基于单片机的智能浇花系统设计与实现

何伟宏 郑首易 毛锦庚 陈美金 中山大学南方学院 广东广州 510970



基于单片机的智能浇花系统设计与实现

何伟宏 郑首易 毛锦庚 陈美金 中山大学南方学院 广东广州 510970

【文章摘要】

本文基于STC12C5A60S2单片机和传感器技术设计实现了一款智能浇花系统，它的主要功能是为植物定时定量地浇水，通过湿度传感器实时监控土壤湿度，基于单片机系统控制水泵自动进行浇水，全天候为用户“托管”植物。通过软硬件设计和系统实物测试，表明该系统功能完备、性能优良，在实际生活中具有很好的应用价值。

【关键词】

STC12C5A60S2单片机;土壤湿度检测;智能浇花

0 引言

随着社会的飞速发展，人们对生活质量要求越来越高。很多人会选择在家里种植一些花卉以陶冶情操。但当人们忙于学习工作时,或者是碰上出差、旅游等不在家的情况时，因无暇照顾那些娇嫩的花儿以至于植物很快枯死。智能浇花系统能轻松排除人们的这些顾虑，让植物们可以通过系统的个性化设置达到智能灌溉的目的。

1 系统总体方案设计

系统的总体方案设计如图1所示，自动浇花系统主要由电源模块、单片机控制模块、水泵驱动模块、土壤湿度测量模块和按键显示模块五大模块组成。

系统实现的主要功能是，可以按照用户设定的具体方案进行定时定量浇花，用户可以通过屏幕了解系统具体的设定信息和土壤实时湿度。当到达所设定的浇花时间，系统会通过驱动模块控制水泵为植物浇水，当浇水量达到所设定的具体值时，水泵又会停止工作。通过这样的方法，系统便可以定时定量地会进行浇花。然而固定的浇花方式有时候无法应对多变的天气。时而骤雨，时而暴晒的天气或许会伤害到一些柔嫩的植物，因此系统还具有湿度监控的功能，湿度传感器会为系统采集土壤的实时湿度，当土壤湿度低于湿度下限时，系统会立即为植物浇水，当土壤湿度高于湿度上限时，即使到了所设定的浇花时间，自动浇花器也不会浇花。这样，植物的土壤湿度就可以稳定在一个适宜的范围，有助于植物的生长。

图1　系统总体设计框图

图2　湿度传感器模块电路

2 系统硬件电路设计

2.1控制核心

系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，配合外围电路实现相应的功能。STC12C5A60S2是一款增强型的8051单片机，速度相当于普通单片机的8-12倍，配合外部的晶振，其16位的定时器可以为系统提供高精度的时钟。因为芯片自带8路10位精度A/D转换，所以系统不需要添加外部的AD模块，就可以十分方便地采集到湿度传感器输出的模拟量信号。而且STC12C5A60S2可以处于低功耗的模式进行工作。

2.2湿度传感器

湿度传感器模块的电路如图2所示，考虑到系统对土壤湿度测量的精度要求不高，为了降低系统的成本，采用了普通的电阻式土壤湿度探头对湿度进行检测。湿度不同，湿度探头的电阻值也不同，电路也会输出不同的电压值，将该电压值使用STC12C5A60S2自带的A/D转换进行采集，系统就可以检测到土壤的实时湿度。

2.3屏幕LCD5110

LCD5110的屏幕是NOKIA 公司生产的液晶显示模块，该模块的体积非常小。它的工作电压为3.3V-5V，而且成本低廉，速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍，因此相对于Lcd1602和Lcd12864等液晶模块来说，性价比十分高。因为其体积小和性价比高的特点，自动浇花系统采用了LCD5110作为显示模块。

2.4水泵驱动模块

水泵驱动模块采用L298N驱动模块。该模块内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，十分适合用于驱动水泵这类型感性负载。使用该电路来驱动水泵的电机，不仅干扰能力强，而且具有过压保护和过流保护。

3 系统软件程序设计

系统软件设计主要以STC12C5A60S2的程序编写为主。系统程序流程图如图3所示。系统刚启动时，STC12C5A60S2对各个模块进行初始化，然后启动定时器中断和外部中断，系统不断刷新屏幕信息且等待中断事件的发生。

按键输入功能通过外部中断实现，系统具有一些可以修改的设定参数，如设定时间的天、时、分、浇水量、湿度上限和湿度下限等，我们可以通过按键1选定需要修改的设定参数，然后使用按键2进行修改。

时间的积累通过定时器中断实现。当中断事件发生时，系统不仅会累计时间，还会定期采集土壤湿度进行分析，判断是否需要立即对植物浇水。但累计时间达到设定浇水时间时，若土壤湿度不大于湿度上限则进行浇花操作，直到浇水量到达设定值为止，才退出定时器中断。

图3　系统程序流程图

4 系统功能测试

系统设计完成后，分别对硬件电路和软件程序进行测试，达到了预期目标。重点对定时定量浇花功能和湿度检测功能进行了测试，在定量浇花功能测试中，选取了250mL、500mL和750mL三个参数进行多次的实验测试，浇水量的实际输出的绝对误差不大于25mL。系统实际使用结果表明，运行稳定，功能良好。

5 结语

本文设计实现了以STC12C5A60S2单片机为控制核心的智能浇花系统，进行了硬件设计和软件程序设计，并对系统实物进行测试使用。该系统不仅可以根据用户的设置进行定时定量的浇花，而且可以根据土壤湿度来控制水泵的驱动，以避免用户养殖经验不足而导致花卉死亡的情况。本系统硬件设备成本较低，适用于普通家庭，使得人们的生活更为便利和舒适。

【参考文献】

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何伟宏（1988年），男，湖南临武，研究实习员，学士，主要从事嵌入式系统、智能家居等方面的研究工作。

【作者简介】

中图分类号：TP

文献标识码：A

文章编号：