基于手機(jī)遙控的智能澆灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

郭 帥，寧禮佳，鮑玉冬，史松卓

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040)

隨著生活水平的提高，對(duì)于智能的要求越來(lái)越高，伴隨著手機(jī)已經(jīng)離不開(kāi)人們的生活，如何將智能控制與手機(jī)聯(lián)系起來(lái)成為一個(gè)非常熱門(mén)的話題。此次設(shè)計(jì)以澆灌系統(tǒng)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遙控智能控制，為以后手機(jī)智能遙控的研究奠定基礎(chǔ)。

越來(lái)越多的人喜歡在室內(nèi)種植花草，以美化環(huán)境和凈化空氣。植物的生存離不開(kāi)水分，需要定期澆灌。但由于諸多原因植物不能及時(shí)補(bǔ)充水分。另外，有些植物對(duì)濕度的要求很高，人為地過(guò)度澆水，植物的根莖容易腐爛，從而影響到植物的正常生長(zhǎng)。因此，對(duì)于自動(dòng)智能澆灌系統(tǒng)的研究具有重要的意義。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)植物自動(dòng)澆灌進(jìn)行了大量研究，取得了一些成果［1－21］，其中比較典型的成果有張兆明的基于AT89S52的家庭智能澆花器的設(shè)計(jì)、袁騰等的基于單片機(jī)原理的可定時(shí)自動(dòng)澆花器等。但從應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，現(xiàn)有對(duì)植物澆灌一般利用單片機(jī)控制定時(shí)定量對(duì)植物進(jìn)行澆灌，自動(dòng)化水平較低，這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、浪費(fèi)水資源，而且澆灌的準(zhǔn)確度很低。隨著手機(jī)在人們生活中的普及，利用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能控制顯得尤為必要，作為更人性化方式，利用手機(jī)智能控制澆灌在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中會(huì)推廣應(yīng)用。

1 工作原理

此次設(shè)計(jì)的目的為設(shè)計(jì)一種基于手機(jī)遙控的智能澆灌系統(tǒng)，其可以利用手機(jī)對(duì)澆灌系統(tǒng)進(jìn)行控制，使?jié)补噙^(guò)程更簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)，而且更節(jié)約水資源，有利于對(duì)人工的合理應(yīng)用和植物生長(zhǎng)。圖1所示為該系統(tǒng)的組成框圖，溫濕度傳感器進(jìn)行植物狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并將狀態(tài)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)所收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后發(fā)送短信給人們手機(jī)，手機(jī)接收短信便知道植物狀態(tài)，并且通過(guò)短信回復(fù)可以控制系統(tǒng)工作。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 土壤溫濕度監(jiān)測(cè)電路 該設(shè)計(jì)采用AM2302型溫濕度傳感器，該傳感器超低能耗，傳輸距離遠(yuǎn)，全部自動(dòng)化校準(zhǔn)，采用電容式濕敏元件，完全互換，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字單總線輸出，卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，采用高精度測(cè)溫元件;相對(duì)濕度精度±2%RH，相對(duì)溫度±0.5℃;可直接與單片機(jī)連接使用，適合在溫室大棚、花卉市場(chǎng)、居家小陽(yáng)臺(tái)等監(jiān)測(cè)土壤溫濕度的環(huán)境使用。其連接電路如圖2所示。

圖1 手機(jī)遙控智能澆灌系統(tǒng)組成

圖2 溫濕度傳感器連接電路示意

2.2 澆灌與通風(fēng)控制電路 澆灌水泵與通風(fēng)電機(jī)采用相同型號(hào)的24 V交流電機(jī)，以便以后維修統(tǒng)一方便。圖3所示為電機(jī)控制電路，三級(jí)管接到P1.1口上，通過(guò)編程控制P1.1高低電平高低便可以控制繼電器吸合與斷開(kāi)，從而控制電機(jī)工作狀態(tài);繼電器線圈兩端并聯(lián)1個(gè)IN4148二極管，用于吸收和釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，防止反向電動(dòng)勢(shì)擊穿三極管造成電路問(wèn)題;另外，在電路上添加LED指示燈，以便更直觀地了解繼電器工作狀態(tài)。

圖3 電機(jī)控制連接電路示意

2.3 TC35智能短信模塊連接電路 TC35是西門(mén)子公司推出的一種完整的無(wú)線GSM模塊，它以GSM網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，不受地域、線路等影響，且運(yùn)行成本低。其主要通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行連接，從而單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)TC35的控制。由于考慮到設(shè)計(jì)接口的簡(jiǎn)單性，并且可以和單片機(jī)的UART進(jìn)行連接，所以采用兩線連接(TXD、RXD)，如圖4所示。

圖4 TC35與單片機(jī)連接電路示意

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括初始化函數(shù)、溫濕度傳感器檢測(cè)子程序、數(shù)據(jù)分析處理控制電機(jī)子程序、TC35發(fā)短信程序、TC35收短信程序等。圖5所示為土壤濕度檢測(cè)并進(jìn)行澆灌程序流程圖，開(kāi)機(jī)首先進(jìn)行初始化，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)就給手機(jī)模塊發(fā)指令，啟動(dòng)澆花，當(dāng)澆花足夠時(shí)即土壤濕度傳感器檢測(cè)達(dá)到指標(biāo)時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)水泵。同理，對(duì)于土壤溫度檢測(cè)程序也是如此設(shè)計(jì)。

圖5 土壤濕度檢測(cè)并進(jìn)行澆灌程序流程

4 小結(jié)

該設(shè)計(jì)采用STC12C5608AD型單片機(jī)作為控制芯片，TC35作為人機(jī)通訊模塊，通過(guò)GSM短信模式與手機(jī)通訊，達(dá)到智能澆灌的目的。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤溫濕度變化，并且將實(shí)際情況與程序中設(shè)置的狀態(tài)進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際情況不滿足設(shè)定要求時(shí)會(huì)發(fā)短信給人們，人們通過(guò)短信知道植物狀況，并且通過(guò)回復(fù)短信可以控制系統(tǒng)工作。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)試驗(yàn)效果良好，達(dá)到預(yù)期目的。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功，在日后智能家居研究中可起到拋磚引玉的作用，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)與試驗(yàn)可以在新世紀(jì)將智能家居提升到更高檔次。

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