基于STC89C51单片机的盆栽浇花系统设计*

董红松，闫 静，孔跃辉

(山西农业大学信息科学与工程学院，山西 太谷 030801)

面对空气污染，越来越多的人倡导绿色生活。而花草不仅可以美化环境、装饰空间、净化空气[1]，而且具有陶冶情操、舒缓压力，增添生活乐趣的作用，对人的身心健康十分有利。因此，人们倾向于在家中或办公室养花草。花草需要浇灌，养花成败的关键在于浇水量。但是由于日常生活中，因为不同花草习性不同或者生活忙碌，很多人无法做到适量浇水，不能很好的照顾花草。面对令人困扰的花草浇灌问题，设计出一种自动浇花系统。通过湿度传感器对土壤湿度精确测量，按照预设的湿度范围，湿度比较，单片机控制浇水量。根据不同盆花对水量需求不同，可以调整预设的土壤湿度范围，使花草得到适度的水量，长的更好。

1 系统设计方案

本浇花系统设计分为六大模块：单片机主控模块、湿度检测模块、按键模块、显示模块、继电器浇水模块、报警模块[2]。系统框图如图1所示。

系统中，核心模块是单片机控制模块，湿度检测模块和继电器浇水模块，附带显示模块、报警模块。设置4个按键，S0:复位键，S4:设置/保存，S5:加/模式切换，S6:减/手动灌溉。系统功能分为检测和设定两类。检测包含自动和手动浇花模式。自动模式下：YL-69土壤湿度传感器将感应到的湿度模拟信号通过ADC0832模数转换器转换成数字信号，同按键输入信号传递给单片机，单片机将信号分析判断，控制LCD1602显示器显示浇水模式、当前湿度及其预设范围，同时控制继电器是否浇水。手动模式下：通过按键人为控制浇水。设定即为修改预设湿度范围，按键控制对预设湿度的上下限值进行修改。

图1 系统硬件框图

2 系统硬件设计

2.1 STC89C51RC简介

STC89C51RC是具有8051核的单片机，具有ISP特性，工作电压是3.4 V～5.5 V，工作频率在0～35 MHz之间，兼容标准MCS-51指令系统和80C51引脚，512 kB的RAM,2KB的EEPROM，有看门狗功能，2个16位定时器/计数器，外部中断2路。有40个引脚。P0口作为I/O口，为输出高电平，必须接上拉电阻。EA/VPP引脚内部接高电平，系统复位后，其运行内部ROM程序。图2为系统控制主电路。

图2 系统控制主电路

2.2 湿度传感模块

湿度传感模块主要由YL-69土壤湿度传感器和ADC0832模数转换器构成。当被测湿度发生变化，电路中的电阻值随之而变，范围是0 Ω～10 kΩ，变化的幅度是根据湿度传感器采集到的湿度大小而定。导致电路的输出电压变化，可以根据电路需求调节电阻，得到不同电压值。ADC0832是8位分辨率的双通道A/D转换芯片[3]。分辨可高达256级，它的电压输入范围是在0～5 V，转换时间仅需32 μs。使用双数据输出用来数据校验，减少数据差错，有独立的使能输入，方便控制其他器件。

2.3 显示模块

LCD1602属于点阵型液晶显示器[4]，电路连接简单，常用作单片机系统设计显示数据。可以显示2行16列共32个字符。它的内部存进160个点阵字符图形，常见的字母、数字均有，编程时需要固定的代码调用，本浇花系统用LCD1602显示湿度值和模式。LCD1602的D0-D7分别与单片机的P0.0-P0.7连接，进行数据传输；P2.7、P2.6分别于RS、E相连，用于选择寄存器和使能端操作；RW接地，进行写操作；VL连接2.2k的电阻是为了设定对比度。

2.4 按键模块

按键模块设置了3个按键，S4:设置/保存，S5:加/模式切换，S6:减/手动灌溉。S4、S5、S6分别与单片机的P1.5 、P3.3、P3.4相连。按S4键进入预设湿度值调节模式和实现保存功能；按S5键是预设值加、手动和自动模式切换；按S6键是预设值减、手动浇水。与单片机连接如图2所示。

