家庭智能微型灌溉系统的设计

张兴超

（昆明理工大学津桥学院电气与信息工程学院，云南昆明 650106）

0 引言

随着我国经济的快速发展，人民生活水平日益提高，人们对生活质量及家居环境也不断提出更高要求。家庭种植花卉、瓜果蔬菜等已成为日常家居生活的组成部分，可以净化空气、美化环境，但植物的灌溉却是一项长期并繁琐的工作[1]。传统植物灌溉依赖人凭借经验根据不同植物的生长特性把握时机控制浇灌量，这种灌溉方式的缺点：①如果控制不好时间和灌溉量，容易影响植物生长，甚至导致死亡；②必须由人现场操作，不能长期无人看管；③一旦家中人员出差或长期外出，植物灌溉就成了问题。

鉴于此，利用STC89S52 单片机设计一种家庭智能微型灌溉系统。该系统能够检测土壤和空气温湿度，与控制器设定值进行比较，自行判断植物是否需要灌溉以及浇灌量的多少。实践表明，家庭智能微型灌溉系统能够避免传统灌溉方式的缺点，有利于植物的生长，具有一定的实用价值和良好的市场前景。

1 系统总体方案设计

家庭智能微型灌溉系统能够根据空气温度、土壤湿度等情况，依照系统技术要求，在无人看管的情况下通过控制水泵实现自动浇灌，调节植物的生长环境[2]。系统采用STC89S52 单片机作为控制器的主控芯片与数据处理核心，由软、硬件两部分组成，包含CPU 信息处理、YL-69 温湿度信息采集、ADC0832信号转换、LCD 显示以及水泵控制等功能，其总体设计方案如图1 所示。

系统利用单片机完成各子模块之间的协调工作。通过YL-69 温湿度传感器监测植物周围空气温度、土壤湿度，获取相关温湿度信息，送至单片机中处理并由LCD 显示。同时中央处理模块根据其自身控制算法，利用执行机构中的可控硅控制水泵开、关，满足及时准确、定量高效的植物智能灌溉需求[3]。

图1 系统总体结构

2 系统硬件结构设计

根据家庭智能微型灌溉系统的功能需求，采用模块化设计思想设计系统硬件电路，包括中央处理模块、YL-69 温湿度信息采集模块、ADC0832 信号转换模块、LCD 显示模块以及水泵控制模块等。

中央处理模块采用STC89S52 单片机作为控制器的主控芯片，该芯片具有低电压、高性能、价格低廉、使用方便等优点，同时很好兼容其他系列芯片。A/D 信号转换模块采用的ADC0832数模转换器，是一种双通道、8 位分辨率的高转换率、小体积的转换芯片，其性能稳定、兼容性好。

人机交互功能包括键盘输入、LCD 显示和报警电路三部分。其中键盘输入用于设置家庭智能微型灌溉系统的空气温度、土壤湿度等阈值。LCD 选用LCD1602 液晶显示器，直观显示温湿度、灌溉量、灌溉时间等相关参数。当植物周围空气温度和土壤湿度等实际值低于系统设定阈值时，系统自动启动水泵控制模块进行植物灌溉，同时报警电路向用户发出短暂报警信号起到提示作用。

温湿度信息采集模块是家庭智能微型灌溉系统的关键所在，只有精准地获取温湿度信息，才能保证控制器对植物智能灌溉的有效实施。模块利用YL-69 传感器采集植物周围空气温度、土壤的含水率等信息，送至单片机运算处理并判断是否需要灌溉。

水泵控制模块属家庭智能微型灌溉系统的执行设备，对植物智能灌溉起重要作用，主要包括可控硅和抽水水泵两部分。当YL-69 传感器检测到空气温度、土壤湿度等参数低于系统设定阈值时，单片机根据内部控制算法发出信号控制驱动模块，使可控硅处于导通状态，并开启水泵完成自动灌溉任务。

3 系统软件设计

家庭智能微型灌溉系统的功能实现最终依赖于控制器内部程序来完成。结合系统硬件结构设计及智能灌溉要求，采用C语言进行软件编程，包括主程序和子程序两部分。系统软件功能流程如图2 所示。

为保证系统的运行效率和可靠性，家庭智能微型灌溉系统具有以下功能[4]：①能够利用温湿度信息采集模块准确获取空气温度、土壤含水率等相关参数信息，通过A/D 转换器完成信号转换，并经LCD1602 液晶显示器进行显示；②单片机能够根据其自身内部控制算法控制水泵控制模块，自动完成灌溉任务；③系统硬件结构设计小巧、便于安放，且运行稳定；软件设计中的多个程序能够相互调用，互不干扰。

4 结论

图2 系统软件功能流程

经济社会的快速发展使得人们对家居环境和生活质量提出了更高要求。利用STC89S52 单片机设计的家庭智能微型灌溉系统，旨在解决家庭种植作物的灌溉问题。系统总体采用模块化设计思想对系统硬件电路进行设计，可根据不同植物的生长需要设定温湿度、灌溉量等相关参数。功能扩展之后也可广泛用于温室大棚灌溉、农田灌溉、公园绿化植物灌溉等多种场景，满足不同植物的灌溉需求。本设计在实现智能灌溉的同时也可提高灌溉效率、节约用水、节省人力物力资源，具有一定的实用价值和良好的市场前景。