基于單片機控制的家用智能花卉澆水系統設計

摘 要：本設計利用單片機技術，設計出一種家用智能盆花自動澆水系統。目的是解決當種植人不能按時給盆花澆水的問題。本系統將適宜花卉生長的土壤濕度參數儲存于單片機中，通過繼電器控制電磁閥對盆花進行恰當的澆水，實現智能澆水的目的。

關鍵詞：STC89C52；土壤濕度傳感器；智能澆水；單片機控制

Abstract：The design use the technology of SCM to design a kind of intelligent household automatic watering system of potted， The purpose is to solve when planting to be watering potted plant on time problem. This system will be suitable soil moisture storage parameters of flower growth in SCM， Through proper watering of potted plant relay electromagnetic valve control， to achieve the purpose of intelligent watering.

Keywords：STC89C52；soil moisture sensor； intelligent watering；single chip microcomputer control

現代人的生活節奏緊張又快速，有很多原因不能及時給家里的花卉及時澆水，得不到澆灌的植物要么枯萎，要么生長困難。因此，若是設計一種家用的智能自動澆水裝置，就能夠解決家庭盆栽植物及時澆水的問題了。本設計將傳感器技術與單片機STC89C52控制技術結合起來，設計了一個能夠實時檢測花盆土壤濕度并且能夠根據土壤濕度情況進行自動澆水的系統。該系統能夠在植物需要澆水的時候進行自動澆水，使花卉土壤濕度值保持在一個合適的水平，避免了植物被過多的澆水或缺水。

1 自動澆花器的國內外的現狀

電子類的自動澆花器最早出現在國外，我國也從國外進口了多年的電子類的自動澆花器，實用但價格比較昂貴。這種電子類自動澆花器用主機控制電磁閥的開合，當電磁閥打開時，噴淋管末端的噴頭水噴出，花卉得到澆灌。可實現定時或定量噴淋。此外，還有一類比較流行的玻璃、陶瓷類自動澆花器，實際上是一種自動滲水裝置，當花盆土壤干燥時澆花器里的水就會滲出來，當花盆土壤濕潤后水就滲不出來。隨著單片機技術和傳感器技術的發展，它們被越來越多的應用到人們的日常生活中，結合了單片機和傳感器技術的智能花卉澆水器能給人們的生活帶來了更多的方便

2 系統方案設計

1、系統方案

根據花盆里的土壤濕度情況，系統可以實現以下功能：出門遠行無人在家和無暇照顧的時候，通過單片機控制來進行給盆花自動澆水。圖1所示是系統總體設計方案，花卉自動澆水系統結構主要由單片機、土壤濕度傳感器電路、澆水電路、顯示電路、時鐘、按鍵以及電源電路7部分組成。土壤濕度傳感器電路負責實時檢測花盆的土壤濕度值。單片機收集土壤的濕度參數并進行比較和處理，處理結果就是輸出控制信號，通過控制繼電器進而控制電磁閥進行澆水。顯示電路可以顯示土壤濕度值。時鐘模塊提供系統時鐘。電源模塊分別為單片機、土壤濕度傳感器、繼電器和水箱電磁閥提供合適的電壓。

2、系統硬件電路設計

在本設計中，單片機是整個控制系統的核心內容，將適宜的土壤濕度值T（T下≤T≤T上）存儲在單片存儲單元中，土壤濕度傳感器傳送來的土壤濕度值將被與存儲區間進行比較，控制水箱電磁閥開關。當達到下限值時打開電磁閥，當達到上限值時關閉電磁閥。用LCD顯示屏上顯示的土壤的濕度值狀態。

（1）主控制器STC89C52單片機

在本設計中，單片機起到核心作用，控制著整個系統：收集信號，發出控制指令。根據系統要求和單片機功能，本設計選用了一款具有低功耗高性能特性的STC89C52單片機。該歀單片機的制造技術制造使其與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳互相兼容。STC89C52的引腳中P1口、P2口和P3口24個管腳是通用I/O口。系統中用到的管腳有RST，用于復位；P1.0、P1.1和P1.2引腳外接RS485芯片接口電路；P3.7用來控制澆水模塊。

