肖偉偉， 白曉乾， 張金萍， 馬國(guó)棟

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，沈陽(yáng) 110142）

基于STC89C52自動(dòng)澆花與雨水收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

肖偉偉， 白曉乾， 張金萍， 馬國(guó)棟

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，沈陽(yáng) 110142）

該裝置采用STC89C52單片機(jī)為核心芯片，利用太陽(yáng)能板進(jìn)行供電，通過(guò)對(duì)土壤濕度信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤濕度的監(jiān)測(cè)和顯示，利用繼電器控制小水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌功能，通過(guò)對(duì)雨水信號(hào)的檢測(cè)、處理實(shí)現(xiàn)雨水收集功能，利用浮球開關(guān)檢測(cè)水位，利用GSM模塊實(shí)現(xiàn)低水位報(bào)警功能，并給出系統(tǒng)流程圖和電路框架圖。

自動(dòng)澆灌；雨水收集；太陽(yáng)能；GSM模塊

0 引言

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，越來(lái)越多的盆栽植物受到了人們的親睞。盆栽植物不僅能夠凈化空氣、美化環(huán)境，還能在工作之余給人們帶來(lái)美好的心情。但是因不能及時(shí)對(duì)盆栽植物進(jìn)行澆灌和養(yǎng)護(hù)而導(dǎo)致的植物缺水死亡成了許多養(yǎng)花愛好者頭疼的大問(wèn)題，對(duì)于經(jīng)常出差的商務(wù)人士，盆栽植物因缺水而死亡更是常事。

隨著單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居已經(jīng)慢慢地融入人們的生活當(dāng)中。單片機(jī)不僅具有很強(qiáng)的實(shí)用性而且價(jià)格十分低廉，應(yīng)用起來(lái)非常方便，便于在廣大家庭中進(jìn)行推廣和使用。并且隨著太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展，利用太陽(yáng)能電池對(duì)單片機(jī)供電已不再是什么難事。由于目前市面上應(yīng)用于家庭盆栽植物的自動(dòng)澆花系統(tǒng)較少且價(jià)格昂貴，所以設(shè)計(jì)一款實(shí)用的家庭盆栽澆花系統(tǒng)大有必要。因此，本文設(shè)計(jì)一款用太陽(yáng)能供電，能夠收集雨水的自動(dòng)澆花系統(tǒng)。

1 自動(dòng)澆花和雨水收集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要采用STC89C52單片機(jī)為控制芯片，自動(dòng)澆花系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，土壤濕度傳感器輸入濕度信號(hào)，ADC0832轉(zhuǎn)換濕度值，繼電器控制5 V水泵，LCD1602顯示濕度值（當(dāng)前濕度、預(yù)設(shè)濕度），5 V太陽(yáng)能板供電。將土壤濕度傳感器插入土中，AD根據(jù)土壤中濕度的變化進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將對(duì)應(yīng)的濕度值顯示在LCD顯示屏上，單片機(jī)根據(jù)對(duì)應(yīng)的濕度變化，啟動(dòng)繼電器控制5 V小水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花功能。

圖1 澆花控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

雨水收集系統(tǒng)的總體裝置如圖2所示。該系統(tǒng)由雨水傳感器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、浮球開關(guān)、GSM模塊以及STC89C52單片機(jī)組成。該系統(tǒng)的工作方式為:雨水傳感器模塊檢測(cè)是否下雨，如果檢測(cè)到下雨將信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)傳來(lái)的信號(hào)做出啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)（正轉(zhuǎn)，打開雨水收集器的蓋子）。雨停后單片機(jī)再次對(duì)雨水傳感器模塊傳來(lái)的信號(hào)做出響應(yīng)啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（反轉(zhuǎn)，關(guān)閉雨水收集器的蓋子）。同時(shí)浮球開關(guān)對(duì)雨水收集器中的水位做出判斷，當(dāng)水干時(shí)向用戶發(fā)出短信提醒用戶向水箱加水，當(dāng)水位高于最高水位時(shí)便斷開單片機(jī)的電源（此時(shí)說(shuō)明雨水收集器中的水已滿，即使再下雨也沒有必要進(jìn)行收集。因此關(guān)閉整個(gè)裝置，這樣可以起到節(jié)能的作用。當(dāng)水位低于預(yù)設(shè)水位時(shí)整個(gè)裝置再次供電，裝置正常啟動(dòng)）。

