基于单片机的智能浇花(灌溉)系统设计

智能浇花系统选择AT89C51单片机最小系统作为整体控制芯片。该系统功能为对土壤温度值与湿度值进行实时监测，并及时控制土壤中温度值与湿度值。将测量的温温度值与湿度值返回给单片机进行数据处理通过控制模块进行温湿度控制。智能浇花系统主要分为两个部分：监测模块选用湿度传感器YL-69来对土壤中湿度值进行监测以及温度传感器DS18B20对花周围温度进行实时检测。温度值与湿度值的控制则为连接在单片机上的SRD-05VDC-SL-C继电器，通过控制连接水管的电磁阀开关来实现对土壤浇水。通过电磁阀来控制风扇从而进行温度控制。模拟部分通过控制加热棒来模拟夏天高温天气，利用风扇降温。

本设计软件实现方法是将湿度传感器YL-69的探头完全插入到待测花盆的土壤中，将检测到的模拟量经过连接的AD转换连接在单片机中，并将及转换后的数值与单片机设定值进行对比。温度检测方法是将DS18B20的传感器放在花周围，检测到的周围温度连接单片机内部的AD转换后将测量值与内部设定值进行对比。通过显示屏来观察实时湿度与湿度设定最大值与最小值，用户可通过按键来设置湿度值上下限来改变土壤湿度。电磁阀一侧连接在家庭供水处，另一端连接土壤利用继电器控制电磁阀的开关来控制浇水。通过LCD显示出当前湿度。为了降温更加明显，风扇选择靠近温度传感器一侧放置，原因是为了更加明显观察实验结果，风扇利用继电器控制，为了更加稳定的模拟出高温天气，设计采用半封闭式透明塑胶板制造一个浇花空间。四个独立按键分别控制温湿度阈值。

智能浇花系统其应件主要包括：单片机最小系统、土壤湿度传感器YL-69、温度传感器DS18B20、液晶显示LCD12864、4个独立按键、电源。其中主控部分选择单片机最小系统来实现控制，显示模块主要用LCD1602显示屏。控制部分通过继电器来控制水阀和风扇的开关，按键部分设置四个独立按键来控制湿度阈值的增减，电源模块预计采用5V开关电源供电。

主控模块

本设计采用AT89C51单片机最小系统作为主控模块。AT89C51单片机是带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，是一种低电压，高性能COMS8位微处理器。AT89C51单片机内部有一个128KB的片内数据存储器，还有21个特殊功能寄存器，4KB片内程序存储器Flash ROM，6KB可寻址片内外统一编制的ROM，64KB可寻址片外的RAM，4个并行的8位I/O接口，一个全双工通用异步串行接口UART，两个16位的定时/计数器。具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能的五个中断源、两个有限及的中断操控系统以及片内振荡器和时钟产生电路的8位微处理器。

湿度传感器YL-69模块

（1）VCC外接3.3V-5V电压；

（2）GND外接地；

（3）AO小板模拟量输出接口；

（4）DO小板数字量输出接口（0/1）；

（5）湿度传感器特色；

（6）具有输出指示灯，低电位有效输出灯亮；

（7）带TTL高低电位信号和模拟信号输出；

（8）温度感应灵敏度可通过电位器调节；

（9）输出信号可直接接单片机IO口或AD转换；

（10）带固定安装孔，方便固定安装；

（11）湿度检测精度为5%。

温度传感器DS18B20模块

（1）温度传感器DS18B20单线三引脚，其中包括信号线、电源线、接地线；

（2）不需要外部元件，直接输出串行数据；

（3）测温分辨率高，测温范围是：

-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内，精度为0.5℃；

（4）电源电压范围3.3V-5V；

（5）测温精度在-55℃-125℃，在-10℃-+85℃之间，测温精度为0.5℃。

控制模块

控制模块电路由继电器、风扇、电磁阀组成。

继电器(Relay)，一般具有两种系统：一是控制系统，又叫输入回路；一是被控制系统，又叫输出回路。通常用于自动或半自动电子器件中，实际工作原理是通过较小的电流作为信号去控制较大的电流供电。在电路中的作用为调节、保护等作用，是电路中广泛用到的产品。

继电器是由铁芯外绕线圈，由一块衔铁和触点等组成的通过电磁控制的开关。当在线圈两端添加固定电压时。线圈中通过电流，根据法拉第电磁效应，线圈产生的电流使得铁芯附加磁力，衔铁被吸引。从而触点结合。当断电后，线圈电流消失，铁芯失去磁力，衔铁失去铁芯的磁力后恢复力使得衔铁脱离触点。通过电流的控制使铁芯上磁与失磁达到了通路与断路。常开触点为当线圈未通过电流时触点未接触。常闭触点是电流接通状态下的静触点。继电器是通过小电流控制大电流，小电流起控制作用，大电流是为工作电路提供的。

风扇的主要作用是进行物理降温，在设计期间，物理降温有很多种，一种是通过浇水方法来进行物理降温，通过水分的蒸发来带走热量。另一种方法是通过风扇进行物理降温，通过空气的流通进行降温。二者相比，风扇降温效果不明显，而且通电降温时间长，造成资源浪费。浇水系统降温迅速，但是考虑到花草生长期间太多的水分会导致花草淹死，如果利用浇水来进行降温，在控制浇水时则无法控制湿度。所以采用风扇降温。风扇降温的原理是当单片机内部设定值与温湿度传感器检测值相比高于设定值时，继电器控制风扇工作，通过空气流动水分蒸发来进行物理降温，风扇由扇叶与电机构成，引线分别接继电器与地。

电磁阀其工作特性是由电与磁制作的通过电磁原理来控制管内流速的产品，在本次设计中电磁阀的作用为控制水流量。电磁阀通过连接继电器来实现开、闭的控制。电磁阀的种类有很多，在不同电路中控制的物体也不同，电磁阀作为广泛应用的电磁控制流量物品常见的有单向阀、安全阀、速度调节阀等。在本次设计中电磁阀的作用是非常重要的，其作用是控制水流是否通过。电磁阀的引脚一端连接继电器常闭端口，当继电器上电时电磁阀通电，水流通过。另一端连接5V电源为其供电。在电磁阀管道两端，一端连接家庭用的水龙头管，使得成为常供水端，另一端连接花盆为其浇水。

软件设计实现方法

系统的实现方法是将温度传感器DS18B20与湿度传感器YL-69检测到的模拟量通过AD转换传送到AT89C51单片机中，将测量结果与设定值进行比较，同时在液晶显示屏中显示出当前湿度值和设定湿度最大值和最小值，如果当前湿度值小于设定湿度下限（缺水），单片机控制继电器供电，继电器外接工作电压给电磁阀供电使电磁阀打开给土壤浇水。当湿度传感器YL-69检测到的当前湿度值大于用户设定湿度最大值时，则单片机控制继电器失电，电磁阀失电关闭停止对土壤浇水。温度控制与湿度控制相似，温度传感器DS18B20将检测到的温度值与设定的温度阈值进行对比，若当前温度值小于用户设定最大温度阈值，单片机控制继电器上电，外接12V电源给风扇供电，进行物理降温，若当前温度值低于用户设定温度最小值，则停止降温。

软件设计流程图

软件设计开始后，系统初始化，温湿度传感器将检测值与系统设定值相对比，若温度高于设定值或湿度低于设定值，则分别进行降温或者浇花，否则不作为继续监控。