基于WiFi的智能澆花系統設計與實現

（南昌師范學院，江西南昌 330032）

隨著人們的生活質量不斷提高，越來越多的家庭會在室內養花草來裝點環境、凈化空氣，而且能夠陶冶情操、豐富日常生活。近年來，工作和生活節奏逐漸加快，出差、旅游、學業繁忙等導致人們難以有充足的時間對花草進行養護。因此，本文設計了一種基于WiFi的智能澆花系統，可以對土壤濕度進行實時監控，將信號數字化處理和輸出，根據設定的濕度上、下限進行澆水，實現智能澆花。

1 總體設計

1.1 系統功能

此系統主要利用土壤濕度傳感器FC-28對土壤濕度信號進行實時采集，采用STC89C51單片機為核心，實現對信號的數字化處理與輸出，用WiFi模塊ESP8266進行遠程控制，將實時濕度與設定的濕度上、下限進行對比分析，確定澆水系統的工作情況。

1.2 系統框圖

本系統主要由按鍵模塊和濕度檢測模塊作為輸入模塊，經過STC89C51芯片對輸入的信號進行處理，通過LCD顯示模塊、報警模塊和驅動模塊進行輸出，WiFi模塊既是輸入模塊又是輸出模塊，通過此模塊實現數據的遠程交互。

總體框圖如圖1所示。

圖1 總體框圖

2 硬件電路

2.1 STC89C51最小系統

核心芯片STC89C51完成傳感器采集信號及輸出部分的分時控制。

復位電路由K1、C3和R1構成，按住K1按鍵，電源VCC經C3、R1充電在RST端產生一個復位的高電平。

晶振電路由Y1、C1和C2構成的并聯諧振回路。

STC89C51最小系統如圖2所示。

圖2 STC89C51最小系統

2.2 LCD顯示模塊

LCD1602液晶實現當前濕度、濕度上限和下限閾值顯示。單片機P0～P7分別與LCD數據端相連，P2.5～P2.7分別與LCD的RS、RW、EN端相連。LCD的字符由ASCII碼表顯示，通過數據端的接收的信號轉化為顯示的字符。

2.3 濕度檢測模塊

濕度檢測模塊由土壤濕度傳感器FC-28和ADC0832模數轉換器構成，J1是兩個插片，插在土壤里，AC口用來采集電壓值，經過ADC0832進行A/D轉換，再通過引腳P12、P13、P14傳給單片機進行處理。

1602液晶顯示的電路如圖3所示，濕度檢測的電路如圖4所示。

圖3 1602液晶顯示電路

圖4 濕度檢測電路

2.4 按鍵模塊

本次設計采用的是獨立按鍵，通過三個按鍵實現對上、下限土壤濕度的設置，K2為設置按鍵、K3為加按鍵、K4為減按鍵。按下按鍵后，單片機的引腳P15、P16或P17變為低電平，實現對系統的土壤濕度上、下限閾值設置。

2.5 WiFi模塊

WiFi模塊實現土壤濕度信息的實時展示與遠程控制澆花。采用ESP8266_12芯片，TXD與RXD分別接至單片機的P30與P31引腳，實現數據的遠程交互。

按鍵與單片機的接口電路如圖5所示，WiFi模塊電路如圖6所示。

圖5 按鍵電路

圖6 WiFi模塊電路

2.6 驅動模塊

驅動模塊電路使用5 V水泵噴水，因為水泵屬于大功率裝置，所以選擇三極管9012輔助單片機來實現對水泵的控制，當單片機的引腳P20為低電平時，三極管導通，水泵正常工作；否則，水泵不工作。電容作用是濾波，濾除水泵供電電源中的低頻參量，使水泵穩定工作。

2.7 報警模塊

當土壤濕度低于所設定的濕度下限時，蜂鳴器啟動報警，對土壤進行澆水等操作后，使土壤濕度回到設定的范圍，蜂鳴器停止報警。當單片機的引腳P11為低電平時，三極管9012導通，蜂鳴器報警，同時LED也會閃爍。

驅動模塊電路如圖7所示，報警模塊電路如圖8所示。

圖7 驅動模塊電路

圖8 報警模塊電路

3 軟件程序

該系統的軟件代碼采用模塊化設計，包括濕度檢測程序模塊、AD轉換程序模塊、顯示程序模塊等。上電初始化，采集土壤濕度值，設置濕度上、下限，系統自動判斷是否滿足澆花條件，將采集的數據顯示在LCD顯示屏上。若當前土壤濕度低于預設濕度下限值，蜂鳴器啟動報警，水泵啟動澆花；土壤濕度高于預設濕度下限值時，蜂鳴器停止報警，水泵繼續進行澆水，直到土壤濕度值高于預設濕度上限值，水泵停止澆水。主流程圖如圖9所示。

圖9 主流程圖

4 系統測試

4.1 測試條件

系統測試如圖10所示。

圖10 系統測試

將土壤濕度傳感器置于盆栽植物土壤中，在室內室溫條件下，將系統上電，打開開關。此時，觀察LCD顯示屏上的顯示值，液晶第一行顯示實際的濕度，液晶第二行顯示上次斷電前的濕度上限值和濕度下限值，可以通過按鍵或手機設置土壤濕度合適的上、下限閾值，按下選擇工作模式按鍵可以切換手動模式和自動模式。

手動模式：按下按鍵，電機抽水，實際的濕度值不影響水泵的工作狀態，只有再按下按鍵才能停止抽水。自動模式：實際濕度在濕度上、下限范圍內，水泵不工作，紅燈不閃爍，蜂鳴器不響，綠燈常亮；實際濕度小于濕度下限，水泵工作，紅燈閃爍，蜂鳴器報警；實際濕度大于濕度下限，水泵不工作，紅燈不閃爍，蜂鳴器不報警，此時打開系統WiFi功能，則可以通過點“開/關”鍵向水泵發送工作指令。

4.2 測試結果

設置濕度下限值為25%，濕度上限為60%，基于不同濕度的土壤，

系統測試情況如表1所示。

表1 測試結果 單位：%

5 結語

本文研究一種基于WiFi的智能澆花系統，對土壤濕度信號進行實時采集，對信號進行處理并輸出控制信號，實現土壤濕度信息的實時顯示和智能澆花的遠程控制。經測試，該系統工作穩定、實用性強，進一步完善可用于園林、大棚蔬菜及果園等進行自動澆灌。