許燕萍 李娜 陳永琪

(江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江 212400)

目前,越來越多的人在室內(nèi)種植花卉植物,但栽培過程中,一方面缺乏管理時(shí)間,另一方面缺乏專業(yè)的種植經(jīng)驗(yàn),導(dǎo)致土壤含水量過多或者過少,影響花卉植物的正常生長(zhǎng),本設(shè)計(jì)通過土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤含水量,設(shè)定不同花卉植物的土壤含水量上下限,按照不同花卉植物用水情況進(jìn)行智能澆灌,可以滿足花卉植物的生長(zhǎng),同時(shí)還可以減少水資源的浪費(fèi)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能

智能澆灌系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集土壤當(dāng)前的濕度狀態(tài),顯示當(dāng)前的濕度數(shù)據(jù),可以通過鍵盤電路設(shè)定濕度的上下限,根據(jù)對(duì)土壤研究及植物需水特性進(jìn)行合理的澆水決策,將傳統(tǒng)的只是憑經(jīng)驗(yàn)由人工手控制灑水器的方式,變化為自動(dòng)進(jìn)行適量的、適時(shí)的、按需的灌溉控制。在濕度超過設(shè)定值時(shí),有報(bào)警聲,濕度低于下限時(shí)能夠自動(dòng)澆水。

1.2 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)基于AT89S52單片機(jī),主要實(shí)現(xiàn)以下功能:對(duì)土壤濕度的采集,信號(hào)處理與顯示、設(shè)定濕度上下限,聲音報(bào)警、繼電器控制水泵。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖Fig.1 Diagram of the system

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)控制器選擇AT89S52,濕度采集采用YL-69土壤濕度傳感器,通過在當(dāng)前土壤下檢測(cè)到的濕度值傳遞給單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的分析。數(shù)據(jù)顯示模塊采用1602液晶顯示器,濕度設(shè)定值輸入采用獨(dú)立按鍵。

2.1 土壤濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

土壤濕度檢測(cè)采用YL-69,可將濕度傳感器視作可調(diào)電位器,當(dāng)土壤的濕度發(fā)生改變時(shí),電阻值產(chǎn)生變化,電阻值反比于濕度值。濕度最小時(shí)電阻值為10K歐姆,濕度最大時(shí)電阻值為0.1歐姆。如圖2所示。J3為YL-69探頭。1腳串聯(lián)一個(gè)10K的電阻,連接到ADC0832的CH0端。隨著濕度大小的變化,CH0端的電壓也跟著變化。

圖2 土壤濕度檢測(cè)電路Fig.2 Soil moisture detection circuit

ADC0832是串行接口的8位A/D轉(zhuǎn)換器[1],具有兩個(gè)模擬輸入通道,體積小,功耗低。引腳功能如表1所示。圖2中,CS端由P1.2控制,CLK由P1.0控制,DI和DO并聯(lián)在一起由P1.1控制。

表1 ADC0832引腳功能說明Tab.1 Function of ADC0832 pin

2.2 水泵電路

繼電器可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電路的隔離,信號(hào)轉(zhuǎn)換,本系統(tǒng)采用的是電磁繼電器,電磁繼電器一般由磁路系統(tǒng)、接觸系統(tǒng)和返回機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成[2]。由控制電流通過線圈所產(chǎn)生的電磁吸力驅(qū)動(dòng)磁路中的可動(dòng)部分而實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)開、閉或轉(zhuǎn)換功能的繼電器。水泵電路如圖3所示,P2.4輸出低電平時(shí),三極管Q2導(dǎo)通,電磁繼電器線圈通電,線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),銜鐵吸向鐵芯極面,常閉觸點(diǎn)26斷開,常開觸點(diǎn)36閉合,電機(jī)M水泵通電,開始工作。當(dāng)P2.4輸出高電平時(shí),三極管Q2截止,電磁繼電器線圈不通電,機(jī)械反力大于電磁吸力時(shí),銜鐵回到初始狀態(tài),常開觸點(diǎn)斷開,常閉觸點(diǎn)接通。

圖3 水泵電路Fig.3 Water pump circuit

2.3 聲音報(bào)警及按鍵電路

如圖4所示為聲光報(bào)警及按鍵電路,K2設(shè)置鍵,K3增大,每按一次濕度增加1%,K4減小,每按一次濕度減小1%。聲音報(bào)警電路采用無源蜂鳴器,三極管驅(qū)動(dòng),100歐姆的電阻限流,P1.7輸出低電平,蜂鳴器就發(fā)成響聲。D4是續(xù)流二極管,當(dāng)P1.7輸出高電平時(shí),三極管截止,蜂鳴器存儲(chǔ)的電流經(jīng)過D4和蜂鳴器自身的回路消耗,避免了關(guān)斷時(shí)由于電感電流造成的反向沖擊。

圖4 聲光報(bào)警及按鍵電路Fig.4 Sound light alarm and key circuit

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件全部采用C語言編寫,以便提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)和程序的可讀性。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,系統(tǒng)程序由主程序、YL-69濕度采集模塊、1602顯示模塊、輸出控制模塊、鍵盤掃描模塊、定時(shí)器中斷模塊組成。主程序調(diào)用各功能模塊,并將它們聯(lián)系起來,從而形成一個(gè)整體,以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理[3]。

在主程序中,完成系統(tǒng)的初始化,包括定時(shí)器工作方式、初始值、中斷允許寄存器、串行口工作方式等的設(shè)置,以及1602顯示屏初始化設(shè)置,包括清屏、顯示開關(guān)、輸入方式設(shè)置等。

4 仿真

本次仿真采用Proteus軟件,用可變電阻模擬濕度傳感器,LCD顯示相應(yīng)的數(shù)值。3個(gè)按鍵設(shè)置濕度上下限,當(dāng)濕度低于設(shè)定下限時(shí),單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出聲音提示,并控制水泵澆水。當(dāng)濕度達(dá)到設(shè)定上限時(shí),單片機(jī)控制水泵停止?jié)菜?。仿真圖如圖5所示,LCD顯示:Humidity:15%,低于設(shè)定值,啟動(dòng)電機(jī)。

圖5 仿真結(jié)果圖Fig.5 Simulation results

5 結(jié)語

以AT89S52為控制器的智能澆灌系統(tǒng),自動(dòng)檢測(cè)并顯示土壤濕度,并根據(jù)用戶要求設(shè)定系統(tǒng)的濕度閾值進(jìn)行控制,經(jīng)仿真測(cè)試,該設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用性。