基于STC89C52單片機(jī)的自動(dòng)澆花控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

佟金鍇，肖 朋

（1.沈陽(yáng)工程學(xué)院 電力學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110136；2.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口115000）

隨著當(dāng)前生活水平的不斷提高，人們?yōu)榱俗非蟾哔|(zhì)量的生活，同時(shí)凈化空氣、美化環(huán)境，都喜歡在家中或辦公室種植一些花草，為了保證植物的正常生長(zhǎng)，必須進(jìn)行澆水灌溉，這無(wú)疑是一項(xiàng)繁瑣的工作，特別當(dāng)工作忙碌或者在外出差時(shí)，更是無(wú)暇顧及，這種情況會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)甚至枯萎死亡［1］.基于以上情況的出現(xiàn)，單片機(jī)自動(dòng)澆花控制系統(tǒng)將會(huì)幫助人們解決這些問(wèn)題.使用YL－69濕度傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量出土壤濕度并通過(guò)LCD1602顯示芯片進(jìn)行同步顯示，可以及時(shí)地掌控植物的生長(zhǎng)情況并且對(duì)土壤濕度進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，這樣可以減少人為手動(dòng)澆水的工作.該控制系統(tǒng)不僅適合于城鎮(zhèn)居民使用，也可為蔬菜大棚、園林、綠地等進(jìn)行自動(dòng)澆灌管理.

1 自動(dòng)澆花控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由蜂鳴器報(bào)警電路、抽水電機(jī)電路、電源電路、單片機(jī)主控電路、LCD液晶電路、濕度模塊電路和按鍵電路等組成，詳細(xì)系統(tǒng)框圖如圖1所示［2］.首先土壤信息被濕度傳感器采集到，該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)專用模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀取，之后將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件程序處理后送到LCD液晶電路，LCD液晶電路可顯示出當(dāng)

前土壤濕度，通過(guò)與事前設(shè)定好的濕度范圍進(jìn)行比較，如果濕度低于設(shè)定范圍的下限值，則控制抽水電機(jī)電路進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能，同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，直至土壤濕度達(dá)到上限值停止?jié)菜?，按鍵電路負(fù)責(zé)調(diào)整濕度范圍的上限值與下限值以及系統(tǒng)的復(fù)位重啟，電源電路保證系統(tǒng)的持續(xù)供電.

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)主控電路

控制系統(tǒng)主電路由STC89C52單片機(jī)、時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路等組成，STC89C52是一種低功耗、高性能、具有CMOS8位微控制器，同時(shí)具備在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器.由于該芯片具備上述優(yōu)點(diǎn)，因此可為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、可靠、有效的解決方案［3］.本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)是在STC89C52單片機(jī)芯片上開(kāi)發(fā)的，并且對(duì)芯片的外圍電路進(jìn)行了擴(kuò)展，具有很強(qiáng)的靈活性和移植性.

2.2 LCD液晶電路

控制系統(tǒng)采用LCD1602顯示芯片構(gòu)成顯示電路，其芯片DB0～DB7為八位雙向數(shù)據(jù)線，連接單片機(jī)的P0.0～P0.7口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.其他接口GND為接地端，RS為寄存器選擇端，VO為對(duì)比度調(diào)整端，VCC為正電源端口，R／W為讀寫(xiě)信號(hào)線，E端為使能端，低電平有效時(shí)液晶模塊才能顯示，BG／VCC和BG／GND為背光源的正極和接地.液晶電路主要負(fù)責(zé)顯示土壤濕度值和澆水的范圍值.

2.3 濕度模塊電路

控制系統(tǒng)采用YL－69濕度傳感器和ADC0832轉(zhuǎn)換芯片組成濕度模塊電路，其中YL－69傳感器的四個(gè)引腳分別為VCC接5V電源、GND接地端口、DO數(shù)字量輸出接口、AO模擬量輸出接口.本系統(tǒng)為了達(dá)到精確控制的效果，采用AO模擬量輸出模式.當(dāng)使用模擬量輸出時(shí)需要有AD轉(zhuǎn)換模塊與其相連接，系統(tǒng)采用ADC0832轉(zhuǎn)換芯片，引腳CS非，使能端、低電平有效，CH0和CH1為模擬輸入通道0和1，GND為零電位接地，VCC接5V電源，CLK芯片時(shí)鐘輸入，DI和DO為數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入和輸出.工作時(shí)將傳感器探頭直接埋入土壤中，土壤的濕潤(rùn)程度會(huì)造成探頭電阻變化，導(dǎo)致濕度模塊電路輸出一個(gè)高電平，使單片機(jī)發(fā)出指令控制抽水電機(jī)澆水［3］.該濕度模塊電路具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn).

