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一種基于YL-69溫濕度傳感器的自動澆花系統(tǒng)設(shè)計

2020-04-09 04:33杜浩博馬騰飛卜文嘉王凱呂楊
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2020年3期
關(guān)鍵詞:自動控制濕度

杜浩博 馬騰飛 卜文嘉 王凱 呂楊

摘 要:設(shè)計一種基于YL-69溫濕度傳感器的自動澆花系統(tǒng),選用8位STC89C52芯片作為主控制芯片。系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器YL69模塊、液晶顯示器LCD1602模塊、單片機STC89C52控制模塊、執(zhí)行模塊、時鐘及復(fù)位模塊、報警模塊以及水泵控制電路組成。溫濕度傳感器檢測土壤的濕度,結(jié)合預(yù)先設(shè)置好濕度的上限值和下限值判斷土壤是否需要澆水。此系統(tǒng)可以改變預(yù)先設(shè)定好的濕度值,能夠適應(yīng)四季的變化,使花卉更好的生長。整個澆花過程無需人為的操作,實現(xiàn)了自動控制,解放了澆花的人。系統(tǒng)具有擴展性好,操作簡單,實用性強等特點。

關(guān)鍵詞:YL69;STC89C52;LCD1602;自動澆花; 濕度; 自動控制

中圖分類號:TN219文獻標(biāo)識碼:A文章編號:2095-1302(2020)03-0-03

0 引 言

伴隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們的物質(zhì)生活水平也在快速提高,越來越多的人開始在家里或者辦公室養(yǎng)一些花卉盆景。養(yǎng)花不僅可以使人心情得到舒展,還可以凈化空氣,有益健康[1]。但是由于現(xiàn)在的快節(jié)奏生活,很多人都是有心養(yǎng)花,無心澆花,導(dǎo)致買回來的盆景沒過多久就由于缺水干枯而死。目前,國內(nèi)外澆花系統(tǒng)種類繁多,有關(guān)家庭自動澆花系統(tǒng)的專利也很多。其中有的是根據(jù)光照變化來澆水的,有的是根據(jù)四季不同時間來澆花的,還有的是根據(jù)土壤濕度來決定澆花的[2]。國外的設(shè)計突出的特點是設(shè)計思維靈活、巧妙。例如:有人設(shè)計了一個系統(tǒng)可以在家里四處跑動,實現(xiàn)一個系統(tǒng)給家里的所有花卉進行澆水;有的是比較人性化,設(shè)計者給系統(tǒng)增加了語音功能,這樣就能實現(xiàn)花朵與主人的對話,可以用于在家里孤單的老人的家庭,讓他們可以感受到花朵給他們帶來的一絲陪伴;還有的是具有托運功能的澆花系統(tǒng),這種澆花系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)澆水,還可以實現(xiàn)自動尋找陽光的功能,將花盆托運到陽光充足的地方,使花卉更適宜的生長[3]。我國的自動澆花系統(tǒng)在南方城市發(fā)展得較早,大多數(shù)都是噴灑式系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計思路清晰,雖然功能較簡單,但是實用性強,且價格低廉,所以也得到了市場的認可[4-6]。

為此,本文借助溫濕度傳感器YL69和單片機設(shè)計了一種可以根據(jù)土壤濕度及適應(yīng)四季變化的自動澆花系統(tǒng)。它可以用于家庭和小型辦公場所,可以為一些愛好花卉而沒有時間照看的人群帶來便利。這款自動澆花系統(tǒng)省時省心,不用人們特意留心給花澆水。其次,在人們不能待在家里或者辦公室沒法給花澆水時,這款澆花系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動澆水,從而避免了花沒人澆的尷尬情況。如果在家或者辦公室時也可以斷開澆花器,實現(xiàn)手動澆花,享受澆花的樂趣。同時,在LCD上也會實時顯示土壤的濕度。在檢測到濕度過低時,控制進水的開關(guān)打開,實現(xiàn)澆花;在檢測到濕度足夠時,控制進水的開關(guān)關(guān)閉,停止?jié)菜4送猓€增加了報警功能,給用戶提醒花卉生長情況。因此,這款自動澆花系統(tǒng)實用性強,對于處于快節(jié)奏生活的人們養(yǎng)花很有幫助。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

