基于单片机的自动浇灌系统的设计

江阴职业技术学院 黄瑾瑜

本文设计了一款由单片机控制的自动浇灌系统。本设计的硬件电路采用AT89C51单片机作为主控芯片，采用YL-69土壤湿度传感器检测植物的湿度。通过单片机将采集湿度值与设定值分析处理后，控制报警电路和水泵浇灌电路的开启，从而实现植物的自动浇灌。

1 设计目的

随着生活水平的提高，很多家庭通过种植绿植、花卉来美化居室、净化空气，陶冶情操、丰富人们的生活。给盆花浇水是否能做到适时及适量，是养花成败与否的关键。由于现代生活的快节奏，人们往往因为太忙或出差而忘了及时浇水，导致植物叶片萎蔫或枯死。因此，我们可以设计一种可以检测盆栽土壤湿度并且能浇水的自动浇灌系统。

2 系统方案设计

本设计提供了一种基于单片机的自动浇灌系统，它可以实现在无人环境中对绿植进行浇灌，并根据不同植物的生长习性，需要水分的不同，对浇水过程进行控制。系统采用AT89C51单片机作为控制器，通过按键接口电路设定需要浇水的湿度标准，即湿度上下限。采用土壤湿度传感器进行绿植湿度的采集，将检测到的湿度传送给单片机进行分析处理。如果土壤湿度小于设定湿度值的下限，单片机发出鸣响报警，并控制水泵浇水。当土壤湿度达到设定的上限值就停止浇水，从而实现自动浇灌。

3 硬件电路设计

本次设计的自动浇灌系统由电源模块、单片机最小系统、土壤湿度检测与转换电路、按键接口电路、液晶显示电路、继电器控制水泵电路以及报警电路组成，如图1所示。

图1 自动浇灌系统框图

3.1 单片机最小系统和按键、显示接口电路

单片机的晶振、复位电路、按键接口电路和显示接口电路的设计如图2所示。S1为复位键、S2为设置湿度值的按键、S3和S4分别为湿度值调整增加键、湿度调整减小键。

图2 单片机最小系统和按键、显示接口电路

3.2 土壤湿度检测与转换

本设计采用YL-69土壤湿度传感器（如图3）采集土壤湿度，检测到的湿度是模拟量，这里需要用到AD转换电路（如图4）将模拟量转换成数字量。

图3 YL-69土壤湿度传感器

图4 土壤湿度检测与AD转换电路

3.3 继电器控制水泵浇灌电路和报警电路

当单片机采集到的湿度数据低于设定下限值，单片机P3.7和P1.5口输出低电平，控制继电器（如图5）和报警电路（如图6）开始工作。当PNP型三极管Q2的基极为低电位时，三极管导通，继电器控制K1单刀双掷开关打向右边，电机M水泵通电，D2的LED灯被点亮，水泵开始工作。报警电路中三极管Q1导通，蜂鸣器鸣响。

图5 继电器控制水泵浇灌电路

图6 报警电路

4 软件电路设计

系统软件设计包括对土壤湿度检测程序、对采集到的数据进行处理的程序、设置湿度上下限的程序、显示程序、蜂鸣器程序等。其主程序流程如图7所示，ADC0832芯片接口程序如图8所示。

图7 系统主程序流程图

图8 ADC0832读取数据流程图

结论：根据设计的硬件原理图和软件程序完成实物电路的制作。系统进行调试：当土壤湿度检测器置于空气中，检测湿度值为2.2%，低于设定湿度下限15%时，指示灯亮，蜂鸣器鸣响，水泵开始抽水工作，如图9所示。当将当土壤湿度检测器插入水中，湿度上升至86.5%，超出湿度上限值，水泵停止工作，指示灯灭，如图10所示。经过测试，本设计能完成自动浇灌功能。

图9 湿度小于设定值，自动浇灌系统工作

图10 湿度大于设定值，自动浇灌停止