基于單片機控制的智能澆灌裝置設計

凌鍇垚

摘 要：盆栽給人們生活帶來了許多舒適的體驗，但盆栽對于土壤濕度要求比較高，常出現植物枯死或“燒苗”的現象。本文采用入門級STC90C516RD單片機作為數據處理和控制部件，采用型號SPT61FDR傳感器檢測花盆土壤的濕度，采用浮球式液位傳感器 檢測水箱液位，采用繼電器、電磁閥完成土壤的澆灌。

關鍵詞：單片機；濕度傳感器；液位傳感器

假期過完回到學校，我發現窗臺上因為缺水而導致枯萎的植物，如何給教室里的植物供水。根據高中物理所學的傳感器知識，我設計了一種由單片機主控的濕度傳感澆灌裝置。

一、總體結構以及工作原理

該裝置由STC90C516RD單片機作為數據處理中心，利用插入土壤的濕敏元件來向單片機反饋濕度指數，單片機再將濕度指數轉化為數字信號來控制驅動裝置實現澆水。若備用水的水槽中水量少于10ml，將會觸發系統的報警裝置，連接蜂鳴器的電路接通，通過蜂鳴器的鳴叫來提醒人向水槽中加水，方案如下：

二、智能滴灌裝置硬件設計

（一）濕度傳感模塊

土壤濕度傳感器是判斷土壤中水分含量的多少來判定土壤的濕度大小。如圖（2）所示，當土壤濕度傳感器探頭懸空時，三極管基極處于開路狀態，三極管截止輸出為0；當插入土壤中時由于土壤中水分含量不同，土壤的電阻值就不同，三極管的基極就提供了大小變化的導通電流，三極管集電極到發射極的導通電流受到基極控制，經過發射極的下拉電阻后轉換成電壓。將濕度信號轉化成電信號輸入到單片機，由單片機計算出實際的濕度大小，判斷是否需要澆水并計算出所需澆水的時間。

（二）浮球式液位傳感器

浮球液位開關結構主要基于浮力和靜磁場原理設計生產的。帶有磁體的浮球（簡稱浮球）在被測水的位置受浮力作用影響：液位的變化導致磁性浮子位置的變化，浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關）作用，產生開關信號。單片機根據傳感器產生的信號值與水位的設定值對比，當輸入值小于或等于設定值時，輸出報警信號，此時與蜂鳴器相連的電路接通，蜂鳴器報警來提醒人向備用水槽中加水。

（三）澆水驅動模塊

驅動模塊負責實現澆水的自動化，該模塊由兩部分構成，即繼電器和電磁閥。由于所采用的電磁閥需要24V 直流供電，故采用了220V 交流轉 24V 直流的開關電源。將繼電器與開關電源及電磁閥相串聯即可實現用繼電器的通斷控制電磁閥的開關。由于單片機 IO 口的驅動電流不夠，不能夠直接驅動繼電器，于是在單片機與繼電器之間加入一個步進電機的驅動芯片。當傳感模塊輸出的電壓達到一定值時，單片機與驅動模塊連接，電磁閥閉合來驅動水泵澆水，而當傳感模塊輸出的電壓未達到某一值時，驅動模塊中無電流，電磁閥打開，驅動裝置關閉。這樣就能實現自動澆水的目的，并且由水泵的容量來決定一次澆水的水量，不會出現澆水過多的情況。如圖（3）單片機給出高電平時，晶體管 Q1 導通，繼電器 K1 通電，電磁閥打開澆水；低電平時，Q1 截止，關閉電磁閥。

三、智能滴灌裝置軟件設計

本裝置使用C語言進行編程，首先對系統進行初始化，然后通過浮球式液位傳感器判斷備用水是否充足，如果不足蜂鳴器報警，充足就通過濕度傳感器感應土壤濕度，當濕度低于標準時，執行自動澆水程序，當濕度高于標準時，程序繼續循環。程序流程圖如圖（4）：

四、總結

我設計的這個裝置從硬件上來說包括單片機、水泵、濕度傳感器、蜂鳴器、電磁繼電器等。都是生活中十分常見的，成本也不算高，具有比較強的實用價值與實際意義。因此，我認為它能普及到家家戶戶中去，能讓我們既欣賞了盆栽，又不用擔心澆水不足亦或是澆水過量導致盆栽枯萎的問題。

參考文獻：

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