自动浇花系统的设计

-152- 科学技术创新2019.09
自动浇花系统的设计
孙景伟丁学用
(三亚学院理工学院，海南三亚572022)
摘要：随着科技的发展和社会的进步，越来越多的人们喜欢在办公室、阳台等地方养殖盆栽等小型的植物，然而，自动浇花 系统的出现，给人们的日常生活提供了很大的方便，它可以通过单片机的程序控制来解决给植物浇水的问题。

本系统主要由 AT89C51单片机、电源、电磁继电器、YL-69 土壤湿度传感器.LCD 1602显示屏五大模块组成。

首先由YL-69 土壤湿度传感器把检 测到的土壤湿度值发送给AT89C51单片机，然后用LCD 1602显示屏来显示当前数值，再经AT89C51单片机将湿度传感器输入 的数据与提前设定好的湿度上下限阈值做比较；若土壤湿度值低于设定的“最小阈值”,蜂鸣器发出蜂鸣警报土壤干燥需要浇灌， 此时单片机输出口给继电器发出信号让线圈通电，常开融点闭合，水泵电路的电源导通，开始对植物进行浇灌。

当浇水到一定程度 后，土壤当前湿度值大于我们设定的湿度“最大阈值”时，单片机会输出信号使继电器的常开触点断开，水泵电路电源关闭，停止对 植物浇灌。

关键词：自动浇花；湿度值;水泵电路
中图分类号:TP272 文献标识码：A 文章编号:2096-4390(2019)09-0152-02随着科技日新月异的迅速发展，各种技术都智能化、工业化 和军事化，与人们的日常生活联系越来越密切。

所以自动浇花
花盆这类智能家居极其受到人们的关注，发展前景非常可观。

自动浇花系统将电子控制技术、计算机处理、通信技术、单片机 等整合运用,不仅降低了人力成本更提高了人们的经济效益。

该系统主要针对于日常喜欢种花种草的人们，自主研发的
以自动定时定量浇水为基础的自动浇花系统。

该系统采用自动 水泵灌溉技术，将古老的人工拿各种器械来浇水的工作方式升 级为不需要人工的自动浇花的工作方式,这样不仅节省了许多 的人工成本还让花卉全天候有最适宜的生长的环境。

该系统除 了自动浇花外，还可以根据土壤湿度传感器来做到定时定量的 浇水。

本课题的研究内容是基于以AT89C51单片机为核心的自 动浇花系统设计，目的在于让这类自动化产品给人们生产生活 带来了极大的方便，自动浇花器的诞生让完全智能化的随心养 花服务于大众，从而让养花的人们省去许多的精力。

该系统通 过监测土壤的湿度从而实现来对花盆的定时定量自动浇水，以 此更好的养护花卉和降低养花的人工成本。

1基本原理
系统整体框架结构图该系统的功能流程是:由YL-69 土壤湿度传感器把检测到 的土壤湿度值发送给AT89C51单片机，由LCD 1602显示屏显 示当前数值;再由单片机来判断此时的湿度值高于或者低于设 置的“最高阈值”或“最低阈值”。

若土壤湿度值低于设定的“最低 阈值”，蜂鸣器发出蜂鸣警报土壤干燥需要浇灌，此时单片机输 出口给继电器发出信号使之线圈通电，常开触点闭合。

水泵电 路导通，实现自动浇花的功能。

系统整体框架结构图如图1所 示：图1系统整体框架结构图电源电路
AT89C51单
LCD1602 显示土壌检测片
L ——>醴鸣器机按键j=o
1.2方案比较
由于本课题信息处理工作量不大，所以选择用宏晶科技公 司的AT89C51作为控制芯片，成本低，开发周期短，配合其他的 专用芯片能够实现本课题所需的所有功能，在Proteus 仿真软件 中可以很好的看见效果。

其实除了使用AT89C51芯片这种方案还有另一种方案，那 就是基于FPGA 的VHDL 语言设计，但是用VHDL 语言编程很 难实现该系统的效果。

FPGA 相比51单片机逻辑更加严密，集 成性更高、体积更为小巧，但由于不适合该系统的研究,所以没 有选择。

2系统的软件设计
为能让实物硬件正常工作还需要对各个硬件进行C 语言编 程，驱动各个硬件进行正常工作。

接通电源后，程序会进入初始 化同时显示器上会显示开机画面。

此时，我们设定的土壤湿度 上下限阈值和当前土壤湿度值就会在开机画面中显示。

51单片 机会根据此时的湿度值判断是否需要对土壤进行浇水，若土壤 湿度值低于设定的“最小阈值”.蜂鸣器启动报警,继电器的常开
触点闭合使水泵电路导通，此时就会对花盆进行浇水。

