八路智能盆栽澆水器的設(shè)計(jì)

王盛威　邱祥祿　王銘正　朱鑫　江明

【摘 要】本文描述了一種八路智能盆栽澆水器的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了電路制作與測試，達(dá)到了智能滴灌的目的。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時性好、可靠性高、維護(hù)方便，具有一定的實(shí)用意義和市場應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】家庭盆栽；單片機(jī)控制；智能滴灌

0 引言

現(xiàn)如今人們生活質(zhì)量越來越高，生活情趣也愈加豐富多彩，越來越多的家庭種植盆栽，但是快節(jié)奏的城市生活，往往使得盆栽由于照看不力導(dǎo)致死亡，盆栽最容易死亡的原因正是對其澆灌的不科學(xué)。智能盆栽澆水器由此為出發(fā)點(diǎn)，通過對每盆盆栽配置一個土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器和光照傳感器實(shí)時對八盆盆栽進(jìn)行檢測，長時間的不利環(huán)境將會觸發(fā)報(bào)警電路，來提醒用戶。本智能盆栽澆水器，采用微控制器為核心，集檢測、澆水、節(jié)水、報(bào)警等功能于一體，克服了傳統(tǒng)人工澆水的局限性[1]，實(shí)現(xiàn)了對家庭盆栽種植的智能化與自動化！

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)由土壤濕度傳感器模塊、DS18B20溫度檢測模塊、環(huán)境光照模塊、環(huán)境溫濕度DHT11模塊、數(shù)據(jù)采集與單片機(jī)處理及控制模塊、DS1302時鐘模塊、LCD顯示模塊及按鍵輸入模塊、報(bào)警模塊、供水模塊、電源管理模塊、RS-485通信模塊等組成。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置成功后，單片機(jī)讀取盆栽的光照強(qiáng)度、土壤溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等信息，若這些參數(shù)均在設(shè)定范圍內(nèi)，則檢測土壤濕度；反之在LCD上顯示異常的參數(shù)并報(bào)警。單片機(jī)檢測土壤濕度如果低于設(shè)定值，將打開電磁閥與水泵進(jìn)行滴灌20秒后停止滴灌；反之不滴灌。通過按鍵或者RS-485通信可以更改當(dāng)前時間或盆栽的配置信息等，同時RS-485還可以將盆栽當(dāng)前的情況與其他擁有RS-485接口的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。通過輪流對8盆盆栽檢測，進(jìn)而使盆栽達(dá)到最佳的生長狀態(tài)！

主要模塊的介紹：土壤濕度傳感器的兩個電極間的電阻可以反映出土壤含水量[2]，給傳感器通電后，將傳感器輸出的模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給單片機(jī)處理，便可得到土壤的濕度數(shù)據(jù)。DS18B20溫度傳感器用于測量土壤的溫度，單線接口方式節(jié)省了單片機(jī)的I/O口，也為PCB布線提供了方便。光敏電阻與定值電阻串聯(lián)分壓組成的環(huán)境光照模塊，同樣通過A/D轉(zhuǎn)換將其模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給單片機(jī)處理，得到環(huán)境的光照強(qiáng)度。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，用于檢測環(huán)境的溫濕度，模塊通過串行數(shù)據(jù)、單總線與主控單片機(jī)連接[3]。CD4051單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)芯片對盆栽數(shù)據(jù)分時采集，使單片機(jī)在合理的時間間隔內(nèi)輪流對8盆盆栽進(jìn)行監(jiān)測[4]。LCD12864顯示屏，實(shí)時反映系統(tǒng)和盆栽參數(shù)的變化情況，構(gòu)成靈活的全中文人機(jī)交互界面，4個按鍵組成的輸入模塊為用戶輸入?yún)?shù)和更改設(shè)置提供了便利。

當(dāng)系統(tǒng)或者盆栽出現(xiàn)異常情況時，報(bào)警電路會進(jìn)行聲光報(bào)警，用來提醒用戶。

DS1302為用戶顯示當(dāng)前時間，同時可以通過按鍵調(diào)整時間。水泵、電磁閥、儲水罐和滴灌裝置組成的供水模塊中的滴灌裝置有助于節(jié)水和均勻澆灌。系統(tǒng)的供電采DC12V電源，同時具有電源電壓檢測功能。RS-485通信模塊用于與智能家居或者與多個系統(tǒng)聯(lián)機(jī)使用，為用戶的擴(kuò)展使用提供了便利[5]。

2 軟件設(shè)計(jì)

八路智能盆栽澆水器的程序結(jié)構(gòu)由LCD12864顯示、按鍵處理、DS1302時鐘、A＼D轉(zhuǎn)換及處理、DHT11溫濕度讀取、DS18B20溫度讀取、多路開關(guān)選擇程序、EEPROM參數(shù)存取等程序組成。程序使用C語言在Keil uVision4中進(jìn)行編寫調(diào)試。程序采用模塊化程序設(shè)計(jì)思路，模塊化的設(shè)計(jì)可以使程序結(jié)構(gòu)清晰，修改方便，便于調(diào)試。整個系統(tǒng)開機(jī)后，先初始化各函數(shù)變量和各個模塊，然后讀取EEPROM數(shù)據(jù)，如果內(nèi)部有正確的配置數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式；反之，則提示需要設(shè)置正確數(shù)據(jù)才開始對第一盆盆栽檢測，系統(tǒng)依次讀取DS1302時間并顯示時間；檢測電源電壓并顯示電源情況；RS-485通信模塊可以將數(shù)據(jù)與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；檢測盆栽光照強(qiáng)度、環(huán)境溫濕度、土壤溫度與濕度，綜合判斷后決定是否澆水。程序流程圖如圖2所示。

3 結(jié)束語

該八路智能盆栽澆水器在實(shí)際的測試過程中體現(xiàn)出較好的實(shí)用性，基本滿足了家庭盆栽自動種植的要求。系統(tǒng)的投入比較低，維護(hù)、檢修比較方便。如果家庭盆栽數(shù)量比較多，亦可使用RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，將多個系統(tǒng)聯(lián)機(jī)使用，或者使用RS485總線與智能家居連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與控制，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙麗，張春林.基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，22（6）：650-651.

[2]姚志恩，司杰.一種土壤濕度檢測的方法和電路設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，4（8）：126-127.

[3]王武禮，楊華.基于SHT11的糧倉溫濕度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2010（9）：50-51.

[4]李晶.多路電子轉(zhuǎn)換開關(guān)及其應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，2010，10（5）：122-125.

[5]吳桂林，鄭建勇.RS485上下位機(jī)多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008（36）：112-113.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]