基于AVR單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)

王 斌

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽618000)

在談綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)之前,首先我們有必要關(guān)注傳統(tǒng)的澆水灌的方式方法,通過找出其中的弊端,為后面的設(shè)計(jì)提供更多值得參考和借鑒的意見。通過大量的走訪和調(diào)查及大量的資料查閱,我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)盆栽的澆水方式有:人工澆水、市場上常見的滴灌;而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的灌溉方式則大多采用大水漫灌的方式。我們不得不考慮采用自動(dòng)化和智能化去實(shí)行這項(xiàng)活動(dòng)。

在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)之上,單片機(jī)無疑是最好的選擇。單片機(jī)又被稱為單片微控制器,它的基本原理是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過編程模式,再集成到一個(gè)芯片上,簡單的來說就是:一塊芯片就成就了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的一個(gè)分支學(xué)科,單片機(jī)技術(shù)是簡易機(jī)器人的核心原理。本設(shè)計(jì)談到的AVR單片機(jī),是20世紀(jì)末,由ATMEL公司挪威的設(shè)計(jì)總部與相關(guān)專家利用ATMEL公司的Flash新技術(shù),共同研究出RISC精確簡單指令集的高速8位單片機(jī)。AVR單片機(jī)在我們生活中的運(yùn)用已經(jīng)是非常普遍了,與傳統(tǒng)的51系列的單片機(jī)相比,它的內(nèi)在存儲(chǔ)的資源更為豐富,接口相對(duì)而言更大,并且還有一定的價(jià)格優(yōu)勢。所以它作為智能儀器的核心已經(jīng)與我們的生活不可分離了。在編程綠植澆水系統(tǒng)時(shí),我們需要運(yùn)用到它多方面的功能,例如對(duì)于串行通信功能、中斷系統(tǒng)功能、I/O口的性能。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

在利用AVR單片機(jī)原理技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種系統(tǒng)以AVR單片機(jī)為主要控制的芯片,整個(gè)澆灌器由AVR單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、光照強(qiáng)度傳感器、溫度高低傳感器AM1001、內(nèi)存儲(chǔ)器ROM、濕度情況傳感器、前置電路、內(nèi)部定時(shí)器、電機(jī)、水泵、電源開關(guān)、鍵盤、液晶顯示器組成。該系統(tǒng)可以利用環(huán)境當(dāng)中的光照強(qiáng)度情況、濕度高低情況、溫度高低情況參數(shù)發(fā)生變化而采取自動(dòng)調(diào)節(jié)的方案,并且由于液晶顯示器的液晶顯示技術(shù)和數(shù)碼管顯示技術(shù),所以具有很好的顯示功能,還能更好的采集我們需要的光照強(qiáng)度情況、濕度高低情況、溫度高低情況參數(shù),通過收集的數(shù)值與設(shè)定值的比較,智能的根據(jù)比較后的結(jié)論選擇合適的灌溉澆水方案程序,在控制電機(jī)和水泵的自動(dòng)啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)智能化、機(jī)器化的灌溉及澆水活動(dòng)。該系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的大規(guī)模的灌溉,也可以適用于家庭盆栽花草的自動(dòng)澆水工作。

很好的利用AVR單片機(jī)自帶的EEPROM存儲(chǔ)器來保存所需澆水灌溉的地表濕度,又利用按鍵調(diào)整閾值基準(zhǔn)數(shù)值,這樣可以用來進(jìn)行調(diào)節(jié)不同時(shí)節(jié)不同氣候不同植物對(duì)水量的需求情況,做到多方面適用,具體問題具體分析。根據(jù)光照強(qiáng)度傳感器、溫度高低傳感器、濕度情況傳感器等自動(dòng)調(diào)整,以保證在參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候澆水量能夠適中。使用AVR單片機(jī)內(nèi)部所置放的A/D轉(zhuǎn)換器把濕度情況傳感器采集的濕度溫度光照等模擬量轉(zhuǎn)變成當(dāng)前的相關(guān)數(shù)值。再利用AVR單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器中斷計(jì)時(shí)情況,準(zhǔn)確的調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置的日期和實(shí)踐,從而達(dá)到定時(shí)檢測澆水灌溉情況及自動(dòng)調(diào)節(jié)水量的目的。

2 工作原理

主要控制芯片是AVR單片機(jī),工作時(shí),數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間和日期,按順時(shí)針指示,模擬表盤工作。AVR單片機(jī)內(nèi)部自帶有A/D轉(zhuǎn)換器,將從濕度高低傳感器AM1001采集到的濕度情況的一個(gè)模擬的電壓值,經(jīng)過系統(tǒng)的放大細(xì)節(jié)處理效果之后,轉(zhuǎn)化為簡單的數(shù)字量傳輸給AVR單片機(jī)中央進(jìn)行處理。其中溫度、濕度、和日照時(shí)間事先規(guī)定好上限值和下限值,因?yàn)檫@需要保存于片內(nèi)存儲(chǔ)器ROM中,在我們把得到的濕度采集值與已經(jīng)設(shè)好并且存放在單片機(jī)ROM中的數(shù)值比較,若濕度的采集值在事前給出的設(shè)定值的范圍內(nèi),溫度高低傳感器則進(jìn)行溫度的檢測,再利用液晶顯示器進(jìn)行顯示;若采集值小于先前設(shè)定值時(shí),會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)澆水的操作。繼電器控制開關(guān)的閉合,從而讓水泵進(jìn)行工作;若反之,采集到的濕度值大于事前設(shè)定值時(shí),繼電器則不進(jìn)行工作。進(jìn)行澆灌澆水工作的時(shí)候,噴頭的組數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況而定,例如現(xiàn)場的主管道的直徑,水壓情況。澆水裝置的選擇是多種多樣的,可以采用自動(dòng)式旋轉(zhuǎn)噴頭、多孔式噴水管道、地埋式噴頭、霧化澆水器、滴管澆水器、自制噴頭的機(jī)械進(jìn)行澆水灌溉工作。

