丁维丽 王雪妍 王天龙 陈秀艳

摘 要：为了解决出差、旅游、工作繁忙等因素造成的不能对花草及时浇水的问题，文章基于单片器、传感器等器件设计了定时系统、水位监测系统和温度控制系统。并在此基础上设计完成了一款智能浇花器，实现了对植物生长环境的智能监测，根据植物生长需求条件进行器件设置，实现及时浇水的功能。

关键词：单片机；压力传感器；湿度传感器；定时开关；浇花器

随着人类社会的经济发展，人们越来越不满足于物质条件的充裕，纷纷开始追求有质感的生活，一个典型的例子就是在家里种植花花草草。但忙碌也是当代人的一大特点，没有太多的时间和精力来照顾花草，导致花草死亡。为了帮助没有时间照顾花草的人们解决问题，市面上出现了几种浇花器，例如：2014年，吴平[1]利用温湿度传感器和单片机设计了一款浇花器，考虑到了温湿度对植物生长的影响，通过读取时钟芯片的时间来判断处于哪个季节，从而实现浇水时间段的选择，并没有对温度进行实时的精确监测，且室内不同于室外，四季温差变化不明显而湿度却会有明显变化，因此，先判断时间段是否适合再判断湿度值进行浇水有其不可取之处，比方说冬天室内干燥，暖气、空调等的存在加快土壤水分蒸发，应优先考虑湿度的影响。2017年，崔彦彬等[2]设计的浇花器也用到了温湿度传感器及单片机，还利用了水位传感器解决了供水问题，温度设计同样存在上述弊端。此外，上述装置还存在以下不足之处：（1）水无法直接到达植物根部，完全靠渗透的话浇水量不好控制，（2）不同功能模块结合紧密反而未能达到满足不同植物浇灌需求这一预期效果，一种植物配备一台浇花器未免繁琐又浪费资源。

根据上述浇花系统存在的弊端，本文基于以AT89SC52单片机为控制芯片组成的最小系统以及湿度传感器和压力传感器的巧妙应用，设计了一个具有定时浇水、湿度控制、水位控制综合功能的智能浇花器，而且本设计各个功能既可独立工作，又可同时工作，可根据不同植物的灌溉需求自由地对各个功能进行组合使用，功能强大[3]。

1 实验器材

本实验的核心器材包括STC89C52单片机、压力传感器、电压比较器等。

1.1 STC89C52单片机

STC89C52RC是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，基于Intel标准的8052，指令代码完全兼容传统的8051系列单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。

1.2 压力传感器

工作电压：4.2～6.2 V；压力范围：0～1 000 mm水柱，0～0.1 kg/cm2；电压输出：0.23～4.9 V；线性度0.2%；外型：30 mm ×30 mm×20 mm。

1.3 ADC0832

ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。芯片转换时间仅为32 μs，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。正常情况下，ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS，CLK，DO，DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。

当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号[4-6]。

1.4 1602工业字符型液晶显示器

工业字符型液晶，能够同时显示16×02即32个字符（16列2行）。

1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样。

1.5 继电器的继电特性

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用較小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器的输入信号x从0连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx，继电器的输出信号立刻继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf，继电器开始释放，常开触点断开[7]。

1.6 湿度传感器

YL-69湿度传感器，插入土壤即可；将其与电压比较器连接；顺时针调节比较器，控制的湿度会变。

1.7 电压比较器

它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本器件主要用于比较传感器检测到的湿度值转化而来的电压值与预设电压值的高低[8]。

2 智能浇花器系统设计与实验研究

智能浇花器包含三大功能模块，分别为定时模块、湿度检测模块、水位检测模块；均可单独实现浇水功能，也可组合起来使用，且均实现了USB供电[9]。

2.1 水位检测模块

水位检测模块主要包括采用STC89C52单片机作为主控芯片的单片机最小系统、1602液晶显示模块、按键模块、压力传感器模块、水泵、ADC0832—8位分辨率A/D转换芯片。ADC0832芯片将压力传感器输出的电压转化为数字信号交给单片机处理后，在液晶屏上显示当前液位；手动设置液位的上下限，当液位低于预设值时水泵工作开始抽水，达到液位上限后水泵停止工作。此模块不仅可以用于水培植物的种植，还可用来给其余两大模块供水，还可以在蓄水池内调配营养液，既为植物提供了水分，又实现了营养的供给[10]。

2.2 定時模块

定时模块采用STC89SC52单片机为核心元件，还包括水泵、1602工业字符型液晶、电磁继电器、键盘电路，采用DS1302时钟芯片来实现时钟。此模块可手动设置浇水起始时间，可设置20组时间，每组均从周一到周五，一天24小时均可设置浇水，还可控制每次浇水的持续时间以及连续两次浇水的间隔时长。实际上此模块类似于一个定时开关的作用，当时钟走到定时开始时间时，继电器接通，开关打开给水泵供电；时钟走到定时结束时间时继电器断开，开关关闭，小水泵断电不再工作；在水泵的出水端，接有软管，软管可按需求接上分流原件实现多路浇水。另外，软管末端皆有锥状物可以深深插入土壤中，使得浇水更透彻[11]。

2.3 湿度检测浇水模块

湿度检测浇水模块包括继电器、湿度传感器、比较器、水泵。通过调节继电器模块上的电位器来调节灵敏度，比较器将湿度传感器输出电压与预设电压相比较，若低于预设电压，则表示此时土壤湿度低于预设值，继电器吸合，小水泵工作对植物进行浇水；此模块结构简单，材料价格低廉，接线快捷，可分接多个支路以满足不同种类植物的灌溉需求；软管的设计与定时模块一致[12]。

3 结语

本浇花器占地面积小，易于操作，人机交互界面的建立拓展了可自主控制的空间，其多功能性完全能满足家庭绿植浇灌需求。

[参考文献]

[1]吴平.多路智能家庭实用浇花器设计[J].价值工程，2014（12）：23-25.

[2]崔彦彬，马浩坤.基于单片机的自动浇花装置[J].内燃机与配件，2017（9）：140-141.

[3]李全利.单片机原理及接口技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[4]张晓光.用PIC单片机制作的电源定时插座[J].电子世界，2010（3）：41-44.

[5]谭浩强.C语言程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2005.

[6]徐慧芳，何雨阳，易栋霖.基于单片机的室内智能浇花系统设计[J].洛阳师范学院学报，2018（2）：7-9.

[7]沈俊慧.基于AT89C52单片机的智能浇花系统总体设计[J].福建广播电视大学学报，2017（6）：18-21.

[8]曾耀莹.一种带音乐的家用智能浇花器的设计与制作[J].电子世界，2016（21）：80.

[9]覃光峰.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.

[10]卞云松，张国祥，任佳豪，等.基于Arduino单片机的智能浇花器[J].内燃机与配件，2017（7）：119-120.

[11]张红月.基于单片机控制的自动浇花器的设计[J].电子世界，2017（6）：178.

[12]刘攀.基于单片机的智能浇花器硬件系统设计[J].产业与科技论坛，2016（6）：56.

Abstract：In order to solve the problem that flowers and plants could not be watered in time caused by a business travel， busy work and other factors， this paper designed a timing system， water level monitoring system and temperature control system based on MCU， sensors and other devices. On this basis， an intelligent watering device was designed and completed， which realized the intelligent monitoring of plant growth environment， set up devices according to plant growth requirements， and realized the function of timely watering.

Key words：MCU； pressure sensor； humidity sensor； timing switch； watering device