黃光華 章倩麗 吳強(qiáng)

摘要：該文基于單片機(jī)通信的原理探究了園林自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)土壤進(jìn)行濕度和溫度檢測(cè)，達(dá)到溫度和濕度設(shè)置限值時(shí)，控制水泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能。

關(guān)鍵詞：濕度測(cè)量;溫度檢測(cè);數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）23-0062-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

當(dāng)今，國(guó)家在城市和農(nóng)村地區(qū)的綠色建設(shè)方面投入了大量的資金，從居住環(huán)境，道路綠化，城市公園等方面都可以看出，園林管理需要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。園林灌溉作為管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，耗費(fèi)人力資源大。為解決這一問(wèn)題，園林自動(dòng)灌溉系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這使管理節(jié)省了大量的時(shí)間以及精力，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)的主要組成部分有：?jiǎn)纹瑱C(jī)主要控制，溫度傳感器，濕度傳感器，風(fēng)扇，水泵，LCD顯示等。整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

單片機(jī)起主要控制作用，3個(gè)按鍵分別設(shè)置溫度濕度數(shù)值的加減和溫度濕度模式的選擇。通過(guò)溫度傳感器和濕度傳感器檢測(cè)土壤的溫度和濕度;水泵開始抽水工作由土壤的溫度和濕度都比設(shè)置值低時(shí)決定;風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)測(cè)溫度值比設(shè)置的溫度值高決定。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總原理圖

我們所要用到的單片機(jī)需要一個(gè)直流電源提供電力，水泵的驅(qū)動(dòng)也需要供電，所以要分開使用2個(gè)單獨(dú)的電源分別供電，且這兩個(gè)電源要供電，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)穩(wěn)定工作和水泵的穩(wěn)定輸出?？傇韴D如圖2所示：

采用兩路ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換，采用PWM控制水泵出水量，所測(cè)得的土壤濕度比較低時(shí)，則需要加大輸水量，土壤的濕度隨之增大，利用PWM控制水泵，減少出水量，使園林土壤達(dá)到合適濕度，且若濕度同時(shí)低于設(shè)定值時(shí)，水泵停止?jié)菜?個(gè)IO口做風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)風(fēng)扇不工作。3按鍵分別為溫度濕度值設(shè)置的模式切換，設(shè)定數(shù)值的加、減。

2.2溫度測(cè)量模塊

溫度測(cè)量按照所使用的溫度傳感器的原理的不同，選用了美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的DS18B20作溫度傳輸。信號(hào)線接單片機(jī)的P3.7口，把溫度數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，為了讓數(shù)據(jù)傳輸更穩(wěn)定，上拉一個(gè)10K電阻R16。

2.3濕度測(cè)量模塊

有電阻法、負(fù)壓計(jì)法、重量法可以測(cè)量土壤的空氣濕度，此次設(shè)計(jì)采用電子法的原理，即使用繼電器一體式土壤濕度計(jì)檢測(cè)模塊。濕度傳感器1和濕度傳感器2所得的信號(hào)先經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻和電容，再傳給P1.0和P1.1，防止芯片被燒壞。P1.0和P1.1是單片機(jī)的ADC口，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣量化編碼。

2.4按鍵模塊

該設(shè)計(jì)使用了3個(gè)按鍵，組成按鍵設(shè)置模塊。在中間的按鍵設(shè)置溫度值和濕度值的切換。在兩邊的按鍵，分別是數(shù)值加和減的設(shè)置，接P1.5和P1.7。每按一下按鍵，IO口由1變成0，實(shí)現(xiàn)數(shù)值的加或減。

2.5 LCD模塊

選用了LCD1602作為顯示，輸出我們需要顯示的濕度，溫度等。LCD1602一共有16個(gè)引腳，在焊接時(shí)要分清楚從哪邊開始是1的，其他的各引腳的標(biāo)號(hào)就簡(jiǎn)單了。要想正常顯示，數(shù)據(jù)端接P1口，除了要2接高和1接地之外，16腳也要接地，3腳還要接一個(gè)10k的可調(diào)電阻調(diào)節(jié)背光。

2.6風(fēng)扇和水泵硬件設(shè)計(jì)

2.6.1風(fēng)扇

該設(shè)計(jì)選用的是5V供電的小風(fēng)扇，如圖3所示：

只要風(fēng)扇的兩根線分別接高和地，就能正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)P1.2為0時(shí)，Q5導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)D5D6，Q6導(dǎo)通，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)P1.2為1時(shí)，Q5截止Q6截止，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。當(dāng)測(cè)得土壤的溫度比設(shè)置的值高時(shí)，輸出端輸出高，使得風(fēng)扇導(dǎo)通電，開始轉(zhuǎn)動(dòng)，給土壤降溫。當(dāng)溫度低于設(shè)置的值時(shí)，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.6.2水泵

泵的主要用途是輸送液體。本園林自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)所用到的是比較小型的泵，3V直流電機(jī)小水泵，此水泵的適用電壓為2.5V到6V，電壓必須要用在適用直流電壓范圍內(nèi)供電，且不可以長(zhǎng)時(shí)間處于沒(méi)有水的狀態(tài)下空抽，主要用于輸送水，來(lái)模擬在現(xiàn)實(shí)生活中的園林灌溉用到的大型水泵。如圖4所示：

上圖是兩路水泵輸出，原理和風(fēng)扇一樣。當(dāng)P1.4（P1.3）為0時(shí)，Q1Q2（Q3Q4）導(dǎo)通，水泵1（水泵2）抽水，當(dāng)P1.4（P1.3）為1時(shí)，Q1Q2（Q3Q4）截止，水泵1（水泵2）停止抽水。

3 軟件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)的軟件部分主要分以下幾部分：溫濕度值的轉(zhuǎn)換，按鍵設(shè)置模塊，水泵的驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)等，如圖5所示。

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)首先要把土壤的溫濕度的值和先前設(shè)定的值相比較，并且顯示出來(lái)，根據(jù)不同的比較結(jié)果進(jìn)行不同控制。

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1硬件電路調(diào)試

當(dāng)整體設(shè)計(jì)用一個(gè)電源供電時(shí)，水泵不能正常工作，用萬(wàn)用表檢測(cè)電路，發(fā)現(xiàn)電壓被拉低，需給水泵提供一個(gè)足夠的電壓和電流，且不能影響到其他的用電器的正常工作。這就需要把水泵的供電，和其他用電器的供電分離開來(lái)，去減小水泵對(duì)其他器件的妨礙。

4.2軟件調(diào)試

為盡量做到減小誤差，采用多次測(cè)量取平均值，來(lái)減少實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差。在本設(shè)計(jì)中，采用了3次測(cè)量的值，使測(cè)量的結(jié)果更具真實(shí)性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉冠麗.智能化澆灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（23）：195-198.

[2] 王芳琴.單片機(jī)控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[3] 劉川，張小成，高進(jìn)淵，等.智能自動(dòng)澆花系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)研究[J].科技世界，2015（18）：87-88.

[4] 袁建榮.基于HS1101的土壤濕度傳感器的智能化研究[J].山東青年，2015（7）.

【通聯(lián)編輯：唐一東】