基于单片机的智能浇花系统设计

现如今，高品质生活的理念已经渗透到生活的方方面面，因此无论是在家中还是在工作学习场所，都会看到一些盆栽植物，这不仅能够改善空气质量，而且能够提高生活品味。但是生活中常常因工作繁忙，花草得不到及时的浇水，就会干枯死去，从而带来经济上的损失和精神上的不愉快。

现有的智能浇花产品造价高、实用性差，销量低。本作品从智能家居的角度出发，基于AT89C51芯片，利用三极管、继电器、湿度传感器等一些简单元器件，设计了此智能浇花系统，简便合理、费用低、实用性高且耗电量小，并能够长时间工作，具有较好的应用前景。

一、智能浇花系统组成及工作原理

智能检测土壤湿度浇花系统主要包括主控模块、传感模块、电源模块、输入模块，抽水动作模块和显示模块。

主控模块是以AT89C51芯片为核心，配合复位电路和时钟电路组成单片机最小系统；传感模块主要由土壤湿度传感器构成，该传感器可以实时监测土壤湿度并具有很高的准确性；电源模块是通过5V电源接口实现对系统的供电；显示模块通过LCD1602液晶屏显示土壤湿度和所在模式，输入模块是用按键输入实现自动浇灌、手动浇灌模式的选择并进行湿度上下阈值的设置；动作模块是由抽水电机和有源蜂鸣器组成。本系统能够实时检测土壤湿度，并且有两种模式选择—手动模式和自动模式，手动模式通过按键可以实现人为浇水功能；当系统处在自动模式时，如果湿度在设定的上下限范围内时，抽水电机不动作，蜂鸣器不报警，当低于设定下限时，蜂鸣器报警，同时抽水电机就会进行抽水灌溉，直至湿度达到设定上限，系统自动实现停止灌溉功能，同时蜂鸣器报警解除。见图1。

二、智能浇花系统硬件设计

（一）单片机控制模块：AT89C51是由Atmel生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，同时AT89C51有着便宜的价格，而且它和MCS-51系列有这很好的兼容性。因此在这个系统中采用AT89C51作为控制芯片。AT89S51主要性能参数与MCS—51系列彻底兼容。

（二）土壤湿度传感器模块：本作品采用了YL-69湿度传感器模块。YL-69是一个简单的土壤湿度传感器，其原理为湿敏电容，当环境的湿度发生改变时，会使得湿敏电容存在的环境中的介质发生改变，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值正比于湿度值。由于湿敏电容有这很高的灵敏度、响应速度快、滞后量小的特点，所以湿敏电容很容易小型化和集成化。在系统中，土壤湿度数据的采集是有YL-69完成的。

（三）按键输入模块：S1位复位键、S2位设置湿度值的按键、S3湿度值调整加键、S4湿度值调整减键。

（四）液晶LCD1620显示模块：液晶显示器LCD1602的显示是通过液晶的物理特性原理来实现的，使用电压能够控制显示区域，当有电的时候，液晶就能够显示图像。

三、智能浇花系统软件设计

软件部分主要是根据系统设计思路，明确运行逻辑，利用keil进行编程。系统软件设计包括土壤湿度检测程序、对采集到的数据进行模数转换的程序、设置湿度上下限的程序、显示程序、蜂鸣器程序等。

该土壤湿度检测装置的整个程序的思路是：土壤湿度传感器收集信号，进行模数转换，单片机读取湿度的数值，经处理，然后将湿度值送至液晶显示器中进行显示，当数值小于最小值时水泵开启，大于最小值时水泵关闭。

在本系统的基础上，还可以增加温度控制、光照控制、远程操控浇水、无线控制等功能，进一步对植物进行养护，这些可以进行后续的拓展研究。

四、智能浇花系统测试

（一）测试条件：

在室内室温条件下，将系统上电，设置好土壤湿度合适的上下限阈值，将土壤湿度传感器置于盆栽植物土壤中，此时，观察LCD显示屏上土壤湿度的当前值。设置模式为手动模式，按下按键，则电机抽水，抽水一段时间后再按下按键，停止抽水，实现手动启停功能。设置模式为自动模式，三种情况。若当前土壤湿度在设置的上下限范围内，则抽水电机和蜂鸣器不动作；若低于设定的下限，则蜂鸣器报警，抽水电机抽水直至土壤湿度到达设定的上限；若当前土壤湿度高于设定的上限，则蜂鸣器报警。

（二）测试结果：

设置上限阈值为60%，下限阈值为30%，分别测试不同土壤湿度下系统的响应情况。

经过在手动模式和自动模式下的多次测试，系统动作零误差，证明本系统可以正常工作，且可靠性高，实用性强。