趙 麗，張春林

(1.長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春 130033;2.中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，長春 130033)

0 引言

隨著生活水平的提高，許多城鄉(xiāng)居民為了美化環(huán)境，凈化空氣，喜歡在家中陽臺上種植一些花草。植物是離不開水的，需經(jīng)常澆灌。而人們出差或有事不在家時(shí)，植物的供水就會(huì)中斷，植物面臨干枯。有些植物對濕度的要求很高，人為的過度澆水，植物的根莖容易腐爛，從而影響到植物的正常生長。

國內(nèi)外均有自動(dòng)澆花系統(tǒng)的應(yīng)用，大多數(shù)自動(dòng)澆花系統(tǒng)是利用虹吸原理，即利用滲透的方式澆花，這種方式澆花過程是連續(xù)的、不間斷的，采用這種方式只能保證花不會(huì)干旱而死，不是花需要澆水時(shí)才進(jìn)行澆灌。還有一些自動(dòng)澆水系統(tǒng)，可以設(shè)定何時(shí)進(jìn)行澆灌及澆灌時(shí)間，與上一種方式相同，也不是花需要澆水時(shí)才進(jìn)行澆灌。另外還有一些自動(dòng)澆水系統(tǒng)，是采用單片機(jī)控制，利用濕度傳感器采集濕度信息，需要澆水時(shí)自動(dòng)澆灌，但是需要用在外部有水龍頭的情況下，而家庭花草種植一般都放在陽臺上，陽臺上一般均沒有水龍頭，使用起來非常不方便?；趩纹瑱C(jī)的智能澆花系統(tǒng)可以在陽臺上使用，能夠按需自動(dòng)澆花。

1 基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由土壤濕度檢測電路、鍵盤、LCD液晶顯示電路、報(bào)警電路、水泵控制電路等組成［1］。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過土壤濕度傳感器測量出土壤濕度信號，單片機(jī)采集土壤濕度信號并進(jìn)行分析和處理，輸出控制信號，控制水泵工作與否，從而達(dá)到按需澆花的目的。

2 系統(tǒng)工作原理

圖1 智能澆花系統(tǒng)組成框圖

由于不同的花卉有不同的需水特性，澆花時(shí)應(yīng)適時(shí)適量，按需澆花。為此，系統(tǒng)采用模糊控制的方式達(dá)到精確澆花的目的。一方面，單片機(jī)采集土壤濕度信號，并通過計(jì)算判斷是否應(yīng)該澆花;另一方面，單片機(jī)采用查表的方法來實(shí)現(xiàn)澆水量的模糊控制［2］。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同花卉的需水量，將其土壤濕度值允許區(qū)間存入表格中，即模糊控制響應(yīng)表，這些數(shù)據(jù)均是人們長期積累的經(jīng)驗(yàn)值，并將表格事先置入ROM存儲區(qū)的某一位置中供查表使用。例如:對君子蘭進(jìn)行自動(dòng)澆水，單片機(jī)將采集到的濕度信號與表格中的君子蘭最小濕度值進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的濕度值小于表格中的最小濕度值時(shí)，開始澆花;當(dāng)采集到的濕度值大于表格中君子蘭的最大濕度值時(shí)，停止?jié)不?，從而控制澆水的時(shí)機(jī)及澆水量的多少。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 土壤濕度檢測電路

本設(shè)計(jì)采用土壤溫濕度傳感器［3］SLHT5-1。該傳感器采用全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出，可直接與單片機(jī)連接使用，具有非常高的一致性，濕度測量范圍可達(dá)0～100%RH?？蓪⑻筋^直接埋入土壤中，適合在工地、農(nóng)業(yè)溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等需要檢測土壤溫濕度的環(huán)境使用。檢測電路如圖2所示。

