基于單片機的多點多用自動澆水裝置

黃清梅 劉文武 仲會娟 傅金貴 元梓萱

摘要：本系統以STC89C52單片機為控制核心，通過DS1302時鐘芯片、LCD12864液晶顯示模塊、超聲波測距HC-SR04等電路模塊，采用YL-69型號土壤濕度檢測傳感器來采集土壤信息，經過A/D轉換芯片ADC0832模塊的信息處理轉換成數字信號，顯示屏顯示時鐘、水位值、電壓值等內容，實現對土壤含水量的檢測，同時通過自動檢測水位，完成給花草的自動澆水、自動蓄水的控制過程。

關鍵詞：單片機；土壤濕度檢測傳感器；水位檢測；自動澆水

中圖分類號：TN913 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0031-03

花卉不僅可以提高人們的生活質量還可以陶冶情操、凈化空氣質量，綠色植物需要悉心維護和保養，才能保證它們的茁壯成長，然而這些都是需要花費許多的時間和精力，這對于生活節奏越來越快的人們而言已然是難以完成的一項工作，由于種種的原因而忘記了花草的定時澆水及養護，而造成不可避免的損失，顯然，設計一個家庭自動灌溉系統是非常有必要的[1-4]。

基于單片機設計的家庭智能澆水裝置不僅可以實現自動灑水澆花，節省人力，也當人出差時不至于因為一些外在的因素，影響花卉生長。

1 系統總體方案設計

多點多用自動澆水裝置包括土壤濕度的檢測、自動澆水控制、自動檢測水位、自動蓄水以及報警功能等，該系統設計框圖如圖1所示。土壤水份檢測模塊將檢測到的土壤濕度值送入STC89C52單片機[5-6]，再將其輸出到液晶屏上顯示。自動澆水設計是通過單片機程序來設定水位的上限和下限值，然后和土壤濕度檢測模塊送到單片機的土壤濕度值相比較，實現自動澆水的功能，如果檢測出來的濕度值低于程序預設定的下限閥值時，首先蜂鳴器會響且LED燈閃爍實現報警，而此時單片機需要輸出一個信號來控制電磁閥開啟，這樣就可以開始進行澆水，反之，高于預先設定的值時，電磁閥就會關閉，也就停止澆水。通過多方面的設計與實踐，發現該澆水器以簡單的電路和低價的成本就能夠基本實現自動給花草澆水的各項功能。

2 系統硬件設計

多點多用自動澆水裝置主要由電源模塊、單片機最小系統、顯示模塊、濕度檢測模塊、時鐘模塊、水位檢測模塊、澆水控制模塊和報警模塊等電路構成。

2.1 濕度檢測電路

濕度檢測系統模塊采用YL-69型號的濕度檢測傳感器來檢測土壤濕度，用來檢測土壤的水分，當土壤水分不足時，該模塊就會輸出一個高電平，土壤水份充足時輸出的就是低電平。A/D轉換是采用芯片ADC0832作為主控芯片的外圍電路，它具有的分辨率是8位，能夠達到最高分辨率256級。

土壤濕度檢測系統通過單片機程序來設定澆水的上下限值并將YL-69土壤濕度檢測模塊與送入單片機的土壤濕度值進行比較，當檢測出的濕度低于程序設定的下限值時，在存儲水量足夠的條件下，輸出一個可以控制電磁閥打開的信號，并開始澆水；想要停止澆水的話就要等濕度值高于上限值時再次由單片機輸出可以使電磁閥關閉的信號，從而停止澆水。土壤濕度檢測的模塊原理圖如圖2所示。

2.2 水位檢測電路

澆水裝置使用超聲波測距模塊HC-SR04來檢測水位的高度，即超聲波模塊與水位的距離，本裝置程序中所設定的上限值為15cm，下限值為7cm。若當前水位大于等于上限值15cm時，系統判斷為缺水則繼電器就會控制電磁閥開啟，抽水電磁閥就會開始抽水，直到水位小于等于7cm時繼電器就會控制電磁閥關閉。如此便實現了自動澆花裝置自動蓄水的功能。

超聲波測距模塊HC-SR04是采用I/O口來觸發檢測距離，只要發送一個至少10μs以上的高電平，之后在接收口等待高電平的輸出，在有輸出的情況下，打開定時器計時，當該端口再變成低電平的時候讀出計時器的值，最后根據測距公式算出距離，該測距公式為：測試距離=（高電平時間×聲速）/2，其中高電平時間即高電平持續時間就是超聲波從發射到返回的時間，聲速為340m/s。

2.3 澆水控制電路

多點多用自動澆水裝置采用繼電器來模擬澆花和抽水兩種功能。繼電器的工作原理大體如下：在線圈的兩端只要帶有一定的電壓，線圈中就會流過一定量的電流和電磁效應，而銜鐵克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯必須要在電磁力吸引的作用下才可以，也提高了銜鐵的動觸點和靜觸點吸和。在本裝置中使用了四個繼電器，其中三個是控制花盆的澆水情況，另一個是則是控制蓄水裝置的抽水。繼電器電路圖如圖3所示。

2.4 報警電路

報警電路由蜂鳴器組成，通過三極管擴流從而驅動蜂鳴器進行報警。芯片ADC0832采集電池電壓，當檢測出的電壓低于程序所設定值的時候蜂鳴器會響同時LED燈不斷閃爍，提醒主人應當及時給電池充電或者更換電池，報警模塊電路圖如圖4所示。

3 系統軟件設計

系統軟件流程總框圖如圖5所示。程序開始時，設定20ms的初值，超聲波掃描1s后，然后根據結果切換兩種模式：檢測模式、時間設置模式。系統上電后，在1s的時間內，獲取時間以及AD采集電池電壓并在顯示屏上顯示出來，如果電池電壓小于13V，系統判定沒電，此時LED黃燈閃爍，蜂鳴器響。電量充足時，超聲波水位檢測若水位未到指定限值，抽水電磁閥開始啟動抽水，水量充足時，根據濕度傳感器傳送的濕度值判定三盆花盆是否缺水，若花盆缺水就給相應花盆澆水，當濕度達到設定濕度時，停止澆水。系統澆花檢測模式子程序流程圖如圖6所示。

4 結語

多點多用自動澆水裝置能夠實現對多個花盆不同濕度的檢測方式并具有自動蓄水、故障報警等功能，同時還可以增加定時檢測土壤濕度的功能，并在顯示屏增加定時澆水模式，能夠通過矩陣鍵盤設置澆水時間，本裝置可以應用到需要自動澆水灌溉的蔬菜大棚、園林、草地等場合。

參考文獻

[1]徐高松.基于物聯網技術的智慧花盆的設計與實現[D].北京：中國科學院大學，2013.

[2]汪曉晨.基于AT89S52自動澆花系統的設計[J].電子制作，2015，02（03）：2-5.

[3]姜娓娓，劉巧平.一種盆花自動澆水系統的設計[J].電子測試，2014，（10x）：4-6.

[4]閆紅來.基于單片機控制的花草自動澆水系統的設計[J].機電一體化，2014，（10）：56-57.

[5]劉大茂.智能儀器原理與設計[M].北京：國防工業出版社，2011.

[6]王煜東.傳感器應用電路400例[M].北京：中國電力出版社，2008.