基于單片機的智能澆水系統(tǒng)設計

肖歡

摘要：隨著人們生活水平的不斷提高，在家養(yǎng)魚、種花已經(jīng)成為習慣，但是由于生活忙碌，往往又疏于管理，所以設計一種能自動完成這些操作的系統(tǒng)很有必要，且市場前景也相當可觀。

關鍵詞：單片機;溫度傳感器;澆水系統(tǒng);控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP368.1

文獻標識碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.11.003

1 引言

在日常生活中，有時候需要在特定的溫度和特定的時間來處理一些事情，比如澆水、空調(diào)自動開關、自動換氣、換水等。同時可以加入更多的約束條件，比如濕度、風力、亮度等條件來達到更人性化、更精確的控制。而完成這些操作也只需要用普通5 1單片機對相應的傳感器數(shù)據(jù)進行采集計算，然后做相應的處理。本文提出的是一種基于AT89S52和DS18820的智能化澆水系統(tǒng)。為了實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能性，采用由單片機、晶振和復位電路，輸入控制電路，輸出顯示電路以及外圍功能器件組成的一組電路。通過本系統(tǒng)不僅能了解數(shù)據(jù)采集處理的一般過程，還能對DS18820有更深入的了解，充分理解單線協(xié)議的實現(xiàn)方法。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)原理框圖

智能澆水系統(tǒng)原理如圖1所示，本系統(tǒng)要求的變量條件有時間和溫度兩個，兩個條件必須同時成立才能執(zhí)行某個動作，還需要配以人機交互的設備，這樣才能實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能性。

2.2 電路設計

2.2.1 DS18820電路設計

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。DS18820有寄生電源接法和VDD供電接法，寄生電源接法有如下兩個優(yōu)點：①進行遠距離測溫時無需本地電源;②可以在沒有常規(guī)電源的時候讀ROM。但是當溫度高于100℃的時候會出現(xiàn)很大的漏電流。

2.2.2 數(shù)碼顯示電路設計

本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式顯示信息，為提高驅(qū)動電流，采用共陽數(shù)碼管，用PNP三極管驅(qū)動。PO.O - P0.7給數(shù)碼管送段碼，也就是送出要顯示的信息，P2.4 - P2.7送位碼，決定哪一位要顯示單片機送出來的信息。

數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示利用人眼視覺暫停的特點，在短時間內(nèi)（ 20 ms）分別把要顯示的信息送到不同位上。其本質(zhì)還是靜態(tài)的顯示，只不過延時減小，給人造成錯覺，達到“同時”顯示多位信息的目的。

2.2.3 繼電器驅(qū)動電路設計

繼電器在本系統(tǒng)中起著至關重要的作用，它是系統(tǒng)控制硬件的主要元件，通過系統(tǒng)程序讓繼電器閉合，這樣便可以實現(xiàn)系統(tǒng)與被控設備的隔離，同時還可以實現(xiàn)低壓控制不同電壓的設備工作。

2.2.4 按鍵電路設計

按鍵在本系統(tǒng)中起著人機交互的作用，按鍵有AD鍵盤、矩陣鍵盤、掃描鍵盤等多種，AD鍵盤和矩陣鍵盤能節(jié)約很多1/0口，但是程序設計比較煩瑣，由于本系統(tǒng)剩余I/O比較多，因此采用掃描式，這樣設計程序就會相當簡單。

3 軟件設計

由于采用了單線協(xié)議技術的溫度傳感器，單片機讀寫溫度傳感器必須要寫驅(qū)動，也就是用單片機來模擬DS18820的時序，這樣才能成功讀出溫度傳感器檢測的溫度。

DS18820溫度傳感器讀寫時序如圖3所示。

按照時序?qū)懗鲵?qū)動程序，然后進行功能程序的設計。主要功能如下：①溫度檢測;②計時器;③鍵盤;④數(shù)碼顯示。

3.1 程序流程圖

程序流程如圖4所示。

3.2 溫度檢測程序設計

DS18820系統(tǒng)是單線溫度傳感器，要讀取傳感器檢測的溫度就要模擬時序，完成時序的模擬只要讀取溫度傳感器內(nèi)存里的數(shù)據(jù)，然后送數(shù)碼顯示程序處理輸出到數(shù)碼管即可。