3 系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)

3.1 AVR單片機(jī)

AVR單片機(jī)有如下特點(diǎn):片內(nèi)有12KB的可編程Flash,512B EEPROM,256B靜態(tài)RAM,21個(gè)通用的I/O口線,34個(gè)通用的工作寄存器,同時(shí)還支持片內(nèi)調(diào)試與編程,三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷,可編程串行。有起始條件檢測器的通用串行接口,8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC,具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器,一個(gè)SPI串行端口,五個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式 。

3.2 濕度高低傳感器AM1001

AM1001濕度高低傳感器是由電阻式濕敏元件組成,測量范圍在20%－80%RH值,測量精度上限值為4%RH,提供電電源為6V,該濕度高低傳感器集體積比較小、功耗率低、成本低廉、穩(wěn)定性可靠性高等優(yōu)勢。它被廣泛運(yùn)用于大氣的環(huán)境監(jiān)測、室內(nèi)加濕器的工作、除濕空調(diào)的運(yùn)用上。

3.3 溫度高低傳感器

溫度高低傳感器目前廣泛運(yùn)用在溫度控制系統(tǒng)中,作為傳感器,它的接口是獨(dú)特的單線接口,僅僅用一個(gè)端口就可以與AVR單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸溝通,不需要其他的器件連接,測溫的范圍是－60°—＋130°,溫度計(jì)的分辨率為8位到12位。

4 系統(tǒng)運(yùn)行模擬

當(dāng)主程序開始運(yùn)作的時(shí)候,我們需要把即將使用到的AVR單片機(jī)芯片進(jìn)行初始化工作,其中包括對(duì)溫度高低傳感器AM1001初始化、LCD1602初始化和單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)通信口初始化,將整個(gè)AVR單片機(jī)綠植系統(tǒng)按照我們初始設(shè)定的模塊化的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行編程工作,利用C＋＋計(jì)算機(jī)語言來進(jìn)行主程序的編寫、溫度高低傳感器子程序、濕度高低傳感器子程序、基本初始數(shù)據(jù)的處理程序、液晶顯示器模塊子程序、繼電器控制子程序等,我們之所以采用C＋＋語言程序來進(jìn)行編程工作,主要是它具有可移植性強(qiáng),方便查看和修改等諸多優(yōu)點(diǎn)。該AVR單片機(jī)綠植澆水系統(tǒng)默認(rèn)為每天上午的8:00整開始工作,每次澆水的時(shí)間持續(xù)120秒。每天上午的8:00整AVR單片機(jī)通過串行輸出數(shù)據(jù),使繼電器閉合,開始噴頭澆水裝置開始澆水,并依此類推接下來路數(shù)的澆水情況。澆水完成以后,數(shù)碼管會(huì)重新顯示當(dāng)前的時(shí)間,如需改動(dòng),采用AN4去改變。按照事前設(shè)定好的間隔時(shí)間,當(dāng)間隔時(shí)間到了之后會(huì)重復(fù)上面所說的工作。溫度、濕度和日照時(shí)間事前先規(guī)定好上限值和下限值,因?yàn)檫@需要保存于片內(nèi)存儲(chǔ)器ROM中,我們把得到的濕度采集值與已經(jīng)設(shè)好并且存放在單片機(jī)ROM中的數(shù)值比較,若濕度的采集值在事前給出的設(shè)定的值的范圍內(nèi),溫度高低傳感器則進(jìn)行溫度的檢測,再利用液晶顯示器進(jìn)行顯示;若采集值小于先前設(shè)定值時(shí),會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)澆水的操作。繼電器控制開關(guān)的閉合,從而讓水泵進(jìn)行工作;若反之,采集到的濕度值大于事前設(shè)定值時(shí),繼電器則不進(jìn)行工作。

5 總結(jié)

本文僅僅簡單的給出了一個(gè)大概的輪廓思維,對(duì)其他的AVR單片機(jī)的系統(tǒng)還有許多直接借鑒的方面,只有一些簡單的硬件軟件的思維要求。所以AVR單片機(jī)在綠植澆水系統(tǒng)中的應(yīng)用是一個(gè)十分復(fù)雜且困難的課題,需要相關(guān)方面的專家學(xué)者進(jìn)行更多的探討和研究。

[1]郝云鵬.AVR單片機(jī)USART雙機(jī)通訊[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011,(04).

[2]范羽,岑朝汝.無線傳輸數(shù)字子母鐘[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,(02).