基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能充電自動(dòng)灌溉系統(tǒng)

束文強(qiáng)+李旦+杜剛+馬可+辛福民

摘要：該文利用單片機(jī)作為控制器的核心，設(shè)計(jì)出一種可根據(jù)土壤溫濕度等參數(shù)的變化而進(jìn)行自動(dòng)灌溉且具有顯示功能的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括了單片機(jī)、溫濕度傳感器，太陽(yáng)能板、按鍵開(kāi)關(guān)，過(guò)流保護(hù)電路、電機(jī)和水泵、液晶顯示等。傳感器將采集的信號(hào)傳給單片機(jī)，與已設(shè)定的相關(guān)參數(shù)對(duì)比，從而控制電機(jī)和水泵的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。該系統(tǒng)適用于家庭盆栽的澆灌。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；太陽(yáng)能；傳感器；自動(dòng)灌溉

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）32-0244-02

伴隨著人口數(shù)量的增加，占地面積的減少，從而出現(xiàn)人們生活周圍的綠化面積越來(lái)越少的局面。為了解決上述問(wèn)題，人們開(kāi)始將綠色植物從室外搬到室內(nèi)。隨著生活節(jié)奏的加快，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工作繁忙，從而忘記給盆栽灌溉，導(dǎo)致植物由于缺水出現(xiàn)干枯甚至死亡的情況。當(dāng)前市面上流行的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)功能單一，且絕大多數(shù)為定時(shí)灌溉，無(wú)法根據(jù)植物在不同時(shí)期對(duì)水分、溫度的需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的灌溉，對(duì)植物的生長(zhǎng)是不利的，甚至?xí)o一些名貴的植物造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[1-5]。目前市面上部分產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，但人的行為仍然在其中起到主導(dǎo)作用，無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉[6]?；蛘咦詣?dòng)控制是運(yùn)用移動(dòng)端進(jìn)行控制開(kāi)關(guān)，由其價(jià)格昂貴，而未得到廣泛推廣。本文利用單片機(jī)作為核心控制設(shè)計(jì)出一種可自動(dòng)充電的澆灌系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用傳感器對(duì)土壤的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，其可根據(jù)實(shí)際植物生長(zhǎng)所需求的水量進(jìn)行適量的澆灌。同時(shí)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，成本低。

1 總體設(shè)計(jì)

植物的生長(zhǎng)離不開(kāi)水，不同生長(zhǎng)階段對(duì)水的需求量不同，水量的過(guò)多或者過(guò)低都會(huì)直接影響它的生長(zhǎng)。本該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)對(duì)土壤溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，將獲取的信息反饋給控制芯片，通過(guò)控制模塊反饋信號(hào)，控制水泵動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。且該設(shè)計(jì)還含有獨(dú)立的太陽(yáng)能板模塊、LCD電路。太陽(yáng)能板可為內(nèi)置大容量電池充電，無(wú)需接外接電源，可實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能環(huán)保?？紤]到強(qiáng)光造成充電電壓過(guò)高或長(zhǎng)時(shí)間充電會(huì)出現(xiàn)過(guò)充的現(xiàn)象，該系統(tǒng)增加了穩(wěn)壓電路和防過(guò)充電路，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。LCD1602實(shí)時(shí)顯示溫濕度，便于對(duì)植物的生長(zhǎng)環(huán)境做出相應(yīng)地調(diào)整。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 最小系統(tǒng)

STC89C52RC具有體積小、可靠性強(qiáng)、控制效果好、低耗能、易擴(kuò)展且便于生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于日常生活生產(chǎn)中。該系列的芯片的引腳分為：電源、時(shí)鐘、控制以及I/O，共40個(gè)引腳。VCC作為芯片的電源端，通常通入+5V電壓；XTAL1和XTAL2分別為晶振電路的輸入/輸出端；4個(gè)8位并行I/O端口。

2.2 溫濕度采集電路

DHT11 是將數(shù)字采集與溫濕度傳感器模塊相結(jié)合的一款復(fù)合型溫濕度傳感器，其輸出的是已校準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)。該芯片是由電阻式測(cè)濕度元件、NTC測(cè)溫度元件以及一個(gè)8位單片機(jī)相連接而成的。因此，該產(chǎn)品具有高可靠性、快速響應(yīng)、抗擾動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。DHT11運(yùn)用DATA單線與單片機(jī)通訊，每次可以傳送40位數(shù)據(jù)，且為高位優(yōu)先輸出。實(shí)時(shí)信號(hào)的獲取是通過(guò)DTH11采集聯(lián)系兩次的數(shù)據(jù)即可得到，兩次采集信號(hào)時(shí)間間隔大于5秒，給DTH11上電需要1S的時(shí)間穩(wěn)定。

2.3 LED顯示電路

LCD1602是字符型液晶顯示器，可用于對(duì)數(shù)字、字母和符號(hào)等的顯示。該顯示功能主要是由數(shù)個(gè)5X7或5X11點(diǎn)陣字符位構(gòu)成，一個(gè)點(diǎn)陣字符位顯示一個(gè)字符，且不同位之間有間隔，行存在行之間也有間隔，其主要作用是分開(kāi)字符間距和行間距，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分應(yīng)用的是C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，利用模塊化進(jìn)行編寫，其主要包含了溫濕度采集模塊、水泵控制模塊、繼電器模塊、按鍵和顯示模塊。

初始時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上電，從而判斷土壤溫濕度，濕度過(guò)低，則系統(tǒng)動(dòng)作對(duì)植物進(jìn)行灌溉，當(dāng)滿足一定條件即停止加水。通過(guò)以上操作即可使室內(nèi)植物處于一個(gè)最佳的生長(zhǎng)環(huán)境。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以STC89C52單片機(jī)為控制板[7]，根據(jù)已設(shè)定的溫濕度數(shù)據(jù)，利用DTH11傳感器獲取土壤信息，從而作出實(shí)時(shí)動(dòng)作。

實(shí)時(shí)檢測(cè)界面如圖6所示。該界面能夠?qū)崟r(shí)對(duì)土壤進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)與系統(tǒng)內(nèi)部已存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)值低于已存在數(shù)據(jù)的下限值，則水泵啟動(dòng)進(jìn)行澆灌，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值則停止?jié)菜?/p>

5 結(jié)論

利用STC89C52作為控制核心板設(shè)計(jì)了一款植物自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其可以利用傳感器實(shí)時(shí)獲取土壤的溫濕度信息從而進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，系統(tǒng)不僅有利于植物不同時(shí)期對(duì)水量的需求而且還可以達(dá)到節(jié)約資源的目的。該系統(tǒng)通過(guò)調(diào)試基本達(dá)到設(shè)計(jì)需求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗擾動(dòng)性強(qiáng)，性價(jià)比高，具有較為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

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