基于單片機的自動澆灌系統的設計

江陰職業技術學院 黃瑾瑜

本文設計了一款由單片機控制的自動澆灌系統。本設計的硬件電路采用AT89C51單片機作為主控芯片，采用YL-69土壤濕度傳感器檢測植物的濕度。通過單片機將采集濕度值與設定值分析處理后，控制報警電路和水泵澆灌電路的開啟，從而實現植物的自動澆灌。

1 設計目的

隨著生活水平的提高，很多家庭通過種植綠植、花卉來美化居室、凈化空氣，陶冶情操、豐富人們的生活。給盆花澆水是否能做到適時及適量，是養花成敗與否的關鍵。由于現代生活的快節奏，人們往往因為太忙或出差而忘了及時澆水，導致植物葉片萎蔫或枯死。因此，我們可以設計一種可以檢測盆栽土壤濕度并且能澆水的自動澆灌系統。

2 系統方案設計

本設計提供了一種基于單片機的自動澆灌系統，它可以實現在無人環境中對綠植進行澆灌，并根據不同植物的生長習性，需要水分的不同，對澆水過程進行控制。系統采用AT89C51單片機作為控制器，通過按鍵接口電路設定需要澆水的濕度標準，即濕度上下限。采用土壤濕度傳感器進行綠植濕度的采集，將檢測到的濕度傳送給單片機進行分析處理。如果土壤濕度小于設定濕度值的下限，單片機發出鳴響報警，并控制水泵澆水。當土壤濕度達到設定的上限值就停止澆水，從而實現自動澆灌。

3 硬件電路設計

本次設計的自動澆灌系統由電源模塊、單片機最小系統、土壤濕度檢測與轉換電路、按鍵接口電路、液晶顯示電路、繼電器控制水泵電路以及報警電路組成，如圖1所示。

圖1 自動澆灌系統框圖

3.1 單片機最小系統和按鍵、顯示接口電路

單片機的晶振、復位電路、按鍵接口電路和顯示接口電路的設計如圖2所示。S1為復位鍵、S2為設置濕度值的按鍵、S3和S4分別為濕度值調整增加鍵、濕度調整減小鍵。

圖2 單片機最小系統和按鍵、顯示接口電路

3.2 土壤濕度檢測與轉換

本設計采用YL-69土壤濕度傳感器（如圖3）采集土壤濕度，檢測到的濕度是模擬量，這里需要用到AD轉換電路（如圖4）將模擬量轉換成數字量。

圖3 YL-69土壤濕度傳感器

圖4 土壤濕度檢測與AD轉換電路

3.3 繼電器控制水泵澆灌電路和報警電路

當單片機采集到的濕度數據低于設定下限值，單片機P3.7和P1.5口輸出低電平，控制繼電器（如圖5）和報警電路（如圖6）開始工作。當PNP型三極管Q2的基極為低電位時，三極管導通，繼電器控制K1單刀雙擲開關打向右邊，電機M水泵通電，D2的LED燈被點亮，水泵開始工作。報警電路中三極管Q1導通，蜂鳴器鳴響。

圖5 繼電器控制水泵澆灌電路

圖6 報警電路

4 軟件電路設計

系統軟件設計包括對土壤濕度檢測程序、對采集到的數據進行處理的程序、設置濕度上下限的程序、顯示程序、蜂鳴器程序等。其主程序流程如圖7所示，ADC0832芯片接口程序如圖8所示。

圖7 系統主程序流程圖

圖8 ADC0832讀取數據流程圖

結論：根據設計的硬件原理圖和軟件程序完成實物電路的制作。系統進行調試：當土壤濕度檢測器置于空氣中，檢測濕度值為2.2%，低于設定濕度下限15%時，指示燈亮，蜂鳴器鳴響，水泵開始抽水工作，如圖9所示。當將當土壤濕度檢測器插入水中，濕度上升至86.5%，超出濕度上限值，水泵停止工作，指示燈滅，如圖10所示。經過測試，本設計能完成自動澆灌功能。

圖9 濕度小于設定值，自動澆灌系統工作

圖10 濕度大于設定值，自動澆灌停止