佟金鍇，肖 朋

（1.沈陽工程學院 電力學院，遼寧 沈陽110136；2.營口職業(yè)技術學院，遼寧 營口115000）

隨著當前生活水平的不斷提高，人們?yōu)榱俗非蟾哔|(zhì)量的生活，同時凈化空氣、美化環(huán)境，都喜歡在家中或辦公室種植一些花草，為了保證植物的正常生長，必須進行澆水灌溉，這無疑是一項繁瑣的工作，特別當工作忙碌或者在外出差時，更是無暇顧及，這種情況會影響植物的正常生長，嚴重時甚至枯萎死亡［1］.基于以上情況的出現(xiàn)，單片機自動澆花控制系統(tǒng)將會幫助人們解決這些問題.使用YL－69濕度傳感器，實時測量出土壤濕度并通過LCD1602顯示芯片進行同步顯示，可以及時地掌控植物的生長情況并且對土壤濕度進行合理的調(diào)節(jié)，這樣可以減少人為手動澆水的工作.該控制系統(tǒng)不僅適合于城鎮(zhèn)居民使用，也可為蔬菜大棚、園林、綠地等進行自動澆灌管理.

1 自動澆花控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由蜂鳴器報警電路、抽水電機電路、電源電路、單片機主控電路、LCD液晶電路、濕度模塊電路和按鍵電路等組成，詳細系統(tǒng)框圖如圖1所示［2］.首先土壤信息被濕度傳感器采集到，該模擬信號經(jīng)過專用模塊轉換成數(shù)字信號，單片機再對數(shù)字信號進行讀取，之后將數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件程序處理后送到LCD液晶電路，LCD液晶電路可顯示出當

前土壤濕度，通過與事前設定好的濕度范圍進行比較，如果濕度低于設定范圍的下限值，則控制抽水電機電路進行工作，實現(xiàn)自動澆水功能，同時啟動蜂鳴器報警電路進行聲光報警，直至土壤濕度達到上限值停止?jié)菜存I電路負責調(diào)整濕度范圍的上限值與下限值以及系統(tǒng)的復位重啟，電源電路保證系統(tǒng)的持續(xù)供電.

2 控制系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機主控電路

控制系統(tǒng)主電路由STC89C52單片機、時鐘振蕩電路和復位電路等組成，STC89C52是一種低功耗、高性能、具有CMOS8位微控制器，同時具備在系統(tǒng)可編程Flash存儲器.由于該芯片具備上述優(yōu)點，因此可為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活、可靠、有效的解決方案［3］.本設計的控制系統(tǒng)是在STC89C52單片機芯片上開發(fā)的，并且對芯片的外圍電路進行了擴展，具有很強的靈活性和移植性.

2.2 LCD液晶電路

控制系統(tǒng)采用LCD1602顯示芯片構成顯示電路，其芯片DB0～DB7為八位雙向數(shù)據(jù)線，連接單片機的P0.0～P0.7口進行數(shù)據(jù)傳輸.其他接口GND為接地端，RS為寄存器選擇端，VO為對比度調(diào)整端，VCC為正電源端口，R／W為讀寫信號線，E端為使能端，低電平有效時液晶模塊才能顯示，BG／VCC和BG／GND為背光源的正極和接地.液晶電路主要負責顯示土壤濕度值和澆水的范圍值.

2.3 濕度模塊電路

控制系統(tǒng)采用YL－69濕度傳感器和ADC0832轉換芯片組成濕度模塊電路，其中YL－69傳感器的四個引腳分別為VCC接5V電源、GND接地端口、DO數(shù)字量輸出接口、AO模擬量輸出接口.本系統(tǒng)為了達到精確控制的效果，采用AO模擬量輸出模式.當使用模擬量輸出時需要有AD轉換模塊與其相連接，系統(tǒng)采用ADC0832轉換芯片，引腳CS非，使能端、低電平有效，CH0和CH1為模擬輸入通道0和1，GND為零電位接地，VCC接5V電源，CLK芯片時鐘輸入，DI和DO為數(shù)據(jù)信號的輸入和輸出.工作時將傳感器探頭直接埋入土壤中，土壤的濕潤程度會造成探頭電阻變化，導致濕度模塊電路輸出一個高電平，使單片機發(fā)出指令控制抽水電機澆水［3］.該濕度模塊電路具有抗干擾能力強、響應速度快等優(yōu)點.

