可編程自動澆花系統設計與實現

羅穎惠 杜曉婷 黃子露 趙小利 曹敬麗

摘 ? 要：文章主要介紹由STC89C51單片機、YL69土壤濕度傳感器、ADC0832模數轉換器以及抽水電機組成的可編程自動澆花系統。定時器定時將濕度傳感器測到的土壤濕度數值反饋給STC89C51單片機，與給定的澆水水量范圍比較，低于則澆水，反之不澆水。本裝置有兩個澆水方式：手動與自動，自動澆水可以滿足用戶外出時的澆花需求;手動澆花滿足用戶想要澆花的養身情操。

關鍵詞：單片機;傳感器;澆花器

1 ? ?國內外自動澆花系統研究現狀

如今，國外的自動澆花系統已經較成熟且流行，但國內未達到同高度。究其原因：首先，國外進口的電子澆花器價格太過昂貴，大多數人不愿意承擔高額花費;其次，國內已經有很多研究自動澆水器的項目以及制作出的成品。大多采用的是傳統澆花方式，如雨幕式大范圍澆灌方法給植物補充水分，無法檢測土壤濕度，也有較經濟的盆花缺水報警器，提醒人們及時給盆栽澆水。但報警器只是提供警報功能，澆水仍然要求人們自己進行，當家里無人時，即使報警器響了也無人澆水，起不到應有的作用。

雖然目前有許多類型的自動澆水器，但是大多沒有檢測土壤濕度的裝置，只能盲目澆水。基于以上背景，本設計以單片機為基礎，利用定時器、濕度傳感器、蜂鳴器、LCD顯示屏、按鍵來實現自動澆水與手動澆水相結合的功能。自動編程控制澆花系統、手動和自動的澆花方式逐步填補國內在此方面的空白。在家時，可以按鍵選擇手動澆水;不在家時，可以通過單片機程序控制自動澆花。同時，系統裝置根據土壤濕度進行澆灌，澆灌方式為可接移動式噴灌，流量相對小，不會過度灌溉浪費水源，可起到節水作用。

2 ? ?設計方案

本裝置的功能呈現方式具體有兩種：手動按鍵模式與自動編程控制模式。具體器件包括STC89C51單片機、YL-69土壤濕度傳感器、ADC0832模數轉換器、液晶顯示儀以及抽水電機，系統設計框架如圖1所示。

3 ? ?器件介紹

3.1 ?STC89C51單片機

3.1.1 ?工作原理

（1）STC89C516AD具有ADC功能，10位精度ADC共8路，可與ADC0832 轉換器相匹配。

（2）P1口，是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTE邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ILL）。

（3）P0口，是一組8位漏極開路型雙向I/O口，即地址/數據總線復用口。作為輸出口時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時可作為高阻抗輸入端用。

3.1.2 ?主要功能

本系統的主要功能是裝置的核心元件，執行軟件程序設計和執行控制系統。控制電路如下：電源模塊、單片機基本外圍模塊、土壤濕度檢測電路、警報電路、LED顯示電路、澆水控制電路、報警電路、定時電路。

3.2 YL-69 土壤濕度傳感器

3.2.1 ?工作原理

（1）土壤傳感器檢測的土壤濕度，表面采用鍍鎳處理，加寬的感應面積可以提高導電性能，防止接觸土壤容易生銹的問題，延長使用壽命。

（2）產品可以寬范圍控制土壤的濕度，通過電位器調節控制相應閥值。濕度低于設定值時，DO輸出高電平;高于設定值時，DO輸出低電平。

（3）比較器采用LM393 芯片，工作穩定。

（4）設有固定螺栓孔，方便安裝。

（5）從傳感器的D0引腳，土壤濕度大于某個閾值，則D0輸出0，否則輸出1;從傳感器的A0引腳，獲取模擬量，更加精確。土壤濕度越大，獲取的模擬量值越大。

3.2.2 ?主要功能

土壤濕度檢測系統的重要組成部分，通過單片機設定上下限水量，與土壤濕度檢測反饋的土壤濕度值相比較，從而判斷是否澆水;當水分不足時，發送高電平，否則相反。

3.3 ?ADC0832轉換器

（1）工作原理：ADC0832是8腳雙列直插式雙通道A/D轉換器，能分別對兩路模擬信號實現模數轉換，可以在單端輸入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通過DI數據輸入端進行通道選擇、數據采集及數據傳送。8位的分辨率（最高分辨可達256級）可以適應一般的模擬量轉換要求，其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5 V，具有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。