3.3 按鍵程序和顯示程序設計

數(shù)碼管作為顯示器件，顯示信息相對比較單一，但是價格便宜。本系統(tǒng)要顯示四位信息，那么就要采用動態(tài)掃描的方式。要達到動態(tài)掃描，只要做好延時，保證在20 ms內(nèi)把相應信息送到相應位就可以。

本系統(tǒng)中采用的是掃描式按鍵，寫程序相對簡單，只要在需要的時候檢測按鍵I/O口電平就可以實現(xiàn)相應功能，如果電平為0，則執(zhí)行相應子程序完成信息的輸入和輸出。完成程序的設計和硬件的設計就要進行這個系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試和改進。

4 系統(tǒng)測試及效果

做好硬件、設計好軟件，需要對系統(tǒng)軟、硬件進行調(diào)試。主要測試點有：①單片機（附帶測試程序）上電是否開始運行;②檢查數(shù)碼管是否顯示正常;③檢查按鍵能否被識別，能否正確輸入相關信息;④檢查繼電器能否被成功驅(qū)動。

測試系統(tǒng)直至達到以下效果，系統(tǒng)基本就做成功了：①能準確讀取環(huán)境溫度并送數(shù)碼管顯示;②能比較準確地計時;③各按鈕功能正常;④當計時條件和溫度條件滿足設置值時準確驅(qū)動繼電器。

5 使用說明書

5.1 實物布局及簡介

實物布局如圖5所示。

5.2 操作說明

首先接人負載和負載電源，注意極性（交流除外），然后給單片機上電，上電開機顯示OPEN后進人工作模式，顯示溫度。系統(tǒng)已經(jīng)默認設置了工作參數(shù)，如需修改請按l-4鍵進入修改參數(shù)模式，此模式下顯示當前修改參數(shù)，可以按+、一鍵進行參數(shù)修改，1-4按鍵相互獨立，比如按下1那么2、3、4將被屏蔽。1-4每個按鍵可以修改4個參數(shù)，請按當前健進入下一參數(shù)設置。設置好或者取消設置按下OK/ESC退出到工作模式。

5.3 顯示說明

數(shù)碼管顯示四位，工作模式下第1-3位顯示溫度值在0.00 - 99.9之間，4位C表示溫度的單位。在修改模式下，修改溫度時第1位為標志位，H和L表示高溫和低溫，第2，3位為參數(shù)值，第4位為單位C，修改時間時，第1，2，3位為參數(shù)值，第4位為單位，用H和S代表小時和秒。

6 結(jié)束語

本文介紹了基于單片機的智能澆水系統(tǒng)，進行了硬件設計與程序分析，已經(jīng)做成實物，并且使用效果好。系統(tǒng)設計的創(chuàng)新之處在于實現(xiàn)以不同方式自動澆花，加入電阻和電容加以緩沖。在此系統(tǒng)中選用的電容為耐壓，適應負載能力強，可適應交直流不同電壓范圍IOA電流內(nèi)的負載正常工作。單片機智能澆水系統(tǒng)用處較廣，改變程序還可作為可定時開關、宿舍燈光系統(tǒng)、溫控塑料大棚等。此家庭智能澆水系統(tǒng)，也可以用在智能澆灌草坪、蔬菜等，把水箱去掉，直接接水龍頭即可。伴隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化建設步調(diào)加快，節(jié)水灌溉技術在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、園林綠化、運動場地、環(huán)境保護（降塵除塵）等行業(yè)和領域得到日益廣泛的應用，并將取得顯著的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]吳瓊.談談電子技術在溫度傳感器中的應用[J].傳感器技術，1990 （3）： 52-55.

[2]王幸之，鐘愛琴，王雷.AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[3]謝自美.電子線路設計·實驗·測試[M].3版.武漢：華中科技大學出版社，2006.

[4]JIANG Z H.51 single-chip technology and applicationdevelopment cases selected[M] .Beijing： qinghuaUniversity Press，2008.