基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制智能澆水系統(tǒng)

楊林++何海龍+++周波+++王雪琴+++杜杰

摘 要：文章介紹了一種以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，HR202濕敏傳感器作為檢測(cè)裝置，通過(guò)上位機(jī)與單片機(jī)的藍(lán)牙通信來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的智能澆花系統(tǒng)。單片機(jī)將檢測(cè)到的土壤濕度與所設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，通過(guò)控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)澆水的動(dòng)作，以保持土壤的濕度在合適的范圍，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度的目的。系統(tǒng)的開(kāi)啟、花卉種類選擇、土壤濕度的設(shè)定與顯示都可通過(guò)上位機(jī)來(lái)控制，極大地方便了人們的生活。

關(guān)鍵詞：濕度傳感器；藍(lán)牙通信；上位機(jī)；遠(yuǎn)程控制；單片機(jī)

1 概述

本設(shè)計(jì)提出了一種基于單片機(jī)的可遠(yuǎn)程控制的智能澆花系統(tǒng)解決方案，該系統(tǒng)不僅解決了根據(jù)植物需求自動(dòng)適量的澆水的問(wèn)題，其可遠(yuǎn)程控制的功能也讓該系統(tǒng)的應(yīng)用更加智能化。

2 總體設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制智能澆水系統(tǒng)主要由STC單片機(jī)最小系統(tǒng)、濕度傳感器模塊、水泵控制電路、藍(lán)牙傳輸模塊及上位機(jī)遠(yuǎn)程控制部分組成，系統(tǒng)通過(guò)濕度傳感器模塊采集土壤的濕度值，然后將檢測(cè)到的模擬值通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字值并送到單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)將采集值與設(shè)定閾值進(jìn)行比較處理后，再通過(guò)藍(lán)牙傳輸模塊將當(dāng)前濕度值傳送到上位機(jī)并顯示出來(lái)，若采集值小于設(shè)定值，證明濕度過(guò)低，單片機(jī)發(fā)出澆水指令，當(dāng)濕度值達(dá)到所設(shè)定閾值，單片機(jī)發(fā)送停止?jié)菜噶?，系統(tǒng)還可以通過(guò)直接對(duì)上位機(jī)界面設(shè)置操作來(lái)遠(yuǎn)程調(diào)整澆水速度。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）濕度傳感器模塊。該傳感器采用HR202濕敏傳感器，其輸出波形穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，工作電壓為3.3V-5V，可直接將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，信號(hào)穩(wěn)定，適用環(huán)境廣泛。濕度傳感器模塊用于檢測(cè)土壤的濕度，傳感器能實(shí)時(shí)采集土壤的濕度值，其中自帶的AD轉(zhuǎn)換將濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)杜邦線傳送到單片機(jī)，供單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理。（2）水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2 所示，電路由三極管、二極管及繼電器搭建而成，三極管主要起開(kāi)關(guān)作用，繼電器線圈兩端并聯(lián)的二極管主要為了防止線圈斷電時(shí)感應(yīng)出反向電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)單片機(jī)I/O口輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，同時(shí)作為狀態(tài)指示的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，集電極產(chǎn)生電流并使繼電器開(kāi)關(guān)閉合，水泵電機(jī)開(kāi)始工作，由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)作為模塊的輸入，模塊輸出直接連接電機(jī)；此系統(tǒng)為了達(dá)到控制澆水速度的功能，就需要對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)速操作，有了電機(jī)驅(qū)動(dòng)就可以通過(guò)對(duì)三極管實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。使用PWM調(diào)速能極大的提高整個(gè)電路的效率，而高的效率意味著對(duì)能源的節(jié)省。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)部分。STC89C52單片機(jī)軟件部分的設(shè)計(jì)，具體流程圖如圖3所示。系統(tǒng)首先對(duì)程序進(jìn)行初始化，接著等待上位機(jī)發(fā)送相關(guān)指令，接收指令成功后，對(duì)程序相關(guān)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行更新（包括土壤濕度、花卉種類、澆花速度等），之后開(kāi)始檢測(cè)土壤濕度，在將當(dāng)前濕度檢測(cè)值傳回上位機(jī)后，系統(tǒng)將把檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)值低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)使能I/O口驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)工作，土壤濕度將隨著水分的增加而增加，一直到檢測(cè)值大于設(shè)定值時(shí)，水泵停止工作。此時(shí)，花卉將處于適宜的生長(zhǎng)環(huán)境中。

（2）上位機(jī)部分。上位機(jī)界面編譯環(huán)境：VS2010，編譯工具：C#，上位機(jī)主要用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，傳輸用戶所設(shè)定的相關(guān)參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能。此系統(tǒng)上位機(jī)界面主要包括花卉種類、土壤濕度、澆水速度、設(shè)備啟動(dòng)等選項(xiàng)，分別用于用戶對(duì)不同花卉的相關(guān)參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制，此外，該界面還設(shè)計(jì)了當(dāng)前土壤濕度顯示欄，用于用戶對(duì)當(dāng)前土壤濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)采用上位機(jī)與單片機(jī)相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)了一款可遠(yuǎn)程控制的智能澆花系統(tǒng)。人們通過(guò)上位機(jī)的人機(jī)交互界面可對(duì)所澆花的種類，土壤的濕度，澆水的速度進(jìn)行設(shè)置并發(fā)出系統(tǒng)是否運(yùn)行的指令，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的可遠(yuǎn)程控制和對(duì)植物所生長(zhǎng)的土壤濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，真正的讓系統(tǒng)可根據(jù)植物的需求對(duì)其進(jìn)行適時(shí)適量的澆水，讓植物生長(zhǎng)在適宜的環(huán)境。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，方便高效，只需要用戶設(shè)置好相關(guān)植物生長(zhǎng)最適宜的土壤濕度、澆水速度即可。

本系統(tǒng)就實(shí)用性與環(huán)保性角度出發(fā)，既可以放置于陽(yáng)臺(tái)、寢室，也可用于花卉種植戶的大棚、草坪上，不僅極大給人們的生活帶來(lái)便利，而且充分利用了水資源，符合當(dāng)代人以節(jié)能為主的可持續(xù)發(fā)展觀念。

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