（2）主要功能：將濕度傳感器產生的模擬信號轉換成數字信號的作用。

3.4 ?按鍵

設置有手動、自動、開始以及停止按鍵，按下奇次自動按鍵，實現自動澆灌功能，完全脫離人力，由單片機程序控制澆水。按下偶次手動按鍵，實現手動控制澆水，當濕度傳感器檢測土壤濕度達到設定閥值下限時，蜂鳴器警報響起，提醒手動按下開始按鍵進行澆水，當濕度達到閥值上限時，手動按下停止按鍵停止澆水。

3.5 ?抽水電機

主要功能：與附近水源連接，開關控制閥門。當開關打開時電機啟動，抽水電機自動蓄水，蓄水完成后，開關閉合，停止工作。

3.6 ?定時器和蜂鳴器

定時器主要功能：定時器可以發出不同頻率，不同占空比的PWM波。蜂鳴器接收波形時，由于頻率和占空比的不同，會發出不同聲音，設定一定的頻率控制蜂鳴器發出警鳴聲。

蜂鳴器主要功能：起到警報作用，接受PWM波形，發出聲音，提醒人們為植株灌溉。

4 ? ?工作原理

本裝置的功能呈現方式具體有兩種：手動按鍵選擇手動澆花與自動編程控制澆花。以STC89C51單片機為核心，利用抽水電機進行自動蓄水，土壤濕度傳感器對土壤進行實時檢測，將檢測的土壤濕度值經過A/D轉換模塊進行模數轉換后，反饋給單片機，進行設定土壤濕度閾值上下限比較并顯示在LCD液晶屏上，與單片機程序設定土壤濕度上下限值對比。首先，當檢測的濕度值達到設定的下限值時，蜂鳴器響起達到報警功能;單片機發出訊號啟動電池閥驅動抽水電機工作，對植物進行灌溉，一直持續到濕度值達到上限值，單片機會再發出一個訊號關閉電池閥，停止抽水電機的工作。其次，手動按鍵澆水模式。土壤濕度傳感器檢測濕度值低于下限值時，警報器響起提醒澆灌，手動按下按鍵抽水電機開始抽水進行澆灌，當濕度值達到上限時，警報再度響起，手動按下按鍵停止抽水電機工作。

5 ? ?軟件設計

自動澆花系統程序開始時進行初始化，檢測按鍵次數，奇數是自動澆花，偶數是智能澆花。

（1）自動澆花：YL69土壤濕度傳感器定時對植物所處的土壤進行測濕，再將測量值反饋給單片機程序設定值。第一，濕度值在4～6個量，則需澆“少量”水;第二，濕度值在7～9個量，則澆“中量”水;第三，濕度值為10及以上個量，則澆“大量”水（少量為100 mL;中量為150 mL;大量為200～250 mL），如果達到預設值，則停止澆水，再次從頭開始循環;如未達到預設值，繼續澆水，達到預設值為止。

（2）手動澆花：按鍵次數為偶數時，則啟動手動按鍵模式，主人自主澆花。

6 ? ?結語

經過多方面設計與實踐，該裝置能夠實現基本的自動澆灌功能，能夠解決當前家庭養殖中存在的主要問題。實時查看土壤的溫濕度情況，完全脫離人力實現自動澆灌，與市場上已有的自動澆花裝置相比，更加物美廉價，適用范圍廣，屋頂花園、菜園、陽臺都可以使用，為人們提供更加便捷的澆灌方式，給予未來生活一個美好的向往與計劃。

Abstract：This paper mainly introduces a programmable automatic flower watering system composed of STC89C51 single chip microcomputer， YL69 soil moisture sensor， ADC0832 analog-to-digital converter and pumping motor. The timer regularly feedback the soil humidity measured by the humidity sensor to STC89C51 single chip microcomputer. Compared with the given watering range， it is lower than the given watering range， on the contrary， it does not water. The device has two watering modes： manual and automatict， to automatically water to satisfy the owners absence of convenience in watering flowers; to manually pour the flowers to satisfy the owners desire to cast the flowers.

Key words：single chip microcomputer; sensor; flower watering device