花卉自動澆灌系統(tǒng)

張玉妹,金　力

（安徽中醫(yī)藥大學(xué),合肥 230012）

花卉自動澆灌系統(tǒng)

張玉妹,金力

（安徽中醫(yī)藥大學(xué),合肥 230012）

伴隨人們生活質(zhì)量的提高，以花卉植物美化生活環(huán)境的方式進(jìn)入千家萬戶，但由于花卉生長對溫度、濕度等有較高要求，而傳統(tǒng)依托于個人主觀判斷澆水量的方式很難滿足該要求，導(dǎo)致花卉生長難以保證。實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，花卉自動澆灌系統(tǒng)應(yīng)用下，對提高花卉澆灌合理性可起到顯著作用。本文將圍繞STC89C52單片機(jī)，對花卉自動澆灌系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行探析。

STC89C52單片機(jī);自動澆灌系統(tǒng);設(shè)計(jì)

0　前言

花卉種植是近年來各辦公場所、居家環(huán)境改善中的重要內(nèi)容，隨之而產(chǎn)生的各類型澆水器也流入市場中。然而從大多澆水器應(yīng)用現(xiàn)狀看，強(qiáng)調(diào)以人工控制方式為主進(jìn)行定時澆灌，且未能根據(jù)植物生長實(shí)際所需溫度、水分等進(jìn)行生長環(huán)境參數(shù)的調(diào)整，澆水量不足、澆水量過多等情況極為常見，既為用戶帶來諸多不便，也不利于花卉生長的保障。因此，本文對花卉自動系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)研究，具有十分重要的意義。

1　基于STC89C52單片機(jī)的花卉自動澆灌系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

花卉生長中要求溫度、濕度都被限定在一定范圍內(nèi)，一旦超出該范圍，花卉的生長便會受到影響。本文研究所提及的以STC89C52RC單片機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中的測控核心為單片機(jī)，利用溫濕度傳感器實(shí)時采集花卉生長環(huán)境因子數(shù)據(jù)，所有信息數(shù)據(jù)在單片機(jī)處理下，會以輸出信號形式對執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵進(jìn)行控制，達(dá)到測控土壤溫濕度的目標(biāo)。為使系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)際設(shè)計(jì)中還需考慮到軟件開發(fā)問題，本次設(shè)計(jì)主要以模塊化設(shè)計(jì)方式為主，且依托于C51語言編程進(jìn)行軟件開發(fā)[1]。

2　花卉自動澆灌系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為STC系列中抗干擾能力高、功耗低、反應(yīng)速度快的單片機(jī)，STC89C52RC單片機(jī)融合傳統(tǒng)8051單片機(jī)優(yōu)勢，0～40MHz工作頻率范圍，3.3～5.5工作電壓范圍，且可隨意選擇6時鐘/機(jī)器周期、12時鐘/機(jī)器周期。該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以STC89C52RC芯片為主，其中有時鐘發(fā)生器、振蕩電路等，內(nèi)部時鐘方式由晶體振蕩器、電容構(gòu)成。系統(tǒng)運(yùn)行中，執(zhí)行復(fù)位操作，CPU由0000H起進(jìn)行取值。

2.2 傳感器電路設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器能否可靠運(yùn)行，是影響花卉自動澆灌系統(tǒng)綜合性能的關(guān)鍵因素。設(shè)計(jì)中可采用SHT10系類產(chǎn)品，其測溫元件材質(zhì)為能隙材料，且有電容性聚合體測濕敏感元件，優(yōu)勢表現(xiàn)為性價比高、抗干擾能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等。電路設(shè)計(jì)中，主要以單線制串行通信接口為主，SHT10與單片機(jī)通過DATA通訊連接，保持4ms左右通訊時間。整個電路中，需有兩個溫濕度采集點(diǎn)，應(yīng)注意兩個SHT10采集點(diǎn)的DATA、SCLK腳應(yīng)與單片機(jī)相應(yīng)位置進(jìn)行連接。

2.3 輸出控制電路與蜂鳴器電路設(shè)計(jì)

