便攜式小型家用智能灌溉系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

汪玉鳳　湯莉莉　肖玲　尚子奇　周威　郭程昱　尤杰

摘 要：本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)作為智能控制系統(tǒng)，通過測距模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄水池內(nèi)水量的情況、溫濕度傳感器實(shí)時(shí)檢測空氣與土壤的溫度與濕度，外圍通過ADC0832轉(zhuǎn)換器模塊、LCD顯示模塊、輸入模塊、抽水泵模塊等最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示空氣與土壤的溫濕度和蓄水池內(nèi)的水量，并能完成定期定量智能灌溉的任務(wù)。本項(xiàng)目在電路設(shè)計(jì)上主要是以創(chuàng)新節(jié)能為主；在元件材料選擇上以小巧輕便易于攜帶為主；在硬件組合上采用獨(dú)立性高的模塊化設(shè)計(jì)；在軟件編程上采用易于調(diào)用的嵌套編程方案。通過以上設(shè)計(jì)，能在LCD液晶顯示屏上高效精確顯示當(dāng)前空氣與土壤的溫度、濕度和當(dāng)前蓄水池水量，在節(jié)約水資源和解放雙手的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了智能灌溉。

關(guān)鍵詞：超聲波測距 溫濕度傳感器 實(shí)時(shí)監(jiān)控 智能灌溉

中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0042-02

Abstract： This design is based on single chip computer as an intelligent control system， through the ranging module real-time monitoring of water volume in the reservoir， temperature and humidity sensor real-time detection of air and soil temperature and humidity， peripheral through ADC0832 converter module， LCD display module， input module， pumping module and so on， the final realization of real-time monitoring and display of air and soil temperature and humidity and water volume in the reservoir， and can complete the task of regular quantitative intelligent irrigation. This project mainly focuses on innovation and energy saving in circuit design， small and portable in component material selection， modular design with high independence in hardware combination， and nested programming scheme with easy invocation in software programming. Through the above design， the temperature and humidity of air and soil and the water quantity of water storage pool can be displayed efficiently and accurately on LCD display screen， and the intelligent irrigation can be realized while saving water resources and liberating hands.

Key Words： Ultrasound ranging； Temperature and humidity Sensor； Real-time monitoring； Intelligent irrigation

本團(tuán)隊(duì)結(jié)合現(xiàn)代社會(huì)人們的需求，設(shè)計(jì)了一款便攜式家用小型智能灌溉系統(tǒng)。本研究設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)的智能控制技術(shù)將空氣與土壤的溫度、濕度和當(dāng)前蓄水池水量實(shí)時(shí)顯示在LCD液晶顯示屏上，當(dāng)顯示屏上的溫度和濕度高于程序所設(shè)置的溫濕度時(shí)，蓄水池中水閥開關(guān)打開，開始灌溉直至溫濕度達(dá)到所設(shè)定值；當(dāng)蓄水池中的水量小于程序所設(shè)定值時(shí)，抽水泵開始工作直至蓄水池中水量達(dá)到設(shè)定值，最終實(shí)現(xiàn)定期定量地進(jìn)行智能灌溉，不僅解放了人們的雙手，提高了他們的生活質(zhì)量與效率，還便于旅行攜帶，更重要的是緩解了水資源緊張的情況，達(dá)到了節(jié)約水資源的目的。

1 總體硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，其中硬件系統(tǒng)是由溫濕度傳感器模塊[1]、測距模塊、單片機(jī)控制模塊、放大模塊、抽水泵模塊、液晶顯示模塊、灌溉模塊、電源電路模塊[2]等8個(gè)模塊組成。其中供電模塊主要是為單片機(jī)供電，由放大模塊將電壓放大再給其他模塊系統(tǒng)供電。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)程序流程圖如下圖2所示，具體流程如下：首先，接通電源，單片機(jī)開始工作將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將此時(shí)的溫度、濕度、水量顯示在顯示屏上[3]。若顯示屏上的溫度和濕度高于程序所設(shè)置的溫濕度時(shí)，灌溉系統(tǒng)啟動(dòng)開始工作；反之，灌溉系統(tǒng)不啟動(dòng)；當(dāng)單片機(jī)檢測到此時(shí)溫濕度達(dá)到所設(shè)定值時(shí)，灌溉系統(tǒng)關(guān)閉；反之，則重復(fù)上一操作。若顯示屏上的水量低于程序所設(shè)置的水量時(shí)，抽水泵啟動(dòng)開始工作；反之，抽水泵不啟動(dòng)；當(dāng)單片機(jī)檢測到此時(shí)水量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，抽水泵關(guān)閉；反之，則重復(fù)上一操作。

3 方案難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 方案難點(diǎn)

（1）單片機(jī)工作電壓太小，無法帶動(dòng)抽水泵；

（2）溫濕度傳感器靈敏度的調(diào)節(jié)和測距模塊與蓄水池的距離設(shè)置；

（3）傳感器與單片機(jī)以及LCD顯示屏的結(jié)合應(yīng)用。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）通過測距模塊測試水量；

（2）單片機(jī)控制傳感器并通過A/D轉(zhuǎn)換器將值顯示在顯示屏上；

（3）硬件中，灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)小巧便于攜帶且穩(wěn)當(dāng)耐用；

（4）軟件中，多個(gè)程序同時(shí)調(diào)用但彼此互不影響。

4 系統(tǒng)的測試結(jié)果分析

（1）在設(shè)定的范圍內(nèi)，傳感器能較精確地測試出外界空氣和土壤中的溫度與濕度，并通過單片機(jī)顯示在顯示屏上，從而實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控；

（2）在一定距離內(nèi)，測距模塊能較準(zhǔn)確地測出水距，從而通過單片機(jī)得出水量，同時(shí)通過顯示屏顯示出此時(shí)蓄水池中的水量，最終達(dá)到及時(shí)蓄水節(jié)約水資源的目的；

（3）單片機(jī)接收到溫濕度傳感器和測距模塊的數(shù)據(jù)時(shí)，能及時(shí)反映是否蓄水是否開始灌溉；

（4）對比測試后會(huì)明顯發(fā)現(xiàn)本智能灌溉系統(tǒng)不僅成本低體積小而且用水較少，更益于植物成長。

5 結(jié)語

本智能灌溉系統(tǒng)可廣泛用于多種場景，如家庭灌溉盆栽、公園灌溉花草、農(nóng)田灌溉莊稼等等。程序所設(shè)定的溫度、濕度和水量是可變的，可以根據(jù)不同植物自身所需生長的溫濕度和蓄水池的大小來更改以達(dá)到該植物最好的生長情況。本設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，而且在很大程度上節(jié)省了人力資源，提高人們生活質(zhì)量與效率的同時(shí)，達(dá)到了節(jié)約水資源的目的。在人們生活日益現(xiàn)代化、智能化的今天，智能灌溉系統(tǒng)為我們的生活帶來方便的同時(shí)還美化了我們的環(huán)境，具有很大的使用價(jià)值和市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 何希才.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2] 華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 張毅剛，趙光權(quán)，張京超.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].2版.北京：高等教育出版社，2006.