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(jié)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(shè)定值時，繼電器將自動吸合。此裝置實現(xiàn)了在無人干預(yù)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(xiàn)了盆栽養(yǎng)殖智能化。

關(guān)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(zhì)量的提高，越來越多的人喜歡在自家養(yǎng)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(yǎng)花愛好者沒有時間精心打理自己的植物。為使養(yǎng)花愛好者們不用花費太多時間仍能很好地養(yǎng)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(xiàn)了在無人干預(yù)下“定時、定量”地給植物澆水，為花草愛好者帶來福音。

1系統(tǒng)分析

1.1系統(tǒng)總體布局

本系統(tǒng)通過使用土壤濕度檢測模塊和DS18820測溫模塊實現(xiàn)對信號的采集，所采集的信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)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(jīng)三極管S8050由3.3V轉(zhuǎn)為5V.此時繼電器開始工作。當土壤濕度低于所設(shè)定的最低限度時，繼電器吸合，電磁闊供電導(dǎo)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(guān)閉，完成澆水動作。

1.2系統(tǒng)組成

為滿足系統(tǒng)總體設(shè)計的需求，實現(xiàn)更加人性化的系統(tǒng)構(gòu)造，本系統(tǒng)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(shè)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(yīng)銅箔，表面采用鍍鎳的方式，能夠有效提高導(dǎo)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(diào)節(jié)，其中順時針調(diào)節(jié)電位器可以使控制的濕度閾值增大;逆時針調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)一次需要等待5-8秒。

2.2 5V繼電器模塊

該模塊在本系統(tǒng)中主要起到開關(guān)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(shù)設(shè)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(tài)時，繼電器開關(guān)指示燈不斷閃爍的現(xiàn)象。在本系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)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(guān)輸出如圖1所示：

2.3 DS18820測溫模塊

傳統(tǒng)的自動澆水系統(tǒng)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(tǒng)采用DS18820測溫模塊，該模塊在10℃ +85℃范圍內(nèi)有著較為準確的精度，而且可以直接從數(shù)據(jù)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(shù)字方式傳送到中央處理器，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.4 LCD12864液晶顯示屏

本系統(tǒng)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(huán)境溫度及所設(shè)定的土壤濕度最低閾值。在應(yīng)用LCD12864時，欲在某一特定位置顯示某中文字符，應(yīng)先設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(guān)程序開始運行，當PB5置為高電平時，此管腳會輸出3.3V的穩(wěn)定電壓，經(jīng)3.3V轉(zhuǎn)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(jié)語

本文針對自動澆花系統(tǒng)進行研究，通過嚴密的硬件設(shè)計及軟件調(diào)試，實現(xiàn)了無人環(huán)境下系統(tǒng)對植物進行自動澆水，為愛花卻沒時間養(yǎng)花的用戶帶來福音，從而實現(xiàn)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(yīng)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(shè)計[J]，電子世界，2017，（6）：178。

[2]曾瀅.植物自動澆水系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)的設(shè)計[J].智庫時代，2018-（12）：224-225.

[4]鄧云，張浩，杜振葉.自動澆水系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（11）：23.