2.4 按鍵電路

控制系統(tǒng)采用獨立按鍵方式、手動控制、每個按鈕僅僅占有一根I／O口線，I／O口線之間的工作情況互不干擾.這種控制方式的按鍵電路結構簡單、穩(wěn)定可靠、配置靈活、易于控制［4］.本系統(tǒng)外圍電路接有四個獨立按鍵，其中S1為系統(tǒng)復位按鍵，S2為濕度設置按鍵，S3為加／手動鍵，S4為減／手動鍵.當按下S2按鍵，進入預設濕度值調(diào)節(jié)模式，同時配合S3鍵進行預設濕度增加、S4鍵進行預設濕度減少，再按下S2按鍵退出，返回到工作模式.

2.5 蜂鳴器報警電路

控制系統(tǒng)采用蜂鳴器、發(fā)光二極管、三極管組成的電路進行聲光報警，被測量的土壤濕度值低于設定下限值時進行動作，此時發(fā)光二極管被點亮，蜂鳴器發(fā)出聲響.由于單片機的I／O口驅動能力不足，無法直接驅動大功率器件，為此系統(tǒng)使用一個PNP型的三極管作為驅動管，驅動蜂鳴器發(fā)聲，本系統(tǒng)中的蜂鳴器電路與單片機的P3.3引腳連接實現(xiàn)功能.

2.6 抽水電機電路

控制系統(tǒng)采用電機、三極管、電阻、電容組成抽水電路.電路通過判斷單片機的P1.6引腳電平高低的情況，以此來確定三極管的工作狀態(tài)，三極管導通時作為驅動器來驅動電機.當P1.6引腳輸出低電平時，三極管飽和導通，＋5V電源加到電機兩端，電機開始工作抽水.相反，P1.6引腳輸出高電平時，三極管截止，電機兩端沒有電位差，電機斷電，停止工作.

2.7 電源電路

控制系統(tǒng)采用直流電源適配器供電，提供5V電壓，總開關采用自鎖開關，接線時只接常開觸點1和2，當開關按下時，觸點1和2閉合，實現(xiàn)電源接通，系統(tǒng)開始工作.

2.8 總電路系統(tǒng)

將上述分電路整合到一起，最終構成基于單片機的自動澆花控制系統(tǒng)，再利用PROTEL99SE軟件將電路圖繪制完成，電路原理圖如圖2（見 84頁）所示.

3 控制系統(tǒng)軟件設計

控制系統(tǒng)的軟件部分使用KEIL軟件，采用C語言程序編寫，同時采取模塊化的形式，這樣條理清晰、便于擴展.軟件設計思路首先為系統(tǒng)初始化、顯示啟動界面，然后設置土壤濕度上下限、檢測土壤濕度、數(shù)據(jù)處理，接下來判斷是否澆花、相應啟動報警和開啟電機澆水等，詳情見主程序流程圖（如圖3所示見85頁）.

4 控制系統(tǒng)綜合調(diào)試

根據(jù)電路原理圖，焊接電路板，再將程序燒錄到STC89C52單片機中，接通電源，調(diào)整濕度上限值和下限值，再將濕度傳感器插入到土壤中，觀察控制系統(tǒng)是否正常運行.調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)LCD液晶屏只是被點亮，沒有顯示出濕度，隨后用萬用表檢查電路板焊接是否正確、LCD液晶屏是否松動、虛焊等情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于其中兩個引腳焊接短路導致，隨后用電烙鐵將焊錫點開，排除短路故障，之后該系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行檢測，工作正常，表明控制系統(tǒng)穩(wěn)定性良好.控制系統(tǒng)實物圖如圖4（見 85頁）所示.

5 結語

本設計是基于STC89C52單片機的一款自動澆花控制系統(tǒng).該系統(tǒng)可以快速準確地測量出土壤的濕度，根據(jù)濕度范圍來控制抽水電機的開啟與停止，澆水的同時還伴有聲光報警.該系統(tǒng)功耗低、性能穩(wěn)定，較好地滿足了家居與辦公場所綠色植物的澆水需要.