喬琳君, 魏嚴鋒

(1.西安航空職業(yè)技術學院 自動化工程學院， 陜西 西安 710089;2.中航西飛民用飛機有限責任公司， 陜西 西安 710089)

0 引言

居家和辦公環(huán)境中常常會擺放綠植以改善居家環(huán)境，調節(jié)工作氛圍，但經常會存在澆水過量使綠植過澇或忘記澆水、外出過旱，最終都可能導致綠植死亡。為能夠及時、按需根據土壤濕度對家庭或辦公場所的綠植進行自動澆灌，設計基于STC89C52型單片機的自動澆花系統(tǒng)一套，防止人們澆水過量或外出時綠植長期干旱。

1 系統(tǒng)框架設計

本自動澆花系統(tǒng)由六個單元組成，即單片機控制單元、土壤濕度采集單元、模數轉換單元、按鍵選擇單元、繼電器驅動水泵單元和液晶顯示單元。當土壤濕度變化引起濕敏傳感器的阻值發(fā)生變化，系統(tǒng)上電后，該阻值變化在電路中會轉換為變化的電壓信號，經過模數轉換后送至單片機識別運算控制，并由LCD顯示器顯示土壤濕度。通過此方式對土壤的濕度信息進行實時監(jiān)測和控制，以達自動澆花之目的。系統(tǒng)框圖,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設計

2.1 STC89C52單片機

系統(tǒng)采用低功耗、高性能的STC89C52型單片機為控制器，其內部有8位中央處理器(CPU)、4k字節(jié)Flash閃速存儲器、128Byte內部RAM、32個I/0口、2個16位定時/計數器、一個5向量兩級中斷結構、一個全雙工串行通信口、片內振蕩器和時鐘電路[1]。其最小應用系統(tǒng)由單片機、晶振電路和復位電路構成。

2.2 YL-69濕度傳感器

濕度傳感器用來檢測花盆土壤濕度大小，由敏感元件以及轉換電路組成。當土壤濕度變化時，傳感器電阻值發(fā)生變化，經轉換電路引起輸出電壓的變化，并將此電壓信號輸送至數模轉換器以便單片機判別運算。本設計選用YL-69土壤濕度傳感器[2]，其濕度檢測范圍0%-100%，仿真電路中用電位器模擬濕度傳感器。

2.3 ADC0832AD轉換器

2.4 LCD1602液晶顯示器

為了實時顯示土壤濕度，提示使用者該系統(tǒng)的工作模式，因此選用LCD1602液晶顯示器用來顯示濕度大小和工作模式。運行過程中第一行Humidity顯示當前濕度；第二行state顯示工作模式，Maul為手動模式，Aoto為自動模式；自動模式下調節(jié)濕度參數時上下兩行分別顯示濕度上下限值。液晶顯示器的8位數據端D1-D7由單片機的P0口控制，RS、R/W、E端分別由單片機P2.5-P2.6控制。

2.5 繼電器水泵單元

該模塊由PNP型三極管和繼電器及水泵組成，單片機P2.0口控制三極管基極。當系統(tǒng)選擇手動澆花模式或自動模式下濕度低于下限濕度時，P2.0輸出為0，則PNP型三極管導通，繼電器得電，常開觸點吸合，電動機回路接通，執(zhí)行澆花工作。當自動模式下濕度高于上限濕度時，P2.0輸出為1，則PNP型三極管導通，繼電器失電，常開觸點復位，電動機回路斷開，結束澆花工作。

2.6 其他輔助單元

除以上五大單元外，系統(tǒng)還設置有工作模式選擇、參數調節(jié)按鍵單元和燈光指示單元。

3 系統(tǒng)軟件設計

當系統(tǒng)上電后進行初始化，同時獲取設定濕度并采集當前濕度值。經過A/D轉換后，送到LCD顯示器顯示信息；系統(tǒng)判斷當前土壤濕度和預設濕度大小關系，如果小于預設值，繼電器就會驅動水泵進行抽水灌溉；如果高于預設值，繼電器和水泵不工作。濕度傳感器實時監(jiān)測土壤濕度，當澆花過程中土壤濕度大于設定值，則澆花過程結束。系統(tǒng)流程圖,如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

