第２２卷第６期 长春大学学报 Ｖ０１．２２ Ｎｏ．６ ２０１２年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＡＮＧＣＨＵＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｊｕｎｅ ２０１２ 基于单片机的智能浇花系统设计与实现 赵（１．长春职业技术学院，长春摘丽 ，张春林 １３００３３） １３００３３；２．中科院长春光学精密机械与物理研究所，长春要：设计了一种智能湿度感应浇花系统。系统以单片机ＡＴ８９Ｓ５２为控制芯片。利用ＳＬＨＴ５－１土壤湿度传感器 来检测土壤的相对湿度，再通过单片机进行信息处理，采用模糊控制方法，输出控制信号，控制继电器的动作，从而 控制水泵电源的通断，完成按需按量自动浇花的工作，启动浇花之前先有蜂鸣器报警。 关键词：智能浇花；土壤湿度传感器；单片机；水泵 中图分类号：ＴＰ３６８．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—３９０７（２０１２）０６—０６５０—０２ Ｏ 引 言 随着生活水平的提高，许多城乡居民为了美化环境，净化空气，喜欢在家中阳台上种植一些花草。植物 是离不开水的，需经常浇灌。而人们出差或有事不在家时，植物的供水就会中断，植物面临干枯。有些植物 对湿度的要求很高，人为的过度浇水，植物的根茎容易腐烂，从而影响到植物的正常生长。 国内外均有自动浇花系统的应用，大多数自动浇花系统是利用虹吸原理，即利用渗透的方式浇花，这种 方式浇花过程是连续的、不间断的，采用这种方式只能保证花不会干旱而死，不是花需要浇水时才进行浇灌。 还有一些自动浇水系统，可以设定何时进行浇灌及浇灌时间，与上一种方式相同，也不是花需要浇水时才进 行浇灌。另外还有一些自动浇水系统，是采用单片机控制，利用湿度传感器采集湿度信息，需要浇水时自动 浇灌，但是需要用在外部有水龙头的情况下，而家庭花草种植一般都放在阳台上，阳台上一般均没有水龙头， 使用起来非常不方便。基于单片机的智能浇花系统可以在阳台上使用，能够按需自动浇花。 １ 基于单片机的智能浇花系统组成 该系统主要由土壤湿度检测电路、键盘、ＬＣＤ液晶显示电路、报警电 路、水泵控制电路等组成＿ｌｊ。具体结构如图１所示。通过土壤湿度传感 器测量出土壤湿度信号，单片机采集土壤湿度信号并进行分析和处理，输 出控制信号，控制水泵工作与否，从而达到按需浇花的目的。 ２系统工作原理 由于不同的花卉有不同的需水特性，浇花时应适时适量，按需浇花。 图ｌ智能浇花系统组成框图 为此，系统采用模糊控制的方式达到精确浇花的目的。一方面，单片机采集土壤湿度信号，并通过计算判断 是否应该浇花；另一方面，单片机采用查表的方法来实现浇水量的模糊控制 Ｊ。在软件设计时，根据不同花 卉的需水量，将其土壤湿度值允许区间存人表格中，即模糊控制响应表，这些数据均是人们长期积累的经验 值，并将表格事先置人ＲＯＭ存储区的某一位置中供查表使用。例如：对君子兰进行自动浇水，单片机将采 集到的湿度信号与表格中的君子兰最小湿度值进行比较，当采集到的湿度值小于表格中的最小湿度值时，开 始浇花；当采集到的湿度值大于表格中君子兰的最大湿度值时，停止浇花，从而控制浇水的时机及浇水量的 多少。 ３系统硬件设计 ３．１土壤湿度检测电路 本设计采用土壤温湿度传感器 ＳＬＨＴ５．１。该传感器采用全量程标定，两线数字输出，可直接与单片机 收稿日期：２０１２－０３－２７ 作者简介：赵丽（１９７９．），女，吉林松原人，讲师，硕士，主要从事单片机及其自动控制系统应用、传感器技术应用、机器人技术等 方面的教学及科研工作。 第６期 赵丽，等：基于单片机的智能浇花系统设计与实现 连接使用，具有非常高的一致性，湿度测量范围可达０～１００％ＲＨ。可将探头直接埋人土壤中，适合在工地、 农业温室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要检测土壤温湿度的环境使用。检测电路如图２所示。 ＶＤＤ ＧＮＤ Ｐ１．Ｏ Ｐ１．１ ２．４—５．５Ｖ ＧＮＤ 图２ ＳＬＨ＇ｒ５－１土壤湿度传感器检测电路 ３．２键盘及液晶显示电路 本设计采用ＬＣＤ１２２３２Ｆ液晶显示模块 Ｊ，它有自己的字节库，不用存储，并行连接方式，使用方便。 用来显示系统的工作状态及浇花的种类。键盘采用独立式按键，包括复位键、选择花卉种类按键、启动按键。 开机显示：“欢迎使用自动浇花系统”，之后显示“请选择花卉种类”。通过对选择花卉种类按键的设置，结合 液晶显示内容，确定花卉种类。本系统共设计了君子兰、银杏、芦荟、仙人球、芍药、牡丹、香雪兰，共七个种 类，对应七个湿度区间。确定完花卉种类之后，显示花卉的名称。 ３．３水泵控制电路 水泵控制电路如图３所示，三极管Ｑｌ的基极Ｂ接到单片机的Ｐ３．６，三极管的发射极Ｅ接到继电器线圈 的一端，线圈的另一端接到＋５Ｖ电源ＶＣＣ上；继电器线圈两端并接一个二极管ＩＮ４１４８，用于吸收释放继电 器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路；Ｒ２和红色发光二极管组成一 个继电器状态指示电路，当继电器吸合的时候，ＬＥＤ点亮，这样就可以直观的看到继电器状态。 图３水泵控制仿真电路图 当ＡＴ８９Ｓ５２单片机的Ｐ３．６引脚输出高电平时，三极管饱和导 通，＋５Ｖ电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，同时状态指示的发 光二极管也点亮，继电器的常开触点闭合，相当于水泵开关闭合，水 泵开始工作。反之，Ｐ３．６引脚输出低电平时，三极管截止，继电器线 圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，同时状态指示的发光二极管也 熄灭，继电器的常开触点释放，相当于水泵开关断开，水泵停止工作。 系统水泵采用２２０Ｖ供电潜水泵，最大流量１７５０Ｌ／Ｈ，浇花喷头采用 花洒喷头，实现均匀喷水，防止局部土壤湿度过高，测量不准确。 ３．