八路智能盆栽浇水器的设计

王盛威　邱祥禄　王铭正　朱鑫　江明

【摘 要】本文描述了一种八路智能盆栽浇水器的设计方案，并进行了电路制作与测试，达到了智能滴灌的目的。该装置结构简单、实时性好、可靠性高、维护方便，具有一定的实用意义和市场应用价值。

【关键词】家庭盆栽；单片机控制；智能滴灌

0 引言

现如今人们生活质量越来越高，生活情趣也愈加丰富多彩，越来越多的家庭种植盆栽，但是快节奏的城市生活，往往使得盆栽由于照看不力导致死亡，盆栽最容易死亡的原因正是对其浇灌的不科学。智能盆栽浇水器由此为出发点，通过对每盆盆栽配置一个土壤湿度传感器、土壤温度传感器、环境温湿度传感器和光照传感器实时对八盆盆栽进行检测，长时间的不利环境将会触发报警电路，来提醒用户。本智能盆栽浇水器，采用微控制器为核心，集检测、浇水、节水、报警等功能于一体，克服了传统人工浇水的局限性[1]，实现了对家庭盆栽种植的智能化与自动化！

1 系统方案设计

整个系统由土壤湿度传感器模块、DS18B20温度检测模块、环境光照模块、环境温湿度DHT11模块、数据采集与单片机处理及控制模块、DS1302时钟模块、LCD显示模块及按键输入模块、报警模块、供水模块、电源管理模块、RS-485通信模块等组成。系统框架图如图1所示。

系统参数设置成功后，单片机读取盆栽的光照强度、土壤温度、环境温度、环境湿度等信息，若这些参数均在设定范围内，则检测土壤湿度；反之在LCD上显示异常的参数并报警。单片机检测土壤湿度如果低于设定值，将打开电磁阀与水泵进行滴灌20秒后停止滴灌；反之不滴灌。通过按键或者RS-485通信可以更改当前时间或盆栽的配置信息等，同时RS-485还可以将盆栽当前的情况与其他拥有RS-485接口的系统进行数据共享。通过轮流对8盆盆栽检测，进而使盆栽达到最佳的生长状态！

主要模块的介绍：土壤湿度传感器的两个电极间的电阻可以反映出土壤含水量[2]，给传感器通电后，将传感器输出的模拟电压进行A/D转换成数字信号给单片机处理，便可得到土壤的湿度数据。DS18B20温度传感器用于测量土壤的温度，单线接口方式节省了单片机的I/O口，也为PCB布线提供了方便。光敏电阻与定值电阻串联分压组成的环境光照模块，同样通过A/D转换将其模拟电压转换成数字信号给单片机处理，得到环境的光照强度。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，用于检测环境的温湿度，模块通过串行数据、单总线与主控单片机连接[3]。CD4051单8通道数字控制模拟电子开关芯片对盆栽数据分时采集，使单片机在合理的时间间隔内轮流对8盆盆栽进行监测[4]。LCD12864显示屏，实时反映系统和盆栽参数的变化情况，构成灵活的全中文人机交互界面，4个按键组成的输入模块为用户输入参数和更改设置提供了便利。

当系统或者盆栽出现异常情况时，报警电路会进行声光报警，用来提醒用户。

DS1302为用户显示当前时间，同时可以通过按键调整时间。水泵、电磁阀、储水罐和滴灌装置组成的供水模块中的滴灌装置有助于节水和均匀浇灌。系统的供电采DC12V电源，同时具有电源电压检测功能。RS-485通信模块用于与智能家居或者与多个系统联机使用，为用户的扩展使用提供了便利[5]。

2 软件设计

八路智能盆栽浇水器的程序结构由LCD12864显示、按键处理、DS1302时钟、A＼D转换及处理、DHT11温湿度读取、DS18B20温度读取、多路开关选择程序、EEPROM参数存取等程序组成。程序使用C语言在Keil uVision4中进行编写调试。程序采用模块化程序设计思路，模块化的设计可以使程序结构清晰，修改方便，便于调试。整个系统开机后，先初始化各函数变量和各个模块，然后读取EEPROM数据，如果内部有正确的配置数据，则系统进入待机模式；反之，则提示需要设置正确数据才开始对第一盆盆栽检测，系统依次读取DS1302时间并显示时间；检测电源电压并显示电源情况；RS-485通信模块可以将数据与其他设备进行数据共享；检测盆栽光照强度、环境温湿度、土壤温度与湿度，综合判断后决定是否浇水。程序流程图如图2所示。

3 结束语

该八路智能盆栽浇水器在实际的测试过程中体现出较好的实用性，基本满足了家庭盆栽自动种植的要求。系统的投入比较低，维护、检修比较方便。如果家庭盆栽数量比较多，亦可使用RS485总线进行数据共享，将多个系统联机使用，或者使用RS485总线与智能家居连接，进行数据交换与控制，具有很强的扩展性。

【参考文献】

[1]赵丽，张春林.基于单片机的智能浇花系统设计与实现[J].长春大学学报，2012，22（6）：650-651.

[2]姚志恩，司杰.一种土壤湿度检测的方法和电路设计[J].现代电子技术，2013，4（8）：126-127.

[3]王武礼，杨华.基于SHT11的粮仓温湿度测控系统的设计[J].仪表技术与传感器，2010（9）：50-51.

[4]李晶.多路电子转换开关及其应用[J].机械管理开发，2010，10（5）：122-125.

[5]吴桂林，郑建勇.RS485上下位机多机通信网络系统设计[J].微计算机信息，2008（36）：112-113.

[责任编辑：杨玉洁]