2.4 按鍵電路

控制系統(tǒng)采用獨(dú)立按鍵方式、手動(dòng)控制、每個(gè)按鈕僅僅占有一根I／O口線，I／O口線之間的工作情況互不干擾.這種控制方式的按鍵電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、配置靈活、易于控制［4］.本系統(tǒng)外圍電路接有四個(gè)獨(dú)立按鍵，其中S1為系統(tǒng)復(fù)位按鍵，S2為濕度設(shè)置按鍵，S3為加／手動(dòng)鍵，S4為減／手動(dòng)鍵.當(dāng)按下S2按鍵，進(jìn)入預(yù)設(shè)濕度值調(diào)節(jié)模式，同時(shí)配合S3鍵進(jìn)行預(yù)設(shè)濕度增加、S4鍵進(jìn)行預(yù)設(shè)濕度減少，再按下S2按鍵退出，返回到工作模式.

2.5 蜂鳴器報(bào)警電路

控制系統(tǒng)采用蜂鳴器、發(fā)光二極管、三極管組成的電路進(jìn)行聲光報(bào)警，被測(cè)量的土壤濕度值低于設(shè)定下限值時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，此時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出聲響.由于單片機(jī)的I／O口驅(qū)動(dòng)能力不足，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)大功率器件，為此系統(tǒng)使用一個(gè)PNP型的三極管作為驅(qū)動(dòng)管，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，本系統(tǒng)中的蜂鳴器電路與單片機(jī)的P3.3引腳連接實(shí)現(xiàn)功能.

2.6 抽水電機(jī)電路

控制系統(tǒng)采用電機(jī)、三極管、電阻、電容組成抽水電路.電路通過(guò)判斷單片機(jī)的P1.6引腳電平高低的情況，以此來(lái)確定三極管的工作狀態(tài)，三極管導(dǎo)通時(shí)作為驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī).當(dāng)P1.6引腳輸出低電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，＋5V電源加到電機(jī)兩端，電機(jī)開(kāi)始工作抽水.相反，P1.6引腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，電機(jī)兩端沒(méi)有電位差，電機(jī)斷電，停止工作.

2.7 電源電路

控制系統(tǒng)采用直流電源適配器供電，提供5V電壓，總開(kāi)關(guān)采用自鎖開(kāi)關(guān)，接線時(shí)只接常開(kāi)觸點(diǎn)1和2，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，觸點(diǎn)1和2閉合，實(shí)現(xiàn)電源接通，系統(tǒng)開(kāi)始工作.

2.8 總電路系統(tǒng)

將上述分電路整合到一起，最終構(gòu)成基于單片機(jī)的自動(dòng)澆花控制系統(tǒng)，再利用PROTEL99SE軟件將電路圖繪制完成，電路原理圖如圖2（見(jiàn) 84頁(yè)）所示.

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件部分使用KEIL軟件，采用C語(yǔ)言程序編寫(xiě)，同時(shí)采取模塊化的形式，這樣條理清晰、便于擴(kuò)展.軟件設(shè)計(jì)思路首先為系統(tǒng)初始化、顯示啟動(dòng)界面，然后設(shè)置土壤濕度上下限、檢測(cè)土壤濕度、數(shù)據(jù)處理，接下來(lái)判斷是否澆花、相應(yīng)啟動(dòng)報(bào)警和開(kāi)啟電機(jī)澆水等，詳情見(jiàn)主程序流程圖（如圖3所示見(jiàn)85頁(yè)）.

4 控制系統(tǒng)綜合調(diào)試

根據(jù)電路原理圖，焊接電路板，再將程序燒錄到STC89C52單片機(jī)中，接通電源，調(diào)整濕度上限值和下限值，再將濕度傳感器插入到土壤中，觀察控制系統(tǒng)是否正常運(yùn)行.調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)LCD液晶屏只是被點(diǎn)亮，沒(méi)有顯示出濕度，隨后用萬(wàn)用表檢查電路板焊接是否正確、LCD液晶屏是否松動(dòng)、虛焊等情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于其中兩個(gè)引腳焊接短路導(dǎo)致，隨后用電烙鐵將焊錫點(diǎn)開(kāi)，排除短路故障，之后該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行檢測(cè)，工作正常，表明控制系統(tǒng)穩(wěn)定性良好.控制系統(tǒng)實(shí)物圖如圖4（見(jiàn) 85頁(yè)）所示.

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的一款自動(dòng)澆花控制系統(tǒng).該系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地測(cè)量出土壤的濕度，根據(jù)濕度范圍來(lái)控制抽水電機(jī)的開(kāi)啟與停止，澆水的同時(shí)還伴有聲光報(bào)警.該系統(tǒng)功耗低、性能穩(wěn)定，較好地滿足了家居與辦公場(chǎng)所綠色植物的澆水需要.