1302的時間，判斷屬于哪個季節。

溫度檢測：判斷季節后，在相應的時間段檢測溫度，判斷是否達到澆花溫度[5]。

澆花時間長短：判斷澆花時間是否達到設定時間，當時見到，停止澆花。

該設計的整體流程圖和子程序流程圖如圖3、圖4中所示。首先進行系統初始化，判斷外部環境因素數據以及相關時令數據，通過比較分析確定系統是否需要澆花，若需要則判斷相關參數，是否滿足一定的條件，根據不同的條件進行實時監測[6]，并對花卉進行相應的澆灌。

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[6]李明.基于AVR單片機的爐溫控制系統[J].儀表技術與傳感器，2010，1.endprint

2.2 選擇澆水時段 花卉的生長同其它各種生物一樣，需要一個適合自身生長需要的適宜的溫度環境，單一的按濕度需求澆水，或單一的按時澆水，都忽略了環境溫度對花卉生長的重要性，如正值夏季環境溫度很高而要根據濕度定時在下午3點兜頭一盆冷水，會導致花卉“感冒”而死亡，因而，設計中考慮這一因素，采用時鐘芯片1302來設置按季節選擇澆花時段：春秋兩季，環境溫度比較適宜花卉生長，早晚溫度變化不大，澆花時段可放寬，上午8點～11點，下午2點～5點均可；冬季，環境溫度整體偏低，且晝夜溫差大澆水時間應選在上午10點～11點，下午3點～4點，而夏季環境溫度整體偏高，尤其上午9點到下午4點，陽光充足，環境溫度偏高不適宜給花卉澆水，澆水時段應選擇在上午7點～9點，下午4點～6點。在這個時段，單片機接到濕度不足的指令，就會讀取時鐘芯片1302的時間來查看是何月份何季節，好根據季節情況選擇澆水時段，并在澆水時段檢測當前土壤溫度[4]，如溫度適合澆水，則單片機引腳P2.4或P2.5置高電平，電磁閥由閉合變成斷開，開始給花澆水，澆花時長，可根據季節不同來選擇。春秋兩季，設置1.5分鐘，冬季設置1分鐘，夏季設置2分鐘，以減少檢測動作次數，延長澆花器的壽命。

2.3 多路設置 為滿足不同花卉喜水特性，智能自動澆花器設置兩路，一路按喜水的設置濕度最低值，一路按不喜水的設置濕度最低值，由溫濕度傳感器SHT71檢測到的濕度及溫度的引腳將濕度值及溫度值傳到單片機STC89C52的引腳P2.1、P2.3，單片機接收到數據后，經過處理給出相應的指令，使得有兩路繼電器與電磁閥系統分別作出控制水閥開關動作，水龍頭則可接出多組，以滿足同時給多盆花卉澆水。

3 硬件設計

本設計硬件電路主要由控制部分、溫濕度檢測部分、顯示部分、繼電器電磁閥控制部分、時鐘部分以及按鍵部分組成。如圖2中所示，其中圖（e）為主控制電路，也是系統的核心部分，采用STC89C52作為控制內核。圖（a）為系統的時鐘電路，主要為系統提供時間信息圖（b）為溫濕度傳感器控制電路，主要采集花卉周圍的溫濕度情況，并通過P2.1口傳送給控制器。圖（c）和圖（d）為系統的顯示部分和繼電器控制電路。

4 軟件設計

設計中主要實現濕度檢測、季節判斷、溫度檢測、澆花時間長短等功能，通過多種傳感器進行相關檢測，通過對環境的相關參數進行檢測，為植物是否需水進行判斷。

濕度檢測：讀取SHT71檢測到的濕度，進行比較判斷。季節判斷：濕度檢測后，通過讀取1302的時間，判斷屬于哪個季節。

溫度檢測：判斷季節后，在相應的時間段檢測溫度，判斷是否達到澆花溫度[5]。

澆花時間長短：判斷澆花時間是否達到設定時間，當時見到，停止澆花。

該設計的整體流程圖和子程序流程圖如圖3、圖4中所示。首先進行系統初始化，判斷外部環境因素數據以及相關時令數據，通過比較分析確定系統是否需要澆花，若需要則判斷相關參數，是否滿足一定的條件，根據不同的條件進行實時監測[6]，并對花卉進行相應的澆灌。

參考文獻：

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[5]馬江濤.單片機溫度控制系統的設計及實現[J].計算機測量與控制，2004，12.

[6]李明.基于AVR單片機的爐溫控制系統[J].儀表技術與傳感器，2010，1.endprint