摘 要：为了解决人们生活中由于工作繁忙或无人照料而带来的浇花难的问题，本文基于AT89C51单片机设计了一款自动浇花系统。当花盆土壤湿度低于下限值时，系统报警并进行自动浇水，当湿度值达到上限值时，浇水停止。同时，采集到的土壤湿度值及设置的上下限值可以通过显示器进行显示。
关键词：单片机；自动浇花；系统设计
作者介绍：
吴蓓（1985-），女，汉族，江苏南通人，讲师，硕士。研究方向：控制理论与控制工程。
中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）03-0000-03
Design of Automatic Watering System Basedon Single Chip Microcomputer
WU Bei，ZHANG Yang
（Nanjing University ofAeronautics and Astronautics Jingcheng College
，Nanjing 211156，China）
Abstract：In order to solve the problem of wateringflowers caused by busy or unattended life in people's lives. This paper designsan automatic watering system based on AT89C51 microcontroller. When the soilhumidity is lower than the lower limit，the system alarmand automatic watering. When the humidity reaches the upper limit，water stops. At the same time，the collectedsoil moisture value and the upper and lower limit values can be displayedthrough the display.
Keywords：single chipmicrocomputer；automatic watering；system design
0 引 言
现如今，很多人会在家中或办公场所摆放植物，让人们在工作学习之暇提提神。植物的光合作用可以净化空气，满足人们对高品质生活的要求。然而现代人的生活节奏越来越快，尤其是当人们忘记或有事长时间不在家时，植物就会面临缺水甚至干枯的状况。据研究表明：80%以上的小植物枯萎都是缺水问题引起的。因此，根据土壤湿度来实现自动浇水功能的装置应运而生[1，2]。
1 硬件电路设计
本文针对实际需要，设计了一套具有湿度检测功能的自动浇水系统，它能够保证植物在生长过程中有充足的水分。系统整体框图如图1所示。
图1 系统框图电源接口用来给整个硬件电路上电，以驱动电路的正常运行。湿度传感器模块将检测到的土壤湿度模拟量送入A/D转换模块进行数字化转换，单片机AT89C51接收信号，并通过LCD显示模块显示转换得到的土壤实时湿度值。若其值低于设定下限，报警模块工作并启动电磁阀驱动水泵工作。浇水模块利用单片机来控制继电器，当低于下限时，继电器接通，水泵抽水给植物浇水；高于上限时，水泵停止动作，防止浇水过量导致植物死亡。由于不同植物对湿度的要求不一致，故用按键模块实现模式的选择和具体数位的选择，并通过增减键对上下限值进行修改。这样不仅更适合小植物的生长，还能达到节约水资源的目的。根据系统框图设计的硬件电路如图2所示。
图2 硬件电路图
本系统的控制“大脑”是单片机最小系统，包括单片机芯片、复位电路和晶振电路。单片机AT89C51芯片是连接“各个器官的经脉”，复位电路则使系统的再次“重生”，晶振电路就是“脉搏跳动的周期”，三者是组成系统不可或缺的部分[3，4]。为了降低开发成本，本设计采用普通的土壤湿度传感器YL-69对湿度进行检测，此传感器连接两个插片，插在土壤里。另外两个引脚，2号引脚接地，1号引脚通过电阻接电源，并将检测到的信号送到A/D芯片进行模数转换。由于该传感器输出的是模拟量，所以其引脚不能直接接入单片机。本系统使用ADC0832芯片作为中间站，将检测到的信息转换成高低数字电平信号，再送入单片机进行采集，最后通过LCD显示土壤的实时湿度。本系统中使用电磁阀驱动水泵工作，该模块集报警与自动浇水功能于一体。图2中的PNP三极管的集电极接VCC，基极通过基极电阻与单片机AT89C51芯片的P3.7端口相连。因为电磁阀和继电器都是电阻很小但功率很大的负载，故发射集将放大的电流送入电磁阀，从而驱动继电器工作。发光二极管D2在湿度低于下限值时用来指示报警，R5为保护电阻，串联在D2上，防止二极管被烧坏。D1为续流二极管，以并联的方式接在电路的两段，防止继电器被感应电压击穿或烧坏[5]。
2 软件程序设计
主程序如图3所示。它一旦开始就处于无限循环当中，不断检测土壤湿度值。低于设定的下限时，报警并启动电磁阀浇水；高于上限时，电磁阀吸合，水泵停止工作。同时处于不断检测湿度值进行判断的过程中。
图3 主程序
3 实物调试
系统硬件实物如图4所示。LCD屏幕显示的土壤实时湿度值为1.0％，低于下限值，此时红灯闪烁，蜂鸣器报警，电磁阀驱动水泵开始自动浇水。当水泵浇完水时，湿度值达到83.7％，此时作为指示灯的发光二极管不再闪烁，蜂鸣器停止工作，电磁阀关闭，水泵停止浇水。
图4 硬件实物图
4 结 论
本文设计了一款自动浇花系统，以湿度传感器YL-69为感应部件，将检测到的模拟量送入ADC0832芯片进行数字化，并通过单片机AT89C51芯片的I/O口输出到LCD1602液晶显示器进行显示。通过与设定的上下限值进行比较，低于下限时，蜂鸣器报警，发光二极管红灯亮，单片机控制电磁阀驱动水泵浇水；高于上限时，停止报警，继电器断开浇水终止。本文所设计的自动浇花系统结构简单，使用方便，基本能够满足家庭自动浇花的需求。
参考文献：
[1] 张兆朋.基于AT89S52的家庭智能浇花器的设计 [J].电子设计工程，2011，19（5）：39-41+44.
[2] 刘明真，陈鸿.基于单片机智能节水灌溉系统的设计 [J].学术问题研究，2010，6（1）：75-80.
[3] 陈中平.ATmega16单片机C语言程序设计经典实例 [M].北京：电子工业出版社，2013：120-125.
[4] 刘继光.单片机应用技术 [M].北京：北京邮电大学出版社，2013：158-161.
[5] Cardner Access & Miller（eds）.Establishing Self-Access [M].California：Jossery Bass，1991.