系統(tǒng)部分程序如下。

#include〈reg52.h〉 //頭文件

#include〈intrins.h〉

#include"eeprom52.h"

#define uchar unsigned char //宏定義

#define uint unsigned int

#define LCD1602_dat P0 //液晶數據口定義

sbit LCD1602_rs=P2^5;//IO 定義

sbit LCD1602_rw=P2^6;

sbit LCD1602_e=P2^7;

sbit beep=P1^3; //蜂鳴器

sbit led_1=P1^4; //指示燈

sbit led_2=P1^6;

sbit key_1=P3^0; //按鍵

sbit key_2=P3^1;

sbit key_3=P3^2;

sbit alarm_1=P2^0; //繼電器

sbit ADC0832_CS=P1^2;

sbit ADC0832_CLK=P1^0;

sbit ADC0832_DIO=P1^1; //adc0832引腳

uint sum;

uchar RH,RH_H=60,RH_L=20,state,ms,time_num,cs;

bit beep1,zt,s1;

void main() //主循環(huán)

{

float Ad_dat=0;

TMOD=0x01; //配置定時器0

TH0=0x3c;

TL0=0xb0; //賦50 ms初值

ET0=1;

TR0=1;

EA=1; //打開總中斷

LCD1602_cls(); //液晶初始化

RH_H=byte_read(0x2000);

RH_L=byte_read(0x2200);

if((RH_H>99)||(RH_L>99)||(RH_L>=RH_H)) {RH_H=30; RH_L=20;}

while(1)

{

sum+=A_D(); //累加5次AD數據

cs++;

if(cs==5)

{

cs=0;

Ad_dat=(float)(sum/5); //取一個平均值，用于濾波

if(Ad_dat>250) Ad_dat=0;

else if(Ad_dat<=70) Ad_dat=100;

else Ad_dat=100-((Ad_dat-70)/1.8);

RH=(uint)(Ad_dat);

sum=0;

}

show(); //調用顯示函數

key(); //調用按鍵掃描

proc(); //調用報警子函數

}

}

4 仿真調試

選用Proteus仿真軟件實現自動澆花系統(tǒng)的軟件仿真調試，按照所設計的方案搭建電路模型,如圖3所示。

圖3 手動工作模式

系統(tǒng)所需元件明細表,如表1所示。

表1 自動澆花電路所需元件列表

模型搭建完畢，點擊單片機添加程序，打開仿真開關開始調試。

4.1 手動工作模式

系統(tǒng)上電后直接為手動模式。

由圖3可知，LCD1602第一行49%為顯示當前濕度，第二行Manul為手動工作模式；P2.0輸出為0，繼電器工作，水泵轉，LCD1602實時顯示當前土壤濕度，當濕度增加到人為預期值，按S3鍵手動關水泵，手動澆花結束。

4.2 自動工作模式

按下S2工作模式切換為自動。按下S1設置鍵，進入濕度預設值調節(jié)模式，分別按S2/S3鍵，實現增/減預設值。設置完成后，再按S1鍵退出，返回到正常模式。將濕度上下限分別設置為RH-L20～RH-H30%。當濕度在30%以下時P2.0輸出為0，繼電器得電工作，水泵轉，濕度在20%以下時D2報警；當濕度在30%以上時P2.0輸出為1，繼電器斷電，水泵停，D3報警指示，完成自動澆花，如圖4所示。

圖4 自動工作模式

5 總結

從仿真實驗結果表明，該系統(tǒng)可以實現低于設定下限濕度時系統(tǒng)自動澆花，高于設定上限濕度停止?jié)不?，同時帶有燈光報警指示和濕度實時顯示，在實際中有一定的應用價值。