圖2 SLHT5-1土壤濕度傳感器檢測電路

3.2 鍵盤及液晶顯示電路

本設(shè)計(jì)采用LCD12232F液晶顯示模塊［4－5］，它有自己的字節(jié)庫，不用存儲，并行連接方式，使用方便。用來顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)及澆花的種類。鍵盤采用獨(dú)立式按鍵，包括復(fù)位鍵、選擇花卉種類按鍵、啟動(dòng)按鍵。開機(jī)顯示:“歡迎使用自動(dòng)澆花系統(tǒng)”，之后顯示“請選擇花卉種類”。通過對選擇花卉種類按鍵的設(shè)置，結(jié)合液晶顯示內(nèi)容，確定花卉種類。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了君子蘭、銀杏、蘆薈、仙人球、芍藥、牡丹、香雪蘭，共七個(gè)種類，對應(yīng)七個(gè)濕度區(qū)間。確定完花卉種類之后，顯示花卉的名稱。

3.3 水泵控制電路

水泵控制電路如圖3所示，三極管Q1的基極B接到單片機(jī)的P3.6，三極管的發(fā)射極E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到+5V電源VCC上;繼電器線圈兩端并接一個(gè)二極管IN4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢，防止反向電勢擊穿三極管及干擾其他電路;R2和紅色發(fā)光二極管組成一個(gè)繼電器狀態(tài)指示電路，當(dāng)繼電器吸合的時(shí)候，LED點(diǎn)亮，這樣就可以直觀的看到繼電器狀態(tài)。

圖3 水泵控制仿真電路圖

當(dāng)AT89S52單片機(jī)的P3.6引腳輸出高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，+5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點(diǎn)亮，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于水泵開關(guān)閉合，水泵開始工作。反之，P3.6引腳輸出低電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于水泵開關(guān)斷開，水泵停止工作。系統(tǒng)水泵采用220V供電潛水泵，最大流量1750L/H，澆花噴頭采用花灑噴頭，實(shí)現(xiàn)均勻噴水，防止局部土壤濕度過高，測量不準(zhǔn)確。

3.4 報(bào)警電路

圖4 報(bào)警電路

由于本系統(tǒng)通常應(yīng)用在客廳中，為避免水泵突然啟動(dòng)驚擾主人，在系統(tǒng)中設(shè)置了報(bào)警電路［6］。在水泵啟動(dòng)之前先有幾次“嘀嘀嘀”的報(bào)警聲，之后才開始澆花。報(bào)警電路如圖4所示。由單片機(jī)的P3.0引腳控制三極管的通斷，從而控制蜂鳴器的通斷。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括初始化、顯示子程序、選擇花卉種類子程序、土壤濕度檢測子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、報(bào)警子程序等，主程序流程圖如圖5所示。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為控制芯片，設(shè)計(jì)了一款智能澆花系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)花盆中土壤濕度來控制水泵的開啟與停止。采用模糊控制方式，控制澆水量的多少，即對土壤濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，與設(shè)定好模糊控制響應(yīng)表的濕度值進(jìn)行比較，判斷澆水量是否符合標(biāo)準(zhǔn)，完全實(shí)現(xiàn)按需按量自動(dòng)澆花。系統(tǒng)根據(jù)不同花卉的需水情況設(shè)置了不同的澆水量，開機(jī)后只需設(shè)置好花卉的種類，便能夠自動(dòng)找到應(yīng)控制的濕度范圍。

系統(tǒng)放在家中陽臺上使用，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明效果良好。另外，系統(tǒng)也適合在溫室大棚、花卉、苗圃、草坪等場合使用，即方便又節(jié)約水源。

圖5 主程序流程圖

［1］ 毛明軒，朱皋，楊守良.基于單片機(jī)的溫濕度感應(yīng)智能晾衣桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，30(4):46－49.

［2］ 劉明真，陳鴻.基于單片機(jī)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.學(xué)術(shù)問題研究，2010(1):75－80.

［3］ 程捷，何辰.基于單片機(jī)的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子測試，2011(6):56－58.

［4］ 尹發(fā)根.果蔬膨化干燥監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2011(8):85－88.

［5］ 張澤根，周洪，夏明曄.基于單片機(jī)的油量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2011，27(1):109－110.

［6］ 滿紅，鄒存名，冀勇鋼.基于單片機(jī)的倉庫溫濕度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(9):118－120.