系統(tǒng)設(shè)計的基本思路是首先濕度檢測模塊檢測土壤濕度,然后傳輸?shù)絾纹瑱C控制模塊,由單片機控制模塊控制顯示模塊顯示當(dāng)前濕度值,同時單片機判斷土壤濕度是否符合要求,如果不符合,則驅(qū)動模塊報警,并且澆水。同時按鍵模塊可以設(shè)置濕度的上限和下限,以更好促進花卉生長。設(shè)計分為硬件部分和軟件部分兩個部分。其中硬件部分采用單片機作為主控制芯片,再結(jié)合傳感器模塊電路、顯示電路、報警電路、時鐘電路和按鍵電路,系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能:

(1)系統(tǒng)經(jīng)過濕度模塊電路對土壤進行濕度是否達標(biāo)的檢測;

(2)系統(tǒng)通過單片機對得到的濕度數(shù)據(jù)進行分析;

(3)若濕度小于理想的濕度則澆水,若大于理想的濕度則停止?jié)菜?/p>

系統(tǒng)設(shè)計方案框圖如圖1所示。這里使用單片機來控制濕度傳感器對土壤的濕度進行檢測,然后將檢測到的數(shù)據(jù)通過單片機進行處理用LCD顯示。鍵盤部分電路可以設(shè)置濕度的上限和下限,當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)濕度時蜂鳴器報警,并且水泵開始工作,直至濕度大于濕度上限[7]。

2 硬件電路設(shè)計

自動澆花系統(tǒng)硬件電路由濕度傳感器以及振蕩、復(fù)位等外圍電路還有報警電路、液晶顯示電路構(gòu)成。硬件設(shè)計原理如圖2所示。左上角為報警電路,主要由蜂鳴器和晶體管組成,通過控制P15端口來控制蜂鳴器工作與否。

2.1 選擇傳感器

本設(shè)計所使用型號為YL-69的溫濕度傳感器。YL-69是一個簡單的土壤濕度傳感器,其原理為濕敏電容,當(dāng)環(huán)境的濕度發(fā)生改變時,會使得濕敏電容存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生改變,導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化,電容的數(shù)值正比于濕度值[8]。由于濕敏電容的靈敏度高、響應(yīng)速度快、滯后量小,此外微小的體積、極低的功耗,使得濕敏電容很容易小型化和集成化。YL-69采用CMOS工藝,可以確保其低功耗,同時還具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。傳感器內(nèi)部含有一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料做成的溫度傳感器,在同一芯片上,與A/D轉(zhuǎn)換器及串行接口電路實現(xiàn)連接。每個傳感器芯片都在非常精確的溫濕度腔室中進行標(biāo)定,以鏡面冷凝式濕度計為參照。校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲在OTP內(nèi)存中,在校正的過程中使用。其在系統(tǒng)中電路原理圖如圖2中JP2為YL-69探頭。

2.2 報警電路

在控制系統(tǒng)中,都會給其加一些報警電路,在一些參數(shù)或者是硬件出錯時,就會發(fā)生報警,這樣就可以提醒操作人員,從而防止了一些不可控狀況的發(fā)生。其基本思想就是通過計算機把采集的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定好的上限和下限進行比較,來判斷是否正常[9]。在缺水需報警時,系統(tǒng)采用蜂鳴器進行報警,主要由一個蜂鳴器,一個PNP型晶體管,兩個電阻組成,當(dāng)P15輸出低電平時,則蜂鳴器報警。

2.3 顯示電路

液晶顯示器LCD1602具有低電耗、低成本、顯示靈活、輕巧等特點,市場上使用相當(dāng)廣泛,因此本文采用LCD1602進行顯示。LCD1602液晶顯示器每行可以顯示16個字符,可以顯示2行,有8位數(shù)據(jù)總線和3個控制端口,工作電壓為5 V,并可以調(diào)節(jié)對比度和背光。