輸出控制開關(guān)設(shè)計(jì)的合理性對花卉自動澆灌系統(tǒng)性能影響極為明顯，可考慮在控制開關(guān)方面選用通斷型電子開關(guān)繼電器，其優(yōu)勢表現(xiàn)為負(fù)載效應(yīng)穩(wěn)定、抗干擾性能好等。這樣輸出控制中由繼電器為主，可使電路的安全得到保障。而對于蜂鳴器電路設(shè)計(jì)，首先需認(rèn)識蜂鳴器構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)原理，其中在構(gòu)成方面表現(xiàn)為外殼、共鳴箱、阻抗匹配器、壓電蜂鳴片以及多諧振蕩器等，實(shí)現(xiàn)的方式包括兩種，一種由PWM輸出口驅(qū)動，另外一種強(qiáng)調(diào)借助I/O口翻轉(zhuǎn)電平驅(qū)動。值得注意的是，采用單片機(jī)I/O口引腳進(jìn)行電流控制中，蜂鳴器很難在TTL電平下被驅(qū)動，這就對電路設(shè)計(jì)提出較高的要求。具體設(shè)計(jì)中，可考慮將三極管S8550引入，蜂鳴器正極與三極管集電極C連接，負(fù)極與電源GND連接，由限流電阻穿過后，三極管基級會與I/O口連接，若有高電平輸出，三極管將發(fā)出截止動作，而在低電平輸出情況下，三極管導(dǎo)通，此時蜂鳴器有電流回路形成。這種設(shè)計(jì)方式下，僅需做好I/O輸出電平控制工作，便可達(dá)到蜂鳴器驅(qū)動目標(biāo)。

2.4 顯示模塊設(shè)計(jì)

花卉自動澆灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，顯示模塊極為重要，可將LCD1602類型顯示器引入，該顯示器可將系統(tǒng)收集的數(shù)字信息、字母以及符號等顯示出來，每行字符16個，每次顯示2行。為使顯示模塊發(fā)揮其功能，要求做好連接電路設(shè)計(jì)工作，取LCD1602數(shù)據(jù)角與STC89C52RC單片機(jī)P0口進(jìn)行連接，確保連接對應(yīng)合理，達(dá)到顯示模塊設(shè)計(jì)目標(biāo)[2]。

3　花卉自動澆灌系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

花卉自動澆灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除做好硬件設(shè)計(jì)工作，軟件是否合理也極為重要。設(shè)計(jì)時，在編程語言方面選擇C語言，原因在于其適應(yīng)性、可移植性較強(qiáng)，并以KeiluVison4作為系統(tǒng)開發(fā)軟件，利用模塊化設(shè)計(jì)方式作為系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方法。需注意在模塊化設(shè)計(jì)方法下，應(yīng)保證各程序與系統(tǒng)功能要求相吻合，各模塊都可完整到指定的任務(wù)，且所有程序結(jié)構(gòu)滿足可靠性高、易于驗(yàn)證、可讀性好、組合靈活、結(jié)構(gòu)清晰以及便于擴(kuò)充升級等要求。程序模塊具體構(gòu)成包括：繼電氣控制、SHT10溫度采集、蜂鳴器發(fā)聲控制、LCD液晶顯示屏控制等。系統(tǒng)運(yùn)行中，會通過初始化操作仔細(xì)判斷土壤濕度、溫度等情況，如溫度合適情況下，但濕度較低，需給予灌溉加濕，根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果，可自動進(jìn)行濕度范圍界定，監(jiān)測濕度過高時停止?jié)菜?，而濕度過低時自動澆水。這樣在主題流程控制合理下，可使花卉植物生長中保持最佳狀態(tài)[3]。

4　結(jié)論

花卉自動澆灌系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是保證花卉健康生長的關(guān)鍵所在。本文在設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)以STC89C52單片機(jī)為基礎(chǔ)，保證其在總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)合理下，可達(dá)到系統(tǒng)功能發(fā)揮的目標(biāo)。其中硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意做好控制系統(tǒng)、蜂鳴器電路、顯示模塊等電路設(shè)計(jì)，同時應(yīng)注意選用模塊化設(shè)計(jì)方式，做好系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)工作，以此使花卉自動澆灌系統(tǒng)發(fā)揮其作用，達(dá)到花卉自動澆灌的目標(biāo)。

[1]周穎,賈澄軍,俞吉.基于AT89S52單片機(jī)的花卉自動澆灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011(19):144-146.

[2]任玲,戚玉強(qiáng),李騰飛等.基于STC89C52單片機(jī)的花卉自動澆灌系統(tǒng)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2016(09):293-295.

[3]黎啟江,宋杰,李建斌等.一種澆灌水零排放系統(tǒng)在花卉種植中的應(yīng)用[J].云南農(nóng)業(yè)科技,2013(02):36-40.

安徽中醫(yī)藥大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2015179

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.119