基于单片机的智能浇花系统

SOFTWARE 2020
软 件第41卷 第11期
2020年
Vol. 41, No.11
作者简介：施戈（1999―），男，本科，扬州大学广陵学院2017级电气工程系学生；潘往丽（1969―），女，讲师，研究方向：物理。

通讯作者：翟娟（1990―），女，硕士，讲师，研究方向：控制理论与控制系统。

基于单片机的智能浇花系统
施戈 翟娟 潘往丽
（扬州大学广陵学院，江苏扬州 225009）
摘　要：在快节奏却又追求质量的当今社会，许多人想要养一些盆栽陶冶情操却有没时间浇灌。

本文介绍了一种以
关键词：STC89C52；湿度报警 ；智能浇花；串口通信中图分类号：TP368.1
文献标识码：A
DOI ：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.11.039
本文著录格式：施戈，翟娟，潘往丽.基于单片机的智能浇花系统[J].软件，2020，41（11）：145-147+152
Intelligent Watering System Based On Single Chip Microcomputer
SHI Ge,ZHAI Juan,PAN Wangli
(Guangling College,Yangzhou University, Yangzhou Jiangsu 225009)
【Abstract】：In today�s fast-paced but quality-oriented society, many people want to cultivate some potted
plants, but have no time to water them. This paper introduces an intelligent watering system with STC89C52 as the main control chip, which can feed back the real-time data to users through the mobile phone app at the same time of intelligent watering.
【Key words】：AT89S52;temperature alarm;intelligent watering;serial communication
设计研究与应用
0 引言
当今社会，更高的生活水平预示着更高的要求，许
多人喜欢养一些盆栽来陶冶情操，但是有很多学生和上班族忙于学习或工作，忽略了对盆栽的浇灌。

智能浇花系统能轻松排除人们的这些顾虑，在工
作、旅游、学习时，不用担心盆栽的生长问题。

面对不同的花卉，该系统可以自由地设置土壤的湿度以及环境的温度范围，使得作物更加茁壮的成长。

1 单片机在智能浇花系统硬件设计中的应用
图1 系统设计框图
Fig.1 Saystem design block diagram
硬件部分主要包括主控芯片（STC89C52），环境监
测温湿度传感器DHT11，土壤湿度传感器YL69，液晶与键盘模块，Wi-Fi 模块，报警电路以及由继电器控制的阀门。

借由这些硬件，可以完成对土壤以及空气温湿度的实时监控，并将收集到的数据通过Wi-Fi 模块发送
到手机APP。

一般情况下，系统处在自动模式，同时，
还可以在手机上启用手动灌溉，方便灵活。

系统的设计框图如图1所示。

2 湿度传感器
2.1 环境监测温湿度传感器
用来采集环境的温湿度（空气），主要采用DHT11
进行信息采集，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有
极高的可靠性和卓越的长期稳定性[1]。

在单片机发送一次开始信号之后，DHT11从低功耗变为高速模式。

等到这个开始信号一结束，DHT11发送回采集到
STC89C52为主控芯片的智能浇花系统，在进行智能浇花的同时，还可以将实时的数据通过手机APP 反馈给用户。

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的40位数据，并发送响应信号。

这之后，进入一次信号采集的阶段，用户可以有选择性地读取这40位数据。

采集结束之后，DHT11回到低功耗模式。

这样的读取方式保证了功耗的最低化。

图2为DHT11温湿度传感器图。

图2 DHT11湿度传感器
Fig.2 DHT11 humidity sensor
2.2 土壤湿度传感器
YL69土壤温湿度传感器用于收集土壤中的湿度，并经过ADC0832 模数转换后将相应的温湿度信息传送到STC89C52单片机，STC89C52单片机将相应的环境湿度信息以及土壤湿度信息进行处理后通过LCD1602液晶进行显示[2]。

当湿度变化的时候，电路中的电阻也会随之变化，范围是0～10kΩ，变化幅度随湿度大小而变化。

图3为土壤湿度传感器与AD转换器的连接。

以上二者组合，构成了整个湿度采集。

室内环境温湿度与土壤湿度，二者相辅相成，才能保证植物处于优秀的环境。

图3 土壤湿度传感器与ADC0832连接Fig.3 Soil moisture sensor connected with ADC0832
图4 声光报警电路
Fig.4 Sound and light alarm circuit
2.3 报警电路
报警电路包括蜂鸣器与指示灯。

