陳亞麗，楊偉兵

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣電子工程系，河南 漯河 462000）

0 引言

生活中，綠植可以凈化空氣，在家庭或辦公室，人們喜歡擺放一些綠植，提高生活品質(zhì)?，F(xiàn)在社會(huì)，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活是快節(jié)奏的，忘記給綠植澆水是經(jīng)常的事情，特別是人們出差在外時(shí)，綠植可能會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間缺水而變干枯。我們可以利用濕度傳感器制作自動(dòng)澆花系統(tǒng)，解決綠植的澆水問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.1 設(shè)計(jì)思路

智能化系統(tǒng)中傳感器檢測(cè)信息與人獲得信息的過程相似。人通過感官感知信息，由神經(jīng)傳遞給大腦，大腦對(duì)信息過濾后，肌肉做出響應(yīng)，嘴巴說話，肢體動(dòng)作。自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路為：土壤濕度傳感器檢測(cè)濕度，轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器和水泵電機(jī)工作。土壤濕度傳感器相當(dāng)于人的感官，單片機(jī)相當(dāng)于人的大腦，繼電器、蜂鳴器、水泵電機(jī)構(gòu)成報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路，相當(dāng)于人的嘴巴和肢體。

1.2 系統(tǒng)所用檢測(cè)元件

土壤濕度是表示一定深度土層土壤干濕程度的物理量，又稱土壤水分含量。土壤中的水不是純凈水，可以導(dǎo)電，土壤中水分的含量不同，其電導(dǎo)性也不同。

傳感器相當(dāng)于人的感官，是一種能把溫度、位移、重量等非電量轉(zhuǎn)化為可用輸出信號(hào)（電壓、電流、頻率等）的裝置。土壤濕度傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，可以把土壤水分含量測(cè)量數(shù)值轉(zhuǎn)化為電量。土壤濕度傳感器種類繁多，形式多樣。按敏感元件工作原理分類，主要有電容型和電阻型兩種。本設(shè)計(jì)用YL-69型濕度傳感器檢測(cè)濕度（見圖1）。

圖1 YL-69型濕度傳感器

YL-69型濕度傳感器由濕度敏感元件（濕敏電阻）、轉(zhuǎn)換電路模塊、杜邦線組成。敏感元件表面采用鍍鎳處理，有加寬的感應(yīng)面積，可以提高導(dǎo)電性能，并防止接觸土壤而生銹，從而延長(zhǎng)其使用壽命。敏感元件有2個(gè)引腳，轉(zhuǎn)換電路模塊有6個(gè)引腳，轉(zhuǎn)換電器模塊其中一端的2個(gè)引腳與敏感元件的2個(gè)引腳相接，接收敏感元件信息，另一端的4個(gè)引腳分別為電源引腳Vcc，接電源正極；地線引腳GND接電源負(fù)極；數(shù)字量輸出端DO和模擬量信號(hào)輸出端AO。在轉(zhuǎn)換電路模塊中，LM393為電壓比較器，通過調(diào)節(jié)模塊中的電位器，可以調(diào)節(jié)土壤濕度的設(shè)定閾值。若土壤較為干燥，則敏感元件電阻很大，轉(zhuǎn)換電路模塊DO端輸出高電平；若土壤水分充足，敏感元件電阻就迅速變小，DO端輸出低電平。傳感器AO端和DO端電量的變化，即表征土壤含水量的變化。

1.3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

自動(dòng)澆水系統(tǒng)電路如圖2 所示，濕度敏感元件（濕敏電阻）與轉(zhuǎn)換電路模塊構(gòu)成的濕度傳感器檢測(cè)土壤干濕度，若土壤干燥，轉(zhuǎn)換電路模塊DO端輸出高電平；若土壤水分充足，DO端輸出低電平。電路設(shè)計(jì)中把濕度傳感器DO 端接單片機(jī)P2.0 端口，濕度傳感器隨濕度變化轉(zhuǎn)換的高低電平信號(hào)被單片機(jī)P2.0口接收，通過程序處理后，由單片機(jī)P1.0端口輸出控制信號(hào)，控制繼電器工作，繼電器觸點(diǎn)的通斷決定報(bào)警電路和水泵電機(jī)電路是否工作。

圖2 自動(dòng)澆水系統(tǒng)電路

1.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序如圖3 所示，此程序開始運(yùn)行后進(jìn)入無限循環(huán)，若土壤水分低于設(shè)定閾值，單片機(jī)接收到傳感器模塊的高電平信號(hào)，單片機(jī)輸出高電平，蜂鳴器響，水泵開始澆水。若土壤水分達(dá)到設(shè)定閾值，單片機(jī)接收到傳感器模塊低電平信號(hào)，輸出低電平，蜂鳴器不發(fā)聲，水泵停止?jié)菜?/p>

#include

sbit DO=P2^0;

sbit dianji=P1^0;

void main（）

{dianji=1;

while（1）

{if（DO==1）

dianji=1;

if（DO==0）

dianji=0;}

圖3 主程序

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路是否可行，采用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真電路如圖4 所示，在仿真電路中用電位器模擬濕敏電阻阻值隨土壤水分含量不同而變化的特性。程序輸入單片機(jī)后進(jìn)行仿真。

圖4 自動(dòng)澆水系統(tǒng)仿真電路

當(dāng)土壤較干燥時(shí)，敏感元件電阻很大，這時(shí)蜂鳴器藍(lán)燈點(diǎn)亮，蜂鳴器響，水泵電機(jī)工作，開始澆水；當(dāng)土壤水分達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，敏感元件電阻變小，蜂鳴器紅燈點(diǎn)亮，不再發(fā)聲，水泵電機(jī)不再工作，停止?jié)菜?。通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)電路的可行性。

3 自動(dòng)澆水系統(tǒng)電路制作

在面包板上規(guī)定好電源正負(fù)極，分別把單片機(jī)、傳感器、轉(zhuǎn)換電路模塊和繼電器模塊供電電源接好。電源接好后首先把土壤濕度敏感元件兩端接到轉(zhuǎn)換電路模塊上，然后把轉(zhuǎn)換電路另一端4 個(gè)引腳中的DO端接到單片機(jī)的p2.0端口，單片機(jī)輸出p1.0端口接到繼電器模塊IN輸入端，最后把繼電器常開觸點(diǎn)、水泵電機(jī)、蜂鳴器接入電源，完成電機(jī)控制電路。系統(tǒng)接線完成后，根據(jù)綠植的生長(zhǎng)環(huán)境，調(diào)節(jié)好土壤濕度的設(shè)定閾值。把濕度敏感元件埋入土壤中，打開系統(tǒng)開關(guān)，測(cè)試土壤干濕度，驗(yàn)證電路工作狀況。反復(fù)調(diào)整電路參數(shù)及濕度閥值，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定、測(cè)試準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)澆水系統(tǒng)簡(jiǎn)單可行，制作方便，元器件便宜，性價(jià)比高。土壤濕度傳感器，還可用于農(nóng)業(yè)灌溉和塑料大棚種植中，但有時(shí)塑料大棚的植物不但需要合適的濕度，還要有適宜的溫度，可以在本設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上優(yōu)化系統(tǒng)，加入溫度檢測(cè)和監(jiān)控功能。