（2）土壤濕度傳感器模塊

花盆土壤濕度的檢測可以用濕度傳感器來實現。將濕度傳感器看作可變電阻器，當土壤的濕度發生變化時，這個可變電阻器的電阻值就會發生變化，濕度最小時的電阻值為10K，濕度最大時為0.1Ω。變化的幅度是根據濕度傳感器采集到的濕度大小而定。隨著電阻值的變化，電路的輸出電壓也跟著變化。調節電阻值的大小，可得到想要的電壓，滿足電路的需求。此次設計采用的是土壤濕度傳感器YL-69土壤濕度檢測模塊。土壤濕度傳感器YL-69的探頭直接埋入花盆土壤中，探頭兩極之間的電阻值就反映出土壤的濕度。。有四個接線端，VCC端外接3.3V-5V電壓，GND外接數字地GND，DO端接到單片機，當濕度到達下限濕度值時，DO輸出高電平；當濕度到達上限濕度值時，DO輸出低電平如有需要，AO模擬量輸出端可以和A/D模塊相連，通過A/D轉換，可以獲得更精確的土壤濕度值。

（3）澆水模塊

澆水模塊是本系統中的執行模塊，采用繼電器和水箱電磁閥互相配合的方式，具體電路圖如圖3所示。用單片機的P3.7端來控制這個澆水模塊，水箱電磁閥采用12V電源電壓。當傳感器檢測到的信號表示花盆土壤需要澆水時，單片機的P3.7端口就為低電平，使得三極管飽和導通，接著接通+5V電源，繼電器線圈得電，鐵心吸合，常開觸點閉合，電磁閥打開，澆水。澆水量夠了之后，濕度傳感器及時發回信號，單片機的P3.7端口為高電平，三極管截止，+5V電源斷開，繼電器線圈失電，常開觸頭恢復斷開，電磁閥關閉。

（4）顯示模塊

本次設計的智能花卉澆水器采用的顯示屏是LCD1602液晶顯示屏，可以顯示2行字符。

（5）電源模塊

因為本系統中各個不同模塊的電壓不相同：單片機電源電壓3.3V，繼電器電源電壓5V，水箱電磁閥采用電源電壓12v。所以本設計的穩壓電路具有以下功能：12V開關電源電壓經三端穩壓集成電路得到5V電壓，然后經過穩壓芯片SPX1117輸出3.3v電壓。

3 系統軟件設計

圖4是本系統的軟件設計主程序流程圖。由系統初始化模塊完成顯

示屏以及其他外設的初始化。傳感器模塊檢測花盆里的土壤濕度值，單片機接受傳感器模塊傳回來的數據，與土壤濕度下限值進行比較，如果小于或等于，則單片機發出控制指令打開電磁閥，噴淋管末端的噴頭向花盆里澆水，土壤濕度漸漸升高，當土壤濕度等于或大于上限值時，單片機發出關閉電磁閥的指令，停止澆水。

4 結語

本設計是以STC89C52單片機作為控制芯片設計的一款智能澆花小系統。該系統根據花盆中土壤濕度來控制電磁閥的開啟與停止。通過傳感器對土壤濕度進行實時監測，與設定好的適宜花卉生長的土壤濕度值進行比較，判斷是否對花盆澆水，實現按量自動澆花。系統根據不同花卉的需水量設置了不同的澆水量，開機后只需設置好花卉的種類，便能自動找到控制的濕度范圍。

本設計設計簡單方便，成本低，可實施性高，不管在家里還是辦公室，都可以很好的使用，即方便又節約水源，具有相當可觀的應用前景。

參考文獻

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作者簡介

劉承容（1979-），女，廣西玉林人，漢族，講師，學士學位，自動化專業。