圖2 雨水收集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 土壤濕度傳感器及ADC0832

將土壤傳土壤傳感器插入土中與AD相連接，電路圖如圖3所示。工作原理如下:土壤傳感器根據(jù)土壤中濕度的變化向AD反饋不同的電壓值，AD根據(jù)電壓值得變化，將對(duì)應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示在LCD液晶屏幕上（其中P2表示直插式土壤傳感器的插片）。

2.2 LCD1602顯示

單片機(jī)對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量做出響應(yīng)，將對(duì)應(yīng)的濕度值顯示在LCD液晶顯示屏上。

2.3 繼電器及水泵

單片機(jī)通過(guò)控制繼電器的開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的控制。繼電器與水泵的電路連接圖如圖3所示。

2.4 雨水傳感器及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

當(dāng)雨水傳感器上檢測(cè)到有雨水時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)(打開收集蓋子)，當(dāng)雨水傳感器檢測(cè)到?jīng)]有雨水時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（關(guān)閉收集雨水的蓋子）。

2.5 浮球開關(guān)

采用3線制的浮球開關(guān)，3條線分別接GND、VCC、I/O引腳。其工作原理如下：當(dāng)液位低于預(yù)設(shè)液位時(shí)，對(duì)應(yīng)的I/O引腳傳來(lái)低電頻（低電頻有效），此時(shí)可以啟動(dòng)GSM模塊發(fā)短信息的功能。當(dāng)液位高于預(yù)設(shè)液位時(shí)，對(duì)應(yīng)的I/O引腳傳來(lái)高電頻（高電頻無(wú)效），使得整個(gè)單片機(jī)處于斷電狀態(tài)。

2.6 GSM短信模塊

圖3

該模塊的工作電壓為5 V，電流為2 A，可以直接與單片機(jī)相連。此模塊主要應(yīng)用在于手機(jī)通訊中，通過(guò)對(duì)A/T指令代碼的編寫能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)指定電話號(hào)碼的發(fā)短信功能。在本裝置中，GSM模塊可在水箱中水干時(shí)給用戶發(fā)短信息，提醒用戶向水箱中加水。

2.7 5 V太陽(yáng)能板

本裝置采用USB接口式的5 V太陽(yáng)能板，可將其與充電寶等蓄電設(shè)備相連接，便于電能的收集和儲(chǔ)存。

圖4

圖5

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

雨水收集裝置的程序流程如圖4所示,自動(dòng)澆花系統(tǒng)如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STC89C52的自動(dòng)澆花和雨水收集系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思路清晰，選取了一些常用的元件。能夠應(yīng)用在一些要求不高的家庭盆栽植物、大中小型商場(chǎng)及街道綠化的盆栽植物，能實(shí)現(xiàn)根據(jù)濕度變化進(jìn)行自動(dòng)澆灌和收集利用雨水的功能。但本系統(tǒng)在軟件方面有循環(huán)檢測(cè)的缺陷，還可以進(jìn)一步改善，可增設(shè)看門狗避免死循環(huán)。

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Design and Implementation of Automatic Watering Flowers and Rainwater Collection System Based on STC89C52

XIAO Weiwei,BAI Xiaoqian,ZHANG Jinping,MA Guodong
（ShenyangUniversityofChemical Technology,Shenyang110142,China）

The STC89C52 single chip microcomputer is used as the core chip,and the solar panel is used to supply power.Through the collection,conversion and processing of the soil moisture signal,the monitoring and display of the soil moisture are realized,and the automatic watering function is controlled by the relay.Through the detection and treatment of rainwater signal,the rainwater collection function is realized.The water level is detected by the float switch.The low water level alarm function is realized by the GSM module.The system flow chart and the circuit frame diagram are given.

automatic irrigation;rainwater collection;solar energy;GSM module

TP 368．1

A

1002－2333（2018）01－0084－03

（編輯昊 天）

肖偉偉（1995—），男，本科生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)；

張金萍（1977—），副教授，博士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化、故障診斷。

2016-11-01