盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：文章介紹了一種基于AT89S51單片機(jī)的便捷、高可靠性的盆花自動澆水系統(tǒng)的設(shè)計方法。本設(shè)計采用HM1500濕度傳感器檢測花盆的土壤濕度，單片機(jī)根據(jù)土壤濕度判斷是否需要進(jìn)行澆水，如需要澆水，單片機(jī)控制繼電器繼而控制電磁閥實現(xiàn)澆水。此外，為保證供水水箱

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

盆花自動澆水系統(tǒng)主要由七個部分組成，分別是單片機(jī)控制模塊、濕度檢測模塊、澆水模塊、水箱液位控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊和電源電路模塊。

HM1500濕度檢測模塊檢測盆花土壤的濕度，輸出的電壓信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)。單片機(jī)每隔10分鐘采集一次濕度信號，當(dāng)所檢測到的濕度信號低于設(shè)定值時，根據(jù)所測得的相對濕度計算出所需澆灌的水量，具體是由單片機(jī)控制繼電器的接通從而控制電磁閥開通的時間來實現(xiàn)的。澆水模塊主要是由繼電器和電磁閥組成。水箱液位控制模塊由投入式液位變送器、繼電器、電磁閥組成，液位變送器將供水水箱的液位轉(zhuǎn)換0～5V的電壓信號，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)，顯示模塊用于土壤實時相對濕度信號的顯示以及調(diào)節(jié)相對濕度設(shè)定值和水箱液位范圍的顯示。按鍵模塊用于單片機(jī)的開關(guān)、復(fù)位以及調(diào)節(jié)相對濕度設(shè)定值和調(diào)節(jié)水箱液位范圍。電源電路模塊用于整個自動澆水裝置的供電。如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2.1濕度檢測模塊

濕度檢測模塊采用HM1500濕度傳感器檢測花盆的土壤濕度。HM1500濕度傳感器在5V直流供電下，土壤的相對濕度0～100%RH對應(yīng)于輸出1～4V的電壓信號，濕度傳感器測量出的電壓信號傳送給ADC0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由單片機(jī)計算出實際的濕度大小并進(jìn)行判斷是否需要澆水并計算出所需澆水的時間，通常希望保持盆花土壤的相對濕度在60%左右。

2.2 澆水模塊

澆水模塊主要由繼電器和電磁閥組成，由AT89S51單片機(jī)控制繼電器的開關(guān)繼而控制電磁閥的通斷。由于所采用的電磁閥需要24V直流供電，故采用了220V交流轉(zhuǎn)24V直流的開關(guān)電源。將繼電器與開關(guān)電源及電磁閥相串聯(lián)即可實現(xiàn)用繼電器的通斷控制電磁閥的開關(guān)。由于單片機(jī)IO口的驅(qū)動電流不夠，不能夠直接驅(qū)動繼電器，于是在單片機(jī)與繼電器之間加入一個ULN2003芯片，ULN2003芯片最大驅(qū)動電壓為50V，驅(qū)動電流為500mA，輸入電壓為5V，它由達(dá)林頓管組成驅(qū)動電路，能與TTL和CMOS電路直接相連。

2.3 水箱液位控制模塊

水箱液位控制模塊主要由水箱液位檢測電路組成，所采用的是星儀CYW11投入式靜壓液位變送器，它可以將0～1m的水位轉(zhuǎn)換成0～5V的電壓信號。由于該液位變送器采用三線制的形式（即三根引線分別為電源線、地線和信號輸出線），供電電壓為24V，與電磁閥的供電電壓相同，故液位變送器與電磁閥采用同一個220V交流轉(zhuǎn)24V直流的開關(guān)電源進(jìn)行供電。液位檢測電路的形式與濕度檢測模塊形式完全一樣。為控制供水水箱的水位在一定的范圍內(nèi)，如60%～80%，液位變送器檢測水箱的水位并輸出0～5V的電壓信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，當(dāng)水箱水位低于60%時，單片機(jī)控制繼電器繼而控制電磁閥給水箱加水，當(dāng)液位高于80%的時候，停止加水。澆水模塊的控制電路與水箱加水模塊的控制電路在形式上一樣。

2.4 濕度顯示模塊

濕度顯示模塊的主要功能是顯示盆花土壤的實時濕度，但它與按鍵模塊相結(jié)合還有一個重要功能，由于不同的盆栽所要求的土壤相對濕度是不同的，可以利用按鍵模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)土壤濕度的限值，而顯示模塊則用于調(diào)節(jié)過程中的顯示。此外，根據(jù)實際所采用的供水水箱的高度，也利用按鍵模塊進(jìn)行水位范圍的設(shè)定，顯示模塊同樣起調(diào)節(jié)過程中的顯示作用。

3 軟件程序設(shè)計

由于C語言具有簡單易學(xué)，執(zhí)行效率高等特點，本程序采用C語言編寫。盆花濕度限值以及水箱液位范圍的設(shè)定采用中斷程序?qū)崿F(xiàn)，未在程序流程圖中展示。盆花自動澆水系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示，整個軟件在結(jié)構(gòu)上包括主程序、鍵盤掃描程序、數(shù)據(jù)采集程序、顯示程序及輸出控制程序等組成。

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