基于STM32的自動澆水裝置

左炳輝

摘要：本文以STM32單片機為核心，結合土壤濕度檢測模塊、5V繼電器模塊、DS18820測溫模塊、LCD12864液晶顯示屏及電磁閥等裝置，通過土壤濕度傳感器檢測土壤的實時濕度，當濕度低于設定值時，繼電器將自動吸合。此裝置實現了在無人干預下“定時、定量”的澆水，避免7植物因土壤過于干旱而枯萎，實現了盆栽養殖智能化。

關鍵詞：STM32 土壤濕度檢測模塊 5v繼電器模塊 LCD12864液晶顯示屏

引言

隨著人們生活質量的提高，越來越多的人喜歡在自家養一些植物，以此來提高生活樂趣。但當今社會，人們始終過著“快生活”

出差、加班到深夜……忙碌的生活使養花愛好者沒有時間精心打理自己的植物。為使養花愛好者們不用花費太多時間仍能很好地養殖自己喜愛的植物，本文以STM32單片機為核心，制作出一種自動澆水裝置，實現了在無人干預下“定時、定量”地給植物澆水，為花草愛好者帶來福音。

1系統分析

1.1系統總體布局

本系統通過使用土壤濕度檢測模塊和DS18820測溫模塊實現對信號的采集，所采集的信號經過AD轉換后傳人到單片機的處理單元。當溫度適宜時，單片機指定管腳置為高電平，管腳輸出電壓經三極管S8050由3.3V轉為5V.此時繼電器開始工作。當土壤濕度低于所設定的最低限度時，繼電器吸合，電磁闊供電導通，盛水器皿中的水開始往花盆里流淌;當土壤濕度檢測模塊檢測到的濕度值達到最大允許濕度后，繼電器斷開，電磁閥關閉，完成澆水動作。

1.2系統組成

為滿足系統總體設計的需求，實現更加人性化的系統構造，本系統共由六大主要模塊組成，分別為：土壤濕度檢測模塊、5V繼電器模塊、DS18820測溫模塊、220V交流電磁閥、LCD12864液晶顯示屏和4*4矩鍵模塊。

2硬件設計

2.1土壤濕度檢測模塊

本裝置采用土壤濕度檢測模塊，該模塊主要作為傳感器使用。其兩極采用加寬的感應銅箔，表面采用鍍鎳的方式，能夠有效提高導電性能，并能更好地防止生銹，從而延長使用壽命。土壤濕度的最低閾值可以通過繼電器上的電位器來調節，其中順時針調節電位器可以使控制的濕度閾值增大;逆時針調節電位器可以使控制的濕度閾值減小。需要注意的是，由于該模塊帶有延時功能，每調節一次需要等待5-8秒。

2.2 5V繼電器模塊

該模塊在本系統中主要起到開關的作用，其最大輸出負載可達1500W，允許通過的最大交流電壓為250V，可以滿足大多數設備的需求。該繼電器還加有25V/lOμF的電容，能在一定程度上避免濕度在臨界狀態時，繼電器開關指示燈不斷閃爍的現象。在本系統的使用過程中，當土壤濕度檢測模塊檢測到土壤濕度低于所設定的最低閾值時，繼電器會自動吸合，其公共端與常開端斷開（本系統采用常開端電路接法），公共端與常閉端閉合，此時電磁閥通電工作[4]。繼電器開關輸出如圖1所示：

2.3 DS18820測溫模塊

傳統的自動澆水系統大多僅僅重視土壤濕度，而忽略了溫度對植物的影響。為解決這一問題，本系統采用DS18820測溫模塊，該模塊在10℃ +85℃范圍內有著較為準確的精度，而且可以直接從數據線獲得電源（“寄生電源”），無需外部電源。除此以外，該模塊可以將采集的溫度直接通過單總線（l-Wire總線）的數字方式傳送到中央處理器，大大提高了系統的抗干擾能力。

2.4 LCD12864液晶顯示屏

本系統采用了LCD12864液晶顯示屏并搭配4*4矩鍵，可以實時顯示當前的環境溫度及所設定的土壤濕度最低閾值。在應用LCD12864時，欲在某一特定位置顯示某中文字符，應先設定字符顯示的位置（即顯示地址），后寫人中文字符編碼。除通過電位器改變土壤濕度最低閾值外，用戶也可通過“矩鍵輸入，的方式，在顯示屏菜單欄下修改土壤濕度的極值，達到“一器多用”的效果。LCD12864漢字顯示坐標如表l所示：

3軟件設計

本自動澆水裝置采用C語言進行程序編寫，并在軟件KeiluVision5上進行程序的編譯工作。整個程序在結構上由主程序、LCD12864屏幕顯示程序、矩鍵掃描程序、溫濕度采集程序及輸出控制程序等組成。其中溫度的采集及土壤濕度的采集用到條件判斷語句;當測溫模塊采集的溫度在合適的范圍時，將單片機PB5管腳置為高電平的相關程序開始運行，當PB5置為高電平時，此管腳會輸出3.3V的穩定電壓，經3.3V轉5v升壓電路后可使Sv繼電器正常工作。此時只要濕度滿足要求，繼電器便可自動吸合，電磁閥通電工作，澆水動作開始。程序流程圖如圖2所示。

4結語

本文針對自動澆花系統進行研究，通過嚴密的硬件設計及軟件調試，實現了無人環境下系統對植物進行自動澆水，為愛花卻沒時間養花的用戶帶來福音，從而實現生活智能化。從本植物自動澆水裝置的智能化和人性化方向考慮，該裝置將來有望應用到家庭、公司、花卉市場及園林等地。

參考文獻

[1]張紅月.基于單片機控制的自動澆花器的設計[J]，電子世界，2017，（6）：178。

[2]曾瀅.植物自動澆水系統設計[J].電子測試，2018，（15）：31，42.

[3]滕海坤，蔣翊彬，梁欣欣.基于STC89C52單片機的家居盆栽自動澆水系統的設計[J].智庫時代，2018-（12）：224-225.

[4]鄧云，張浩，杜振葉.自動澆水系統設計[J].同行，2016，（14）：19，32.

[5]汪磊，韓宇光，郭鵬，張光忠，侯志鵬.盆花自動澆水系統的設計[J].科技創新與應用，2016，（11）：23.