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基于单片机的盆花智能浇水控制系统的设计

更新时间:2016-07-05

盆栽作为绿色植物,还可以有效地净化室内的空气,越来越受到人们的欢迎.但随着生活节奏的加快,上班一族无暇顾及盆栽的浇水问题,影响盆栽的长势及盆栽对室内空气的作用.因此,及时浇水及浇水量控制对盆栽养植很关键.目前,市场上出现的自动浇花设备,保证了浇水量但不经济实惠,再者此类自动浇水器大多设定一个定时浇水的时间,不能达到给花草适时合理的浇水效果.[1]因此,设计为一款集盆栽土壤湿度实时检测、自动化适时浇水于一体的经济性盆栽自动浇水系统,具有很高的实用价值.

1 系统的设计

1.1 系统设计方案

系统以单片机STC89C51为主控芯片,通过湿度传感器采集土壤湿度,将检测到的土壤湿度数据经过AD0832处理后送入单片机,并可利用按键进行湿度值的上下限设置,将采集到的当前湿度值与预设值进行比较,若低于下限值则蜂鸣器响起并提示灯闪烁亮起,开启电机带动水泵进行自动浇水功能;[2]高于上限值时电磁阀关闭,停止浇水,蜂鸣器和提示灯均熄灭,并通过LCD显示屏显示当前湿度.

1.2 系统硬件设计

如图1所示,根据设计要求,完成系统主控芯片、湿度传感器的选择,并完成检测模块、显示模块、按键模块、声光报警模块等设计.

图1 系统组成框图

1.2.1 主控模块

作为STC推出的新一代单片机,STC89C51RC系列单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰的优良特性,其指令代码可与传统8051单片机完全兼容,因此,设计采用STC89C51型单片机作为主控芯片.[3]

农业绿色发展是农业持续稳定发展的前提条件,应发挥科学技术的优势,加大科学技术创新力度,将传统技术与创新技术相融合,保护好农业生态环境,将区域资源优势发挥出来,做到取长补短,推进农业经济稳步发展。

1.2.2 土壤湿度检测模块

系统需采集实时土壤湿度值,除了水生花卉和旱生花卉外,中性花卉需要土壤湿润,耐湿程度不同,高湿度的要求相对湿度不超过80%,而YL-69型 土壤湿度传感器工作电压为3.3V~5V,测量范围为0~100%RH,且误差在±3%之间,YL-69完全满足盆栽植物,因此,系统采用土壤湿度传感器YL-69.

该模块由电动机和水泵组成,水泵的一端联接到电源上面,另一端接到三极管的集电极,三极管的基极与单片机的一个管脚连接,当管脚输出高电平时,三极管导通,水泵工作.当管脚输出低电平时,三极管截至,水泵不工作.

1.2.3 按键模块

系统选用LCD1602显示器,可显示2行16个字符,有8位数据总线D0~D7、RS、R/W、EN三个控制端口,工作电压5V,且带有字符对比度调节和背光.

1.2.4 LCD显示模块

通过按键设置湿度的上下限值,按下S3一次设置湿度上限,S4加操作,S5减操作;按下S3两次设置湿度下限值,S4加操作,S5减操作;按下S3三次退出设置.低于下限值启动水泵,高于上限值关闭水泵.在上下限值之间时水泵不动作,此时可以按下S5强制启动,湿度超过上限自动关闭.[4]

1.2.5 声光提示模块

帕鲁特金矿选矿尾矿输送及充填系统工程关系到帕鲁特公司的生存与发展,尾矿库和充填站分别于2017年9月和今年5月开始建设,由于极端天气和雪灾等因素的影响,这两项工程进度严重滞后。自今年9月18日起,帕鲁特公司抽调精兵强将参与基建工程建设管理,采取了倒排工期,每天晚上召开工程碰头会,每周进行工程考核等措施,经过中色国际、帕鲁特公司、中国十五冶、中能集团山西电建三公司近千名中塔建设者的不懈努力,克服了雪崩、泥石流、冬季严寒、积雪严重、物资匮乏、物流缓慢等多种困难,历经一年的施工终于建成,并于10月26日开始试车,28日整个系统试车成功,比计划目标提前了5天。

比较不同程度护理后血糖指标变化情况及治疗总有效率。治疗总有效率评定标准包括:①术后患者恢复良好,血糖控制平稳且未发生并发症记为显效;②术后患者恢复较好,血糖控制较好,术后出现轻微并发症经治疗后好转记为有效;③术后恢复时间较长且血糖控制情况较差并伴有并发症发生甚至死亡记为无效。

声光提示模块由蜂鸣器、LED灯、三极管和电阻组成.蜂鸣器发声的原理是电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场来驱动膜发声,单片机的输出电平无法驱动蜂鸣器,需加一个电流放大电路.当采集到的湿度值低于预设的下限值时,单片机发出控制信号到报警电路发出声音,当声音持续两秒之后停止发声,并开启LED灯提示闪烁.

1.2.6 控制浇水模块

由于土壤中含有的矿物质离子,这些矿物质离子都溶解在土壤中的水中,如果将两个电极插入土壤中,电极之间就可以通过这些离子导电,通过测量两电极之间的电阻值来表征土壤湿度的大小,由于两极间的电阻与电压成正比,所以通过计算两极的电压来表征土壤湿度.在测量电压之前,需将传感器得到的模拟电压经过A/D转换成数字信号以便单片机处理.

1.3 系统软件设计

如图2所示,当系统通电后先进行初始化设置,后通过传感器采取土壤湿度值,将采集到的数据经过ADC0832转换处理后传送到单片机,由LCD1602显示其数值.将采集到的湿度值与预设湿度上下限值进行比较,如果低于上限,则判别是否低于湿度下限.若高于下限,则不进行操作;如果采集到的湿度数据低于已设置的湿度下限,则进行浇水,直到湿度超过设置的上限,则停止浇水.

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2 设计结论

图2 系统软件设计流程图

(1)传感器及显示模块:土壤湿度传感器正常采集数据,并通过LCD1602实时显示;(2)报警模块及水泵:当检测湿度<系统湿度下限值,蜂鸣器发声,水泵启动;当检测湿度>系统湿度上限值,蜂鸣器不发声,水泵停止;(3)阈值按键设置:S2为复位键;S3为设置键;S4为阈值增1;S5为阈值减1.

设计完成了盆花智能浇水控制系统的设计,但设计还存在一些问题有待改进,未来盆花智能浇水可应用Android等先进技术,实现远程监测及控制等功能,其系统具备自动蓄水,断电保护并且可全方位检测温湿度以及光照、室温等一系列影响盆花的生长的各个因素.还可以进行诸多拓展,实现真正的智能化.

参考文献:

[1]王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究[D].华中农业大学,2011.

[2]李俊,张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究[J].微计算机信息,2008,24(17):116-118.

[3]严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:40-50.

[4]田伟.温湿度检测报警系统[J].电气技术,2013,(12):121-123.

石蕊,刘永莉,刘辉
《甘肃高师学报》 2018年第02期
《甘肃高师学报》2018年第02期文献

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