浇水到 一定程度后,土壤的湿度值超过我们设定的湿度“最大阈值”时, 继电器就会得到单片机的数据指令使常开触点断开，水泵电路 随之断开，同时也停止灌溉。

实现对花盆的自动定量浇水叫用C 语言对接口程序的编写可以让系统的的数据交换变的 更为迅速。

ADC083芯片的A/D 转换频率极其高,它的转换周期 仅有32微秒，这一特性让ADC0832 T 泛使用于各类集成电路 中。

为了能更为方便的对程序进行移植，数据都以子程序的形 式在程序中生成。

Keil 软件内齐全的函数和能集成开发进行调试的工具，是
一个被广泛使用的软件。

本次使用Keil 软件和Proteus 对系统进 行校正和调试。

编译后调试运行程序，生成hex 文件后,用烧写
器直接烧写到AT89C51单片机中，从而进行系统软件仿真。

该 仿真利用滑动变阻器来代替YL-69湿度传感器来模拟土壤的 湿度变化,相应的数值在LCD 1602上显示。

3硬件调试根据仿真以及电路原理图.将各元器件焊接在电路板上，并 将各个部分的程序烧录到AT89C51单片机中。

将实物连接电 源，将土壤湿度传感器置于不同湿度环境下,观察水泵是否能正
作者简介：孙景伟(1988,8-),男，海南省三亚市人，讲师，硕士研究生。

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常进行浇水工作。

如果实物不能正常进行浇水工作则需要对各 个元器件进行调试。

调试步骤如下：
① 把实物的电路和电路图作比较，检查是否位置正确焊接；② 电路内的元器件的引脚可能会存在短路或者虚焊，所以 需要用万用表一一检查；
③ 测试各个元器件是否正常；
④ 联机仿真对实物进行整体的调试；
⑤ 测试结果及结论；⑥ 若系统稳定性较好，则它可以长时间工作保证正常的工 作；
⑦ 若系统可在不同湿度的土壤中正常工作，则说明程序正 确；
⑧ 若系统能快速无误测出土壤湿度，则系统在响应时间上 达到要求。

其部分硬件运行图如下所示：
图2开机界面图此时显示浇完水后的土壤湿度值，如图3所示。

4结论本设计所研究的自动浇花系统，是以电子类的自动浇水装 置工作原理为基础，使用先进的传感器技术检测土壤的湿度 值,将数据传送给单片机并由单片机控制继电器模块来控制水 泵的工作状态。

本次研究的自动浇花系统由两大部分组成，首 先在LCD1602液晶显示屏上显示土壤湿度传感器检测的湿度 值，再根据单片机分析数据来控制水泵电路的是否导通来实现
自动浇花功能。

单片机系统将从YL-69 土壤湿度传感器传来的 数据通过I/O 输出端口输送到LCD1602显示屏上显示，当前的 土壤湿度值在LCD1602显示屏右上角显示。

该系统的下一步发
展将会根据光照强弱、风力强度自动移动花盆到适宜的位置等 方案结合起来，这样可以让自动浇花系统更加智能化。

电子科 技领域的不断进步，引领着我们的生活步入自动化的时代。

随
着社会的发展，人们对生活品质的逐渐提高，越来越多的人们 喜欢在办公室、阳台等地方养殖盆栽等小型的植物。

但由于飞 快的生活节奏，人们没有更多的精力来照看这些小植物，所以 研发更加智能的自动浇花系统是有很大意义的。

参考文献
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图3液晶屏显示浇水后土壤湿度值信号
打开电源左下角电源指示灯亮起，系统开机后进入初始化 界面,单片机程序开始从土壤湿度传感器处接受信号。

右上角 显示此时的土壤湿度值.左下角RH 为设置的“最大阈值”，右下 角RL 为设置的“最小阈值”。

右侧红灯为水泵工作指示灯，如图 2所示。

当系统接收到土壤湿度传感器发出的信号后，单片机 P3.0端口输出一个负脉冲信号,使蜂鸣器开始警报。

然后单片 机P3.1端口输出一个负脉冲信号,使继电器触电接通水泵通电 开始工作。

当湿度值大于设置的“最大阈值”时,水泵工作指示 灯熄灭并停止工作,蜂鸣器同时停止报警，
液晶显示屏右上角。