智能澆花系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計

現(xiàn)如今，高品質(zhì)生活的理念已經(jīng)滲透到生活的方方面面，因此無論是在家中還是在工作學(xué)習(xí)場所，都會看到一些盆栽植物，這不僅能夠改善空氣質(zhì)量，而且能夠提高生活品味。但是生活中常常因工作繁忙，花草得不到及時的澆水，就會干枯死去，從而帶來經(jīng)濟上的損失和精神上的不愉快。

現(xiàn)有的智能澆花產(chǎn)品造價高、實用性差，銷量低。本作品從智能家居的角度出發(fā)，基于AT89C51芯片，利用三極管、繼電器、濕度傳感器等一些簡單元器件，設(shè)計了此智能澆花系統(tǒng)，簡便合理、費用低、實用性高且耗電量小，并能夠長時間工作，具有較好的應(yīng)用前景。

一、智能澆花系統(tǒng)組成及工作原理

智能檢測土壤濕度澆花系統(tǒng)主要包括主控模塊、傳感模塊、電源模塊、輸入模塊，抽水動作模塊和顯示模塊。

主控模塊是以AT89C51芯片為核心，配合復(fù)位電路和時鐘電路組成單片機最小系統(tǒng)；傳感模塊主要由土壤濕度傳感器構(gòu)成，該傳感器可以實時監(jiān)測土壤濕度并具有很高的準(zhǔn)確性；電源模塊是通過5V電源接口實現(xiàn)對系統(tǒng)的供電；顯示模塊通過LCD1602液晶屏顯示土壤濕度和所在模式，輸入模塊是用按鍵輸入實現(xiàn)自動澆灌、手動澆灌模式的選擇并進行濕度上下閾值的設(shè)置；動作模塊是由抽水電機和有源蜂鳴器組成。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測土壤濕度，并且有兩種模式選擇—手動模式和自動模式，手動模式通過按鍵可以實現(xiàn)人為澆水功能；當(dāng)系統(tǒng)處在自動模式時，如果濕度在設(shè)定的上下限范圍內(nèi)時，抽水電機不動作，蜂鳴器不報警，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定下限時，蜂鳴器報警，同時抽水電機就會進行抽水灌溉，直至濕度達(dá)到設(shè)定上限，系統(tǒng)自動實現(xiàn)停止灌溉功能，同時蜂鳴器報警解除。見圖1。

二、智能澆花系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）單片機控制模塊：AT89C51是由Atmel生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機，同時AT89C51有著便宜的價格，而且它和MCS-51系列有這很好的兼容性。因此在這個系統(tǒng)中采用AT89C51作為控制芯片。AT89S51主要性能參數(shù)與MCS—51系列徹底兼容。

（二）土壤濕度傳感器模塊：本作品采用了YL-69濕度傳感器模塊。YL-69是一個簡單的土壤濕度傳感器，其原理為濕敏電容，當(dāng)環(huán)境的濕度發(fā)生改變時，會使得濕敏電容存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化，電容的數(shù)值正比于濕度值。由于濕敏電容有這很高的靈敏度、響應(yīng)速度快、滯后量小的特點，所以濕敏電容很容易小型化和集成化。在系統(tǒng)中，土壤濕度數(shù)據(jù)的采集是有YL-69完成的。

（三）按鍵輸入模塊：S1位復(fù)位鍵、S2位設(shè)置濕度值的按鍵、S3濕度值調(diào)整加鍵、S4濕度值調(diào)整減鍵。

（四）液晶LCD1620顯示模塊：液晶顯示器LCD1602的顯示是通過液晶的物理特性原理來實現(xiàn)的，使用電壓能夠控制顯示區(qū)域，當(dāng)有電的時候，液晶就能夠顯示圖像。

三、智能澆花系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分主要是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計思路，明確運行邏輯，利用keil進行編程。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括土壤濕度檢測程序、對采集到的數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的程序、設(shè)置濕度上下限的程序、顯示程序、蜂鳴器程序等。

該土壤濕度檢測裝置的整個程序的思路是：土壤濕度傳感器收集信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機讀取濕度的數(shù)值，經(jīng)處理，然后將濕度值送至液晶顯示器中進行顯示，當(dāng)數(shù)值小于最小值時水泵開啟，大于最小值時水泵關(guān)閉。

在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還可以增加溫度控制、光照控制、遠(yuǎn)程操控澆水、無線控制等功能，進一步對植物進行養(yǎng)護，這些可以進行后續(xù)的拓展研究。

四、智能澆花系統(tǒng)測試

（一）測試條件：

在室內(nèi)室溫條件下，將系統(tǒng)上電，設(shè)置好土壤濕度合適的上下限閾值，將土壤濕度傳感器置于盆栽植物土壤中，此時，觀察LCD顯示屏上土壤濕度的當(dāng)前值。設(shè)置模式為手動模式，按下按鍵，則電機抽水，抽水一段時間后再按下按鍵，停止抽水，實現(xiàn)手動啟停功能。設(shè)置模式為自動模式，三種情況。若當(dāng)前土壤濕度在設(shè)置的上下限范圍內(nèi)，則抽水電機和蜂鳴器不動作；若低于設(shè)定的下限，則蜂鳴器報警，抽水電機抽水直至土壤濕度到達(dá)設(shè)定的上限；若當(dāng)前土壤濕度高于設(shè)定的上限，則蜂鳴器報警。

（二）測試結(jié)果：

設(shè)置上限閾值為60%，下限閾值為30%，分別測試不同土壤濕度下系統(tǒng)的響應(yīng)情況。

經(jīng)過在手動模式和自動模式下的多次測試，系統(tǒng)動作零誤差，證明本系統(tǒng)可以正常工作，且可靠性高，實用性強。

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