在读取DS18B20测量的实时温度值后，然后将此数值和预设的报警温度门限进行对比判断[3]。

如果当前温度比最低门限低或者比最高门限高，则启动蜂鸣器和报警灯进行报警一分钟，同时向手机APP发送提示，但不动作继电器灌溉；如果湿度低于门限值，启动蜂鸣器和报警灯进行报警，同时动作继电器灌溉，直到湿度回复正常值。

报警电路
2.4 液晶显示
液晶显示器显示字符锐利，耗能极低，且采用并行方式，调节起来十分方便。

当我们运用LCD显示的时候，只要发出不同指令，就可以进行相应的显示。

系统采用LCD1602，该液晶显示分两行，每行有16个字符。

在开启后，待机（初始状态）状态下，上一行显示（TEMP：xx），下一行显示（RH：xx）。

按下调整温度报警最低温键，界面改为只显示一行：（MIN TEMP：xx），这时按下加减可以进行调整，再次按下调整温度报警最低温键回到待机状态。

按下调整温度报警最高温键，界面改为只显示一行：（MAX TEMP：xx），这时按下加减可以进行调整，再次按下调整温度报警最高温键回到待机状态。

按下调整湿度报警值键，界面改为只显示一行：（MIN RH：xx），这时按下加减可以进行调整，再次按下调整湿度报警值键回到待机状态。

按下调整湿度饱和值键，界面改为只显示一行：（MAX RH：xx），这时按下加减可以进行调整，再次按下调整湿度饱和值键回到待机状态。

在非调整状态按下加减键无效。

在报警启动时，液晶屏以半秒为周期进行闪烁，直到报警解除。

LCD的引脚示意图如图5。

图5 LCD引脚示意图
Fig.5 LCD pin diagram
2.5 按键
在该系统中，采用矩阵键盘。

虽然按键更多，但是也更加直观。

按键包括复位键、启动键、手动灌溉键、如图4。

施戈 翟娟 潘往丽：基于单片机的智能浇花系统
调整温度报警最低温键、调整温度报警最高温键、调整湿度报警值键、调整湿度饱和值键以及加和减键。

2.6 灌溉喷淋电路
该电路包括继电器和喷淋。

湿度传感器将数值显示到LCD液晶显示器，并通过wifi将数值上传到手机APP，然后我们可以选择手动灌溉（默认自动，无需切换）。

考虑到喷淋的效率以及植物的吸收，采用类花洒的喷头。

片机控制继电器动作，进而进行喷淋；当湿度值超出设定的上限，停止进行喷淋[3]。

如果有特殊情况，比如高温低温，可以进行手动灌溉。

在手动灌溉情况下，在APP点击灌溉（或是按下灌溉按键）时（当前湿度处于警戒值和上限之间时），继电器动作，进而进行喷淋；当湿度值超出设定的上限，停止进行喷淋[4]。

灌溉喷淋电路示意图如图6所示。

图6 灌溉喷淋电路示意图
Fig.6 Schematic diagram of irrigation spray circuit 2.7 WIFI模块
通过WIFI模块，将收集到的数据发送到手机APP，从而完成智能浇花。

本系统采用ESP8266来连接单片机和智能手机，ESP8266的工作温度范围大，且能够保持稳定的性能，能适应各种操作环境，非常适合本系统[5]。

ESP8266支持softAP，station以及softAP和station 共存模式，在本文中采用softAP模式，即将ESP8266作为一个wifi热点。

运用ESP8266进行远程控制的基本流程[6]：ESP8266先进行初始化，这一步就相当于打开手机热点，接着就可以让手机连上ESP8266[7]。

然后用手机发指令给ESP8266，ESP8266再将指令发给单片机执行。

单片机每秒都会读取温度和湿度，在液晶屏显示的同时，通过ESP8266将数据发送到手机APP进行显示[8]。

控制流程如图7所示。

图7 ESP8266控制流程图
Fig.7 Control fl ow chart of esp8266
该系统适合放在阳台、草坪、院子等处，节约用水，经济实惠。

图8 湿度的读取流程图
Fig.8 Flow chart of humidity reading
3 单片机在智能浇花系统软件设计中的应用
在按下开始键后单片机启动，因为盆栽的品种不同，所以要通过调整温度和湿度的上下限，来让植物处于最佳状态。

湿度是绝对的喷淋标准，在湿度低于警戒值时，自动启动继电器，进行喷淋。

但是环境的温度并不是绝对的标准，比如在高温的夏日，土壤湿度尚可，温度却极高，此时仍然需要进行喷淋。

这种酌情考虑的因素无法
在自动灌溉状态下，当湿度低于报警门限值时，单
[9]
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