４报警电路 由于本系统通常应用在客厅中，为避免水泵突然启动惊扰主人， 图４报警电路 在系统中设置了报警电路 Ｊ。在水泵启动之前先有几次“嘀嘀嘀”的 （下转第６６４页） 长春大学学报 第２２卷 ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ３Ｄ—ＧＩＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－ｂａｓｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｔ ｇ４ｖｅｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ａｎｄ ｐｒｅｓ— ｅｎｔｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｒｕｌｅ ｏｆ ｄａｔａｂａｓｅ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌ－ ｌｅｃｔｅｄ ｄａｔｕｍ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｄｉａｇｒａｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄ—ＧＩＳ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ＡｒｃＧｌｏｂｅ；ｄａｔａ ｂａｓｅ （上接第６５１页） 报警声，之后才开始浇花。报警电路如图４所示。由单片机的Ｐ３．０引脚控制三极 管的通断，从而控制蜂鸣器的通断。 ４系统软件设计 系统软件设计包括初始化、显示子程序、选择花卉种类子程序、土壤湿度检测 子程序、数据处理子程序、报警子程序等，主程序流程图如图５所示。 初始化及显示 启动界面 ５结语 本设计采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机作为控制芯片，设计了一款智能浇花系统。该系 统根据花盆中土壤湿度来控制水泵的开启与停止。采用模糊控制方式，控制浇水 量的多少，即对土壤湿度进行实时监测，与设定好模糊控制响应表的湿度值进行比 较，判断浇水量是否符合标准，完全实现按需按量自动浇花。系统根据不同花卉的 需水情况设置了不同的浇水量，开机后只需设置好花卉的种类，便能够自动找到应 控制的湿度范围。 系统放在家中阳台上使用，经实验证明效果良好。另外，系统也适合在温室大 棚、花卉、苗圃、草坪等场合使用，即方便又节约水源。 参考文献： ［１］毛明轩，朱皋，杨守良．基于单片机的温湿度感应智能晾衣杆系统设计［Ｊ］．重庆文理学院学报，２０１１， ３０（４）：４６—４９． ［２］刘明真，陈鸿．基于单片机智能节水灌溉系统设计［Ｊ］．学术问题研究，２０１０（１）：７５—８Ｏ． ［３］程捷，何辰．基于单片机的温湿度检测系统设计与实现［Ｊ］．电子测试，２０１１（６）：５６—５８． ［４］尹发根．果蔬膨化干燥监测系统的设计『Ｊ］．农机化研究。２０１１（８）：８５—８８． 图５主程序流程图 ［５］张泽根，周洪，夏明哗．基于单片机的油量数据采集与监测系统设计［Ｊ］．微计算机信息，２０１１，２７（１）：１０９—１１０． ［６］满红，邹存名，冀勇钢．基于单片机的仓库温湿度智能控制系统设计［Ｊ］．现代电子技术，２０１１，３４（９）：１１８—１２０． 责任编辑：吴旭云 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｗａｔｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＣＭ ＺＨＡＯ Ｌｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｌｉｎ （１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｎｓ ａ ｋｉｇｎｄ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｉｎｇ ｗａｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｔａｋｅｓ ＭＣＵ ＡＴ８９Ｓ５２ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｉｐ， ｄｅｔｅｃｔｓ ｓｏｉｌ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｂｙ ＳＬＨＴ５—１ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ，ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ＳＣＭ，ａｄｏｐｔｓ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｏｕｔ－ ｐｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ ｉｓ￣ｅｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｎａｌｇ ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｌｏｗｅｒ ｗａｔｅｒｉｎｇ ｗｏｒｋ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｂｕｚｚｅｒ ａｌａｒｍ ｓｔａｒｔｓ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｌｏｗｅｒ ｗａｔｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｔｅｒｉｎｇ；ｓｏｉｌ ｈｕｍｉｄｉ￣ｓｅｎｓｏｒ；ＳＣＭ；ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ
