基于單片機的盆栽澆花機的設(shè)計與實現(xiàn)

王林生　王臻卓

摘 要：針對目前人們由于出差、旅游等原因?qū)е屡柙晕礉菜媾R枯死的問題，本文提出采用HT66F0185單片機、SHT-11濕度傳感器和ZXGM18無線模塊組成的智能盆栽澆花機。針對不同的盆栽，不同的人群，本文設(shè)計了手動澆花模式、自動澆花模式、利用GPRS網(wǎng)絡(luò)遠程控制澆花模式三種，人們可以根據(jù)自己的具體情況采用這三種控制方式中的一種對盆栽的澆水時間和量進行智能控制，使?jié)不ㄗ兊酶茖W。該設(shè)備智能化高，性價比相對同類產(chǎn)品高，是居家養(yǎng)盆栽的理想設(shè)備。

關(guān)鍵詞：盆栽澆花機；單片機；智能控制

中圖分類號：TP391.8 文獻標識碼：A

Abstract：Potted plants will wither up and die for lack of water when their owners are out of town for business or holiday.With this problem in hand，the paper implements an intelligent watering machine by adopting the HT66F0185 microcontroller，the SHT-11 humidity sensor and the ZXGM18 wireless modules.In order to meet the requirements of different plants and users，the paper designs three watering modes，including manual watering，automatic watering，and GPRS remote-controlled watering.Users can choose any of these three modes to intelligently control the watering time and the amount，which makes watering more scientific.It is an ideal watering machine for growing potted plants，with high intelligence and high cost performance.

Keywords：watering potted plants machine；microcontroller； intelligent control

1 引言（Introduction）

盆栽澆水量能否做到適時適量，是養(yǎng)花成敗的關(guān)鍵。但是，現(xiàn)實生活中人們總是會有無暇顧及的時候，比如工作太忙或者出差、旅游等，盆栽會因幾天未澆水而面臨枯死的危險，尤其是夏天。針對以上問題，筆者以合泰公司的產(chǎn)品HT66F0185為控制器，以中興的ZXGM18為傳輸模塊制作了智能盆栽澆花機，該設(shè)備可以實現(xiàn)家中無人時，根據(jù)傳感器檢測到的濕度對盆栽進行定量澆水，或養(yǎng)花人通過手機發(fā)送定時和定量的指令進行澆花。該設(shè)備可以解除養(yǎng)花人因工作繁忙或出差而不能澆花的后顧之憂，是養(yǎng)盆栽的理想設(shè)備[1]。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計（Overall system architecture design）

智能盆栽澆花機包括主控模塊、土壤檢測模塊、時鐘控制模塊、水泵控制模塊和流量檢測模塊。針對不同的花卉，設(shè)計了三種控制方式：一種是手動澆花模式，養(yǎng)花人按下開始按鈕，即可澆水，按下停止按鈕，或者等待濕度傳感器發(fā)過來停止信號，停止?jié)不?；第二種是利用濕度傳感器檢測盆栽的濕度，當濕度低于設(shè)定值時，進行澆花，當?shù)扔诨蚋哂谠O(shè)定值時，停止?jié)不ǎ坏谌N利用手機通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送定時定量澆花命令，澆花機依靠ZXGM18模塊接收命令，然后開始澆花，達到設(shè)定量時停止?jié)不?，三種方式適合不同的花卉，方便不同人群使用，達到提高效率并降低人工成本的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計（Hardware circuit design）

3.1 電機運行及檢測電路

當LED3綠色指示燈亮起來時進入手動澆花模式下，按下K2按鈕，單片機接收到指令，驅(qū)動電機，帶動水泵進行澆花，養(yǎng)花人可以根據(jù)不同盆栽和自己的經(jīng)驗決定澆水的多少，再次按下K2按鈕，停止?jié)不?；當LED2指示燈亮起LED3燈熄滅時進入傳感器檢測模式，利用濕度傳感器（選用SHT-11濕度傳感器）檢測盆栽的濕度，采集的濕度傳送到單片機，當濕度低于設(shè)定值時，單片機接收指令，驅(qū)動電機，帶動水泵進行澆花，當傳感器檢測到盆栽的濕度高于設(shè)定值時，停止?jié)不ǎ划擫ED2指示燈閃爍時進入無線控制模式，手機發(fā)送AT指令，澆花機上的GSM模塊接收指令，然后把指令發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)接收到的指令驅(qū)動電機，帶動水泵，定時定量進行澆花，具體電路如圖2所示[2]。

3.2 無線模塊設(shè)計

無線模塊采用中興的ZXGM18模塊，主要實現(xiàn)手機端和澆花終端的通信，手機端發(fā)送AT指令，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給澆花終端的無線模塊，無線模塊接收到指令后，把指令通過串口通信發(fā)送給單片機，單片機接收指令后驅(qū)動電機、帶到水泵進行澆花，從而實現(xiàn)了遠程控制。

3.3 DC-DC電路設(shè)計

該DC-DC降壓電路將12V降到5V，若采用普通的三端穩(wěn)壓器，如果負載功率大時，三端穩(wěn)壓器的發(fā)熱量會比較大，因此該電路比普通和LDO的穩(wěn)壓電路效率高，而且發(fā)熱量小。

4 軟件設(shè)計（Software design）

4.1 系統(tǒng)主程序

澆花機主要是在單片機的控制下，對無線模塊接收到的指令，或根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果，或根據(jù)主控板上的指令進行分析，驅(qū)動電機控制水泵，以達到控制水流，實現(xiàn)智能澆花。智能澆花機主程序軟流程圖如圖4所示[3]。

4.2 無線傳輸程序設(shè)計

無線模塊主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接和對澆花終端發(fā)送指令，指令采用AT指令，同時依據(jù)GSM技術(shù)要求，數(shù)據(jù)格式采用文本方式，該格式發(fā)送簡單可靠。

（1）通信協(xié)議：電壓5VDC，波特率9600，1個起始位，1個停止位，無校驗位，半雙工方式；一幀中的字節(jié)發(fā)送間隔不超過25個字節(jié)；幀與幀之間的發(fā)送間隔應大于1s；幀與返回狀態(tài)幀之間的間隔約10s[4]。

（2）不同類型幀格式：大寫英文字符串。

控制命令：ON：開機；OFF：關(guān)機；RUN：開始澆花；STOP：停止?jié)不ǎ籗OIL：查詢土壤濕度。

5 結(jié)論（Conclusion）

該作品采用了三種控制方式：手動澆花模式、傳感器檢測模式和無線控制模式，對盆栽進行智能定時定量澆水，當

土壤濕度達到一定值時，澆水系統(tǒng)會自動停止?jié)菜?，避免澆水過量，讓以前憑感覺澆水多少變得具體。采用DC-DC電路設(shè)計讓電源的電壓功耗更小，性能更優(yōu)。同時集成和智能化程度高，價錢相對目前市場的澆花機便宜很多，操作方法新穎，其市場前景和經(jīng)濟效益非常廣闊。

參考文獻（References）

[1] 張娜，等.智能花盆的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016（01）：174-176.

[2] 張鵬，等.基于LPC1768的智能澆花機器人設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2015（03）：86-87.

[3] 周程，朱兆優(yōu)，劉雪楓.基于ATmega128的智能澆花機的設(shè)計[J].電子質(zhì)量，2014（04）：41-43.

[4] 朱靜宜.基于可穿戴設(shè)備智慧養(yǎng)老服務(wù)平臺的構(gòu)建[J].軟件工程，2016（01）：39-41.

作者簡介：

王林生（1981-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計算機控制技術(shù).

王臻卓（1985-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：電氣自動化.