3 軟件設(shè)計

此系統(tǒng)采用的控制芯片是STC89C52。預(yù)先寫入控制程序就可以實現(xiàn)智能控制效果?;具^程如下:在整個系統(tǒng)接電后,芯片進入工作狀態(tài),首先會對各端口進行初始化;此時開始檢測是否有按鍵按下,如果有,則實行進行對應(yīng)按鍵功能,主要是對濕度上下限的設(shè)置;當(dāng)沒有按鍵按下時,系統(tǒng)將采集傳感器的數(shù)據(jù)然后顯示在LCD上,并且控制水泵和蜂鳴器進行相應(yīng)的動作[10]。主流程如圖3所示。

即首先進行初始化,然后燒寫程序到單片機里面,然后采集傳感器的數(shù)據(jù)通過單片機的控制在LCD上顯示出來。這時就需要比較當(dāng)前濕度與預(yù)先設(shè)置好的濕度值進行比較,若低于設(shè)置的濕度下限,則開啟水泵并且報警,直到檢測到濕度大于設(shè)置的濕度上限,然后停止?jié)菜?/p>

4 調(diào) 試

軟件設(shè)計完成之后,需要結(jié)合硬件電路圖對硬件電路和軟件程序進行調(diào)試。在這個過程中,不僅要確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)功能,還要盡可能的提高系統(tǒng)工作效率,減小系統(tǒng)出錯率,所以需要耗費較多的時間。在這里,選用電路仿真軟件Proteus對系統(tǒng)電路進行仿真。通過仿真軟件,可以模擬出整個硬件系統(tǒng),可以提前發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計中的缺陷,以節(jié)省大量的時間和資源。系統(tǒng)軟件使用C語言編寫,然后用Keil軟件生成.HEX格式的文件,之后導(dǎo)入Proteus電路圖的單片機中,從而查看電路是否達到預(yù)期目標(biāo),進行調(diào)試[11]。經(jīng)過軟件硬件測試,本系統(tǒng)基本實現(xiàn)預(yù)想的功能,經(jīng)過較長時間的運行,系統(tǒng)仍然正常運行,說明本系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好。其次,本系統(tǒng)可以在不同的土壤濕度下正常測試并正常動作,表明系統(tǒng)的軟件硬件設(shè)計符合要求。

5 結(jié) 語

設(shè)計的基于自動澆花系統(tǒng),成本較低,操作方便,并且其設(shè)計思路,和設(shè)計方向還具有很好的拓展性,比如可以將按鍵控制的升級為紅外遙控控制,再進一步,可以將此系統(tǒng)進行連網(wǎng),這樣,在主人長期出差的情況下,可以根據(jù)四季的不同,主人就可以在遠方上網(wǎng)對其進行濕度上下限的設(shè)定,使花卉更舒適的成長。這些方案可以在以后的工作學(xué)習(xí)中繼續(xù)完善。

參 考 文 獻

[1]高珊.基于單片機的智能噴灑系統(tǒng)的設(shè)計[D].西安:西安電子科技大學(xué),2015.

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[3]畢維峰.自動澆花控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2018,38

(1):42-44.

[4]張曉光.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技,2017(23):23-25.

[5]云建華,張揚,曹流,等.紅外遙控自動澆花裝置的設(shè)計[J].科技資訊,2017,15(3):4-5.

[6]李國珊.基于單片機控制的按需按時智能自動澆水系統(tǒng)[J].智慧工廠,2018(6):55-58.

[7]張富春,邵婷婷,楊延寧.一種基于DHT11的家用自動澆花電路的設(shè)計[J].電子測試,2014(16):35-36.

[8]姜天華.基于單片機原里的可定時自動澆花器[J].硅谷,2012(13):31-33.

[9]馬靖凱.簡易虹吸式自動澆花裝置[J].山西科技,2015,30(6):104-105.

[10]王林生,王臻卓.基于單片機的盆栽澆花機的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件工程,2016,19(5):45-46.

[11]石斐.基于Keil的永磁減速步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)[D].蘇州:蘇州大學(xué),2015.

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