智能浇灌系统设计与仿真*

2021-07-28许燕萍李娜陈永琪

数字技术与应用 2021年6期

许燕萍李娜陈永琪

(江苏农林职业技术学院,江苏镇江 212400)

目前,越来越多的人在室内种植花卉植物,但栽培过程中,一方面缺乏管理时间,另一方面缺乏专业的种植经验,导致土壤含水量过多或者过少,影响花卉植物的正常生长,本设计通过土壤湿度传感器检测土壤含水量,设定不同花卉植物的土壤含水量上下限,按照不同花卉植物用水情况进行智能浇灌,可以满足花卉植物的生长,同时还可以减少水资源的浪费。

1 系统总体设计

1.1 系统功能

智能浇灌系统可以实时采集土壤当前的湿度状态,显示当前的湿度数据,可以通过键盘电路设定湿度的上下限,根据对土壤研究及植物需水特性进行合理的浇水决策,将传统的只是凭经验由人工手控制洒水器的方式,变化为自动进行适量的、适时的、按需的灌溉控制。在湿度超过设定值时,有报警声,湿度低于下限时能够自动浇水。

1.2 总体方案设计

本设计基于AT89S52单片机,主要实现以下功能:对土壤湿度的采集,信号处理与显示、设定湿度上下限,声音报警、继电器控制水泵。系统的总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图Fig.1 Diagram of the system

2 系统硬件电路设计

本设计控制器选择AT89S52,湿度采集采用YL-69土壤湿度传感器,通过在当前土壤下检测到的湿度值传递给单片机完成数据的分析。数据显示模块采用1602液晶显示器,湿度设定值输入采用独立按键。

2.1 土壤湿度检测电路设计

土壤湿度检测采用YL-69,可将湿度传感器视作可调电位器,当土壤的湿度发生改变时,电阻值产生变化,电阻值反比于湿度值。湿度最小时电阻值为10K欧姆,湿度最大时电阻值为0.1欧姆。如图2所示。J3为YL-69探头。1脚串联一个10K的电阻,连接到ADC0832的CH0端。随着湿度大小的变化,CH0端的电压也跟着变化。

图2 土壤湿度检测电路Fig.2 Soil moisture detection circuit

ADC0832是串行接口的8位A/D转换器[1],具有两个模拟输入通道,体积小,功耗低。引脚功能如表1所示。图2中,CS端由P1.2控制,CLK由P1.0控制,DI和DO并联在一起由P1.1控制。

表1 ADC0832引脚功能说明Tab.1 Function of ADC0832 pin

2.2 水泵电路

继电器可以实现输入与输出电路的隔离,信号转换,本系统采用的是电磁继电器,电磁继电器一般由磁路系统、接触系统和返回机构等几个部分组成[2]。由控制电流通过线圈所产生的电磁吸力驱动磁路中的可动部分而实现触点开、闭或转换功能的继电器。水泵电路如图3所示,P2.4输出低电平时,三极管Q2导通,电磁继电器线圈通电,线圈产生磁场,衔铁吸向铁芯极面,常闭触点26断开,常开触点36闭合,电机M水泵通电,开始工作。当P2.4输出高电平时,三极管Q2截止,电磁继电器线圈不通电,机械反力大于电磁吸力时,衔铁回到初始状态,常开触点断开,常闭触点接通。

图3 水泵电路Fig.3 Water pump circuit

2.3 声音报警及按键电路

如图4所示为声光报警及按键电路,K2设置键,K3增大,每按一次湿度增加1%,K4减小,每按一次湿度减小1%。声音报警电路采用无源蜂鸣器,三极管驱动,100欧姆的电阻限流,P1.7输出低电平,蜂鸣器就发成响声。D4是续流二极管,当P1.7输出高电平时,三极管截止,蜂鸣器存储的电流经过D4和蜂鸣器自身的回路消耗,避免了关断时由于电感电流造成的反向冲击。

图4 声光报警及按键电路Fig.4 Sound light alarm and key circuit

3 系统软件设计

本系统的软件全部采用C语言编写,以便提高系统的快速反应和程序的可读性。系统软件设计方法采用模块化的设计思想,系统程序由主程序、YL-69湿度采集模块、1602显示模块、输出控制模块、键盘扫描模块、定时器中断模块组成。主程序调用各功能模块,并将它们联系起来,从而形成一个整体,以实现对系统的管理[3]。

在主程序中,完成系统的初始化,包括定时器工作方式、初始值、中断允许寄存器、串行口工作方式等的设置,以及1602显示屏初始化设置,包括清屏、显示开关、输入方式设置等。