基于单片机的智能浇花系统设计与实现

摘要: 设计了一种智能湿度感应浇花系统 系统以单片机 AT89S52 为控制芯片,利用 SLHT5-1 土壤湿度传感器来检测土壤的相对湿度,再通过单片机进行信息处理,采用模糊控制方法,输出控制信号,控制继电器的动作,从而控制水泵电源的通断,完成按需按量自动浇花的工作,启动浇花之前先有蜂鸣器报警。
关键词: 智能浇花; 土壤湿度传感器; 单片机; 水泵

0 引 言

随着生活水平的提高,许多城乡居民为了美化环境,净化空气,喜欢在家中阳台上种植一些花草 植物是离不开水的,需经常浇灌。 而人们出差或有事不在家时,植物的供水就会中断,植物面临干枯 有些植物对湿度的要求很高,人为的过度浇水,植物的根茎容易腐烂,从而影响到植物的正常生长。
国内外均有自动浇花系统的应用,大多数自动浇花系统是利用虹吸原理,即利用渗透的方式浇花,这种方式浇花过程是连续的、 不间断的,采用这种方式只能保证花不会干旱而死,不是花需要浇水时才进行浇灌 。还有一些自动浇水系统,可以设定何时进行浇灌及浇灌时间,与上一种方式相同,也不是花需要浇水时才进行浇灌。 另外还有一些自动浇水系统,是采用单片机控制,利用湿度传感器采集湿度信息,需要浇水时自动浇灌,但是需要用在外部有水龙头的情况下,而家庭花草种植一般都放在阳台上,阳台上一般均没有水龙头,使用起来非常不方便。 基于单片机的智能浇花系统可以在阳台上使用,能够按需自动浇花

1 基于单片机的智能浇花系统组成

该系统主要由土壤湿度检测电路 键盘 LCD 液晶显示电路 报警电路、 水泵控制电路等组成。 具体结构如图 1 所示 通过土壤湿度传感器测量出土壤湿度信号,单片机采集土壤湿度信号并进行分析和处理,输出控制信号,控制水泵工作与否,从而达到按需浇花的目的。

2 系统工作原理

由于不同的花卉有不同的需水特性,浇花时应适时适量,按需浇花 。为此,系统采用模糊控制的方式达到精确浇花的目的。 一方面,单片机采集土壤湿度信号,并通过计算判断是否应该浇花; 另一方面,单片机采用查表的方法来实现浇水量的模糊控制 在软件设计时,根据不同花卉的需水量,将其土壤湿度值允许区间存入表格中,即模糊控制响应表,这些数据均是人们长期积累的经验值,并将表格事先置入 ROM 存储区的某一位置中供查表使用 例如: 对君子兰进行自动浇水,单片机将采集到的湿度信号与表格中的君子兰最小湿度值进行比较,当采集到的湿度值小于表格中的最小湿度值时,开始浇花; 当采集到的湿度值大于表格中君子兰的最大湿度值时,停止浇花,从而控制浇水的时机及浇水量的多少。

3 系统硬件设计

31 土壤湿度检测电路

本设计采用土壤温湿度传感器 SLHT5-1 。该传感器采用全量程标定,两线数字输出,可直接与单片机连接使用,具有非常高的一致性,湿度测量范围可达 0 ~ 100% RH。可将探头直接埋入土壤中,适合在工地农业温室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要检测土壤温湿度的环境使用。检测电路如图 2 所示。

32 键盘及液晶显示电路

本设计采用 LCD12232F 液晶显示模块 ,它有自己的字节库,不用存储,并行连接方式,使用方便 。用来显示系统的工作状态及浇花的种类。 键盘采用独立式按键,包括复位键 选择花卉种类按键 启动按键 。开机显示: “ 欢迎使用自动浇花系统 ,之后显示 请选择花卉种类 ”。 通过对选择花卉种类按键的设置,结合液晶显示内容,确定花卉种类。 本系统共设计了君子兰 银杏 芦荟 仙人球 芍药 牡丹 香雪兰,共七个种类,对应七个湿度区间。 确定完花卉种类之后,显示花卉的名称

33 水泵控制电路

水泵控制电路如图 3 所示,三极管 Q1 的基极 B 接到单片机的 P3. 6 ,三极管的发射极 E 接到继电器线圈的一端,线圈的另一端接到 + 5V 电源 VCC 上; 继电器线圈两端并接一个二极管 IN4148 ,用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势,防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路; R2 和红色发光二极管组成一个继电器状态指示电路,当继电器吸合的时候,LED 点亮,这样就可以直观的看到继电器状态

AT89S52 单片机的 P3. 6 引脚输出高电平时,三极管饱和导通,+ 5V 电源加到继电器线圈两端,继电器吸合,同时状态指示的发光二极管也点亮,继电器的常开触点闭合,相当于水泵开关闭合,水泵开始工作。 反之, P3. 6 引脚输出低电平时,三极管截止,继电器线圈两端没有电位差,继电器衔铁释放,同时状态指示的发光二极管也熄灭,继电器的常开触点释放,相当于水泵开关断开,水泵停止工作。系统水泵采用 220V 供电潜水泵,最大流量 1750L /H ,浇花喷头采用花洒喷头,实现均匀喷水,防止局部土壤湿度过高,测量不准确。

34 报警电路

由于本系统通常应用在客厅中,为避免水泵突然启动惊扰主人,在系统中设置了报警电路。在水泵启动之前先有几次“嘀嘀嘀”的 报警声,之后才开始浇花。 报警电路如图 4 所示 由单片机的 P3. 0 引脚控制三极管的通断,从而控制蜂鸣器的通断。

4 系统软件设计

系统软件设计包括初始化 显示子程序 选择花卉种类子程序 土壤湿度检测子程序、 数据处理子程序 报警子程序等,主程序流程图如图 5 所示

5 结语

本设计采用 AT89S52 单片机作为控制芯片,设计了一款智能浇花系统 该系统根据花盆中土壤湿度来控制水泵的开启与停止。 采用模糊控制方式,控制浇水量的多少,即对土壤湿度进行实时监测,与设定好模糊控制响应表的湿度值进行比较,判断浇水量是否符合标准,完全实现按需按量自动浇花。 系统根据不同花卉的需水情况设置了不同的浇水量,开机后只需设置好花卉的种类,便能够自动找到应控制的湿度范围。
系统放在家中阳台上使用,经实验证明效果良好 另外,系统也适合在温室大棚、 花卉 苗圃 草坪等场合使用,即方便又节约水源

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