基于AVR单片机的绿植自动浇水系统

王 斌

(四川建筑职业技术学院,四川 德阳618000)

在谈绿植自动浇水系统之前,首先我们有必要关注传统的浇水灌的方式方法,通过找出其中的弊端,为后面的设计提供更多值得参考和借鉴的意见。通过大量的走访和调查及大量的资料查阅,我们发现传统盆栽的浇水方式有:人工浇水、市场上常见的滴灌;而传统农业的灌溉方式则大多采用大水漫灌的方式。我们不得不考虑采用自动化和智能化去实行这项活动。

在现有的技术基础之上,单片机无疑是最好的选择。单片机又被称为单片微控制器,它的基本原理是把一个计算机系统通过编程模式,再集成到一个芯片上,简单的来说就是:一块芯片就成就了一台计算机。作为计算机专业的一个分支学科,单片机技术是简易机器人的核心原理。本设计谈到的AVR单片机,是20世纪末,由ATMEL公司挪威的设计总部与相关专家利用ATMEL公司的Flash新技术,共同研究出RISC精确简单指令集的高速8位单片机。AVR单片机在我们生活中的运用已经是非常普遍了,与传统的51系列的单片机相比,它的内在存储的资源更为丰富,接口相对而言更大,并且还有一定的价格优势。所以它作为智能仪器的核心已经与我们的生活不可分离了。在编程绿植浇水系统时,我们需要运用到它多方面的功能,例如对于串行通信功能、中断系统功能、I/O口的性能。

1 系统整体设计

在利用AVR单片机原理技术的基础上,开发了一种系统以AVR单片机为主要控制的芯片,整个浇灌器由AVR单片机、A/D转换器、光照强度传感器、温度高低传感器AM1001、内存储器ROM、湿度情况传感器、前置电路、内部定时器、电机、水泵、电源开关、键盘、液晶显示器组成。该系统可以利用环境当中的光照强度情况、湿度高低情况、温度高低情况参数发生变化而采取自动调节的方案,并且由于液晶显示器的液晶显示技术和数码管显示技术,所以具有很好的显示功能,还能更好的采集我们需要的光照强度情况、湿度高低情况、温度高低情况参数,通过收集的数值与设定值的比较,智能的根据比较后的结论选择合适的灌溉浇水方案程序,在控制电机和水泵的自动启动,实现智能化、机器化的灌溉及浇水活动。该系统不仅可以应用于传统的大规模的灌溉,也可以适用于家庭盆栽花草的自动浇水工作。

很好的利用AVR单片机自带的EEPROM存储器来保存所需浇水灌溉的地表湿度,又利用按键调整阈值基准数值,这样可以用来进行调节不同时节不同气候不同植物对水量的需求情况,做到多方面适用,具体问题具体分析。根据光照强度传感器、温度高低传感器、湿度情况传感器等自动调整,以保证在参数发生变化的时候浇水量能够适中。使用AVR单片机内部所置放的A/D转换器把湿度情况传感器采集的湿度温度光照等模拟量转变成当前的相关数值。再利用AVR单片机的内部定时器中断计时情况,准确的调整系统设置的日期和实践,从而达到定时检测浇水灌溉情况及自动调节水量的目的。

2 工作原理

主要控制芯片是AVR单片机,工作时,数码管显示当前的时间和日期,按顺时针指示,模拟表盘工作。AVR单片机内部自带有A/D转换器,将从湿度高低传感器AM1001采集到的湿度情况的一个模拟的电压值,经过系统的放大细节处理效果之后,转化为简单的数字量传输给AVR单片机中央进行处理。其中温度、湿度、和日照时间事先规定好上限值和下限值,因为这需要保存于片内存储器ROM中,在我们把得到的湿度采集值与已经设好并且存放在单片机ROM中的数值比较,若湿度的采集值在事前给出的设定值的范围内,温度高低传感器则进行温度的检测,再利用液晶显示器进行显示;若采集值小于先前设定值时,会启动自动浇水的操作。继电器控制开关的闭合,从而让水泵进行工作;若反之,采集到的湿度值大于事前设定值时,继电器则不进行工作。进行浇灌浇水工作的时候,喷头的组数可根据实际情况而定,例如现场的主管道的直径,水压情况。浇水装置的选择是多种多样的,可以采用自动式旋转喷头、多孔式喷水管道、地埋式喷头、雾化浇水器、滴管浇水器、自制喷头的机械进行浇水灌溉工作。

3 系统硬件软件设计

3.1 AVR单片机

AVR单片机有如下特点:片内有12KB的可编程Flash,512B EEPROM,256B静态RAM,21个通用的I/O口线,34个通用的工作寄存器,同时还支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断,可编程串行。有起始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI串行端口,五个可以通过软件进行选择的省电模式 。

3.2 湿度高低传感器AM1001

AM1001湿度高低传感器是由电阻式湿敏元件组成,测量范围在20%－80%RH值,测量精度上限值为4%RH,提供电电源为6V,该湿度高低传感器集体积比较小、功耗率低、成本低廉、稳定性可靠性高等优势。它被广泛运用于大气的环境监测、室内加湿器的工作、除湿空调的运用上。

3.3 温度高低传感器

温度高低传感器目前广泛运用在温度控制系统中,作为传感器,它的接口是独特的单线接口,仅仅用一个端口就可以与AVR单片机进行数据传输沟通,不需要其他的器件连接,测温的范围是－60°—＋130°,温度计的分辨率为8位到12位。

4 系统运行模拟

当主程序开始运作的时候,我们需要把即将使用到的AVR单片机芯片进行初始化工作,其中包括对温度高低传感器AM1001初始化、LCD1602初始化和单片机的串行数据通信口初始化,将整个AVR单片机绿植系统按照我们初始设定的模块化的设计思路进行编程工作,利用C＋＋计算机语言来进行主程序的编写、温度高低传感器子程序、湿度高低传感器子程序、基本初始数据的处理程序、液晶显示器模块子程序、继电器控制子程序等,我们之所以采用C＋＋语言程序来进行编程工作,主要是它具有可移植性强,方便查看和修改等诸多优点。该AVR单片机绿植浇水系统默认为每天上午的8:00整开始工作,每次浇水的时间持续120秒。每天上午的8:00整AVR单片机通过串行输出数据,使继电器闭合,开始喷头浇水装置开始浇水,并依此类推接下来路数的浇水情况。浇水完成以后,数码管会重新显示当前的时间,如需改动,采用AN4去改变。按照事前设定好的间隔时间,当间隔时间到了之后会重复上面所说的工作。温度、湿度和日照时间事前先规定好上限值和下限值,因为这需要保存于片内存储器ROM中,我们把得到的湿度采集值与已经设好并且存放在单片机ROM中的数值比较,若湿度的采集值在事前给出的设定的值的范围内,温度高低传感器则进行温度的检测,再利用液晶显示器进行显示;若采集值小于先前设定值时,会启动自动浇水的操作。继电器控制开关的闭合,从而让水泵进行工作;若反之,采集到的湿度值大于事前设定值时,继电器则不进行工作。

5 总结

本文仅仅简单的给出了一个大概的轮廓思维,对其他的AVR单片机的系统还有许多直接借鉴的方面,只有一些简单的硬件软件的思维要求。所以AVR单片机在绿植浇水系统中的应用是一个十分复杂且困难的课题,需要相关方面的专家学者进行更多的探讨和研究。

[1]郝云鹏.AVR单片机USART双机通讯[J].鞍山师范学院学报,2011,(04).

[2]范羽,岑朝汝.无线传输数字子母钟[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2011,(02).