陳開(kāi)軍

(浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018)

一、前言

隨著人們對(duì)生活水平的日益提高，老百姓家里養(yǎng)些花草已然成為一種生活方式。養(yǎng)花可以豐富文化生活，陶冶情操。花香怡人，促進(jìn)百姓身心健康。養(yǎng)花自然每天需要澆水，尤其是夏天更是一天不能斷水，一旦人們出差遠(yuǎn)行，則家里的花草會(huì)因?yàn)闆](méi)人照看而死亡。若家里有一個(gè)自動(dòng)澆花系統(tǒng)，它能檢測(cè)土壤濕度，根據(jù)設(shè)定值，每天早晚2次給家里的花草自動(dòng)澆水，便能很好地解決花草無(wú)人澆灌的麻煩。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本自動(dòng)澆花系統(tǒng)以單片機(jī)為基礎(chǔ)，利用濕度傳感器采集土壤濕度值，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，根據(jù)采集的濕度值，判斷是否需要啟動(dòng)電源進(jìn)行澆水操作，相關(guān)數(shù)據(jù)可以在顯示器上顯示。自動(dòng)澆花系統(tǒng)由單片機(jī)、電源、濕度傳感器、顯示器、定時(shí)器等硬件組成。

(一)定時(shí)器

本定時(shí)器采用立可安定時(shí)器插座，產(chǎn)品型號(hào)為AL-03，時(shí)控范圍在1分-168小時(shí)，可控時(shí)間長(zhǎng)，待機(jī)功率小于1W。擁有16組可編程定時(shí)開(kāi)關(guān)，可設(shè)定工作模式，一鍵復(fù)位，方便使用，省電綠色環(huán)保。

(二)4000系列濕度傳感器

本系統(tǒng)采用HIH-4000系列濕度傳感器，該傳感器的接近線性電壓輸出可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器或其他裝置的直接輸入。僅200μA的低功耗，適合用于電池供電的低功耗系統(tǒng)，適合本系統(tǒng)使用。RH傳感器是一款具備芯片集成信號(hào)調(diào)理功能的激光修整熱固性聚合物電容感應(yīng)元件，有兩種引腳間距配置供選擇。該感應(yīng)元件的多層結(jié)構(gòu)可有效抵抗大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境中的不利因素，如潮濕、污垢、灰塵、油漬以及常見(jiàn)的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)。該傳感器可以寬范圍控制土壤的濕度，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)控制相應(yīng)閥值，當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，D0輸出高電平，高于設(shè)定值時(shí)，D0輸出低電平。這一閥值控制正好滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)只需要設(shè)置具體閥值即可。

(三)最小單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)，達(dá)到可以工作的系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)資源完全開(kāi)放，配合其它模塊或自行搭建用戶電路可實(shí)現(xiàn)任意實(shí)驗(yàn)功能。接口設(shè)計(jì)靈活，使用方便。板上電路簡(jiǎn)潔實(shí)用，除最小系統(tǒng)和在線下載電路外，還有1個(gè)LED、1個(gè)按鍵、1個(gè)蜂鳴器、1片EEPROM存儲(chǔ)器AT24C04，單片機(jī)引腳全部可引出使用，并留有專(zhuān)用LED顯示接口，方便與串行靜態(tài)LED顯示板連接。

(四)電源模塊電路設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，除土壤濕度傳感器使用電池供電外，其他單片機(jī)、繼電器、液晶屏都需要電源供電。我們選擇的電源電壓必須滿足穩(wěn)定且低消耗的要求。本系統(tǒng)使用LM2596電源管理芯片提供穩(wěn)定直流電源。

(五)液晶顯示電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示模塊，該液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。1602液晶顯示器都是數(shù)字式的，能夠顯示多種數(shù)據(jù)和符號(hào)；它和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作方便。開(kāi)機(jī)顯示設(shè)置：“Hello World！”，之后顯示土壤濕度閾值和當(dāng)前土壤濕度值。

三、軟件流程設(shè)計(jì)

為解決自動(dòng)澆花實(shí)用性問(wèn)題，系統(tǒng)外置一個(gè)定時(shí)器，用于觸發(fā)系統(tǒng)電源，用戶可以根據(jù)自身需求設(shè)定每天澆水次數(shù)和澆水時(shí)間。當(dāng)定時(shí)器觸發(fā)通電，系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置。土壤濕度傳感器開(kāi)始工作，傳感器檢測(cè)該區(qū)域土壤濕度，所測(cè)的濕度值與程序設(shè)定的低閥值進(jìn)行比較，如果低于低閥值，則繼電器通電，水泵工作澆水。傳感器繼續(xù)檢測(cè)土壤濕度，檢測(cè)值與高閥值比較，若低于閥值，則水泵繼續(xù)澆水，若高于閥值，則繼電器斷電，水泵結(jié)束澆水，濕度傳感器循環(huán)檢測(cè)。傳感器連續(xù)工作時(shí)間由定時(shí)器設(shè)置，時(shí)間用完，定時(shí)器將觸發(fā)，系統(tǒng)斷電。軟件流程示意圖如下：

圖1 定時(shí)澆花系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)

四、系統(tǒng)測(cè)試

筆者通過(guò)群舉法進(jìn)行測(cè)試，獲得了土壤濕度傳感器在土壤中檢測(cè)的數(shù)值分布情況。發(fā)現(xiàn)土壤濕度傳感器懸空時(shí)A0引腳輸出為1086，當(dāng)將土壤濕度傳感器插到花盆的其他一位置后，A0引腳輸出值會(huì)快速下降到某一穩(wěn)定值，然后拔出土壤濕度傳感器，再將其插到其他多個(gè)干濕花盆的多個(gè)位置，這時(shí)A0引腳輸出不同的模擬值，把這些模擬值繪制到平面坐標(biāo)圖上。然后根據(jù)平時(shí)養(yǎng)花土壤干濕度情況，比對(duì)模擬值，通過(guò)不斷測(cè)試，從而確定閥值。系統(tǒng)測(cè)試中設(shè)置土壤閥值數(shù)據(jù)為400到800之間，當(dāng)檢測(cè)到的濕度數(shù)據(jù)低于400時(shí)，啟動(dòng)電磁閥，開(kāi)始澆水。當(dāng)數(shù)值高于800時(shí)，停止?jié)菜?。為符合?shí)際使用需要，手動(dòng)設(shè)置了定時(shí)器，每天早晚澆水各1次。從測(cè)試結(jié)果看，系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，基本能滿足家庭自動(dòng)澆花需求。

五、結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)所需硬件價(jià)格低廉，設(shè)計(jì)小巧，簡(jiǎn)便節(jié)能，符合家庭澆花所需，用戶可以根據(jù)需要自行設(shè)定澆花時(shí)間，這可以為多數(shù)想養(yǎng)花但又沒(méi)有時(shí)間精力照看花草的年輕人提供一個(gè)養(yǎng)花利器。