2.5 继电器浇水模块

本系统采取电磁式继电器，继电器的作用类似开关，当继电器通电后，线圈流过电流，产生电磁效应，衔铁受到的电磁力大于弹簧的拉力，导致衔铁的动、静触点吸和，相当于开关闭合。当线圈断电后，失去电磁力，衔铁受弹簧的反作用力回到初始位置，动触点与初始静触点吸和，相当于开关断开。单片机的P2.5与三极管的基极连接，继电器与另外两极连接。当P2.5输出低电平时，三极管导通[5]，继电器通电，相当于开关闭合，进而浇水。

2.6 报警模块

单片机P1.6与蜂鸣器报警电路相连，当检测湿度值低于预设湿度下限值时，进行声光报警。

3 系统软件设计

浇花系统的软件部分采取C语言进行编程，为方便统筹，选用模块化设计方法[6]。

3.1 按键扫描子程序

系统开始运行后，首先完成对ADC0832、LCD1602初始化设置，读取土壤湿度值，然后等待按键操作。不进行任何按键操作，执行自动模式。在自动模式下，判断当前湿度是否低于预设值，低于则继电器使水泵浇水，当湿度高于预设值，停止浇水。S4键按下表示进入设置预设湿度值状态，否则表示进入正常检测状态。当进入设置湿度值状态时，S5键按下预设值加，S6按下预设值减，S4按下是选择设置上限值、下限值和退出。当进检测状态时，S5键选择手动和自动模式。若按下S5键，选择手动模式，人为控制浇水。否则进行自动模式。在运行过程中，伴随着LCD1602液晶显示湿度值和当前模式，蜂鸣器警报。

在主程序中，扫描按键S4、S5、S6，及时获取按键状态，当无按键按下，系统一直循环执行主程序；当有按键按下时，扫描获取其状态，然后运行对应的子程序。

3.2 显示子程序

显示子程序是由初始化、写命令、写数据、写入位置和写入格式子程序构成。系统调用这些子程序，使数据按照需要的格式显示在LCD1602显示屏上。

3.3 系统流程图

本浇花系统的软件程序总流程图，图3所示。

4 结论

本次设计的浇花系统硬件电路简单，操作简单，成本低，实用性好，设计满足预期功能。以STC89C51RC单片机为核心，由YL-69和ADC0832湿度检测模块、LCD1602液晶显示模块、继电器浇水模块、按键模块、蜂鸣器报警模块构成。

系统有自动和手动浇花模式，自动模式下，YL-69检测的土壤湿度信号经ADC0832处理后传入单片机，单片机将检测的土壤湿度与预设湿度范围进行比对，比下限值低，单片机驱动继电器，开始浇水，直到达到上限值。若比上限值高，停止浇水。手动模式是手动按键控制水量。本系统设置了3个按键，主要用来选择浇水模式、改变预设的湿度上下限值[7]。LCD1602显示屏用来显示湿度值和浇花模式，蜂鸣器用来报警。

图3 系统软件程序总流程图

[1] 张富春，邵婷婷，杨彦宁.一种基于DHT11的家用自动浇花电路的设计[J].微处理器和可编程控制器，2014(16)：35-36，24.

[2] 覃光锋.根据湿度进行智能浇花的硬件设计[J].装备制造技术，2016(9)：54-57.

[3] 刘雪雪.串行数据芯片的编程检测方法[J].现代电子技术，2010，32(2)：160-163.

[4] 李鹏伟.基于单片机的出租车计价器设计[D].晋中：山西农业大学，2016.

[5] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].第4版.北京：高等教育出版社，2012.

[6] 谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社，2004.

[7] 宋艳丽.基于单片机湿度控制系统的设计[J].宁波：宁波职业技术学院学报，2016，20(5)：87-90.