定时自动浇花系统的设计研究*

陈开军

(浙江经济职业技术学院，浙江 杭州 310018)

一、前言

随着人们对生活水平的日益提高，老百姓家里养些花草已然成为一种生活方式。养花可以丰富文化生活，陶冶情操。花香怡人，促进百姓身心健康。养花自然每天需要浇水，尤其是夏天更是一天不能断水，一旦人们出差远行，则家里的花草会因为没人照看而死亡。若家里有一个自动浇花系统，它能检测土壤湿度，根据设定值，每天早晚2次给家里的花草自动浇水，便能很好地解决花草无人浇灌的麻烦。

二、系统总体设计

本自动浇花系统以单片机为基础，利用湿度传感器采集土壤湿度值，通过A/D转换处理，将模拟信号转换为数字信号，根据采集的湿度值，判断是否需要启动电源进行浇水操作，相关数据可以在显示器上显示。自动浇花系统由单片机、电源、湿度传感器、显示器、定时器等硬件组成。

(一)定时器

本定时器采用立可安定时器插座，产品型号为AL-03，时控范围在1分-168小时，可控时间长，待机功率小于1W。拥有16组可编程定时开关，可设定工作模式，一键复位，方便使用，省电绿色环保。

(二)4000系列湿度传感器

本系统采用HIH-4000系列湿度传感器，该传感器的接近线性电压输出可实现对控制器或其他装置的直接输入。仅200μA的低功耗，适合用于电池供电的低功耗系统，适合本系统使用。RH传感器是一款具备芯片集成信号调理功能的激光修整热固性聚合物电容感应元件，有两种引脚间距配置供选择。该感应元件的多层结构可有效抵抗大多数应用环境中的不利因素，如潮湿、污垢、灰尘、油渍以及常见的环境化学物质。该传感器可以宽范围控制土壤的湿度，通过电位器调节控制相应阀值，当湿度低于设定值时，D0输出高电平，高于设定值时，D0输出低电平。这一阀值控制正好满足本系统的设计要求，在系统测试时只需要设置具体阀值即可。

(三)最小单片机系统

单片机最小系统是指用最少的元件组成的单片机，达到可以工作的系统。单片机最小系统特点：系统资源完全开放，配合其它模块或自行搭建用户电路可实现任意实验功能。接口设计灵活，使用方便。板上电路简洁实用，除最小系统和在线下载电路外，还有1个LED、1个按键、1个蜂鸣器、1片EEPROM存储器AT24C04，单片机引脚全部可引出使用，并留有专用LED显示接口，方便与串行静态LED显示板连接。

(四)电源模块电路设计

在本设计系统中，除土壤湿度传感器使用电池供电外，其他单片机、继电器、液晶屏都需要电源供电。我们选择的电源电压必须满足稳定且低消耗的要求。本系统使用LM2596电源管理芯片提供稳定直流电源。

(五)液晶显示电路设计

本设计采用LCD1602液晶显示模块，该液晶显示器画质高且不会闪烁。1602液晶显示器都是数字式的，能够显示多种数据和符号；它和单片机系统的接口更加简单可靠，操作方便。开机显示设置：“Hello World！”，之后显示土壤湿度阈值和当前土壤湿度值。

三、软件流程设计

为解决自动浇花实用性问题，系统外置一个定时器，用于触发系统电源，用户可以根据自身需求设定每天浇水次数和浇水时间。当定时器触发通电，系统上电后，系统进行初始化设置。土壤湿度传感器开始工作，传感器检测该区域土壤湿度，所测的湿度值与程序设定的低阀值进行比较，如果低于低阀值，则继电器通电，水泵工作浇水。传感器继续检测土壤湿度，检测值与高阀值比较，若低于阀值，则水泵继续浇水，若高于阀值，则继电器断电，水泵结束浇水，湿度传感器循环检测。传感器连续工作时间由定时器设置，时间用完，定时器将触发，系统断电。软件流程示意图如下：

图1 定时浇花系统软件流程设计

四、系统测试

笔者通过群举法进行测试，获得了土壤湿度传感器在土壤中检测的数值分布情况。发现土壤湿度传感器悬空时A0引脚输出为1086，当将土壤湿度传感器插到花盆的其他一位置后，A0引脚输出值会快速下降到某一稳定值，然后拔出土壤湿度传感器，再将其插到其他多个干湿花盆的多个位置，这时A0引脚输出不同的模拟值，把这些模拟值绘制到平面坐标图上。然后根据平时养花土壤干湿度情况，比对模拟值，通过不断测试，从而确定阀值。系统测试中设置土壤阀值数据为400到800之间，当检测到的湿度数据低于400时，启动电磁阀，开始浇水。当数值高于800时，停止浇水。为符合实际使用需要，手动设置了定时器，每天早晚浇水各1次。从测试结果看，系统符合设计要求，基本能满足家庭自动浇花需求。

五、结束语

该系统所需硬件价格低廉，设计小巧，简便节能，符合家庭浇花所需，用户可以根据需要自行设定浇花时间，这可以为多数想养花但又没有时间精力照看花草的年轻人提供一个养花利器。