花卉自动浇灌系统

摘 要：伴随人们生活质量的提高，以花卉植物美化生活环境的方式进入千家万户，但由于花卉生长对温度、湿度等有较高要求，而传统依托于个人主观判断浇水量的方式很难满足该要求，导致花卉生长难以保证。实践研究发现，花卉自动浇灌系统应用下，对提高花卉浇灌合理性可起到显著作用。本文将围绕STC89C52单片机，对花卉自动浇灌系统总体设计、硬件设计以及软件设计的思路进行探析。

关键词：STC89C52单片机；自动浇灌系统；设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.119

0 前言

花卉种植是近年来各办公场所、居家环境改善中的重要内容，随之而产生的各类型浇水器也流入市场中。然而从大多浇水器应用现状看，强调以人工控制方式为主进行定时浇灌，且未能根据植物生长实际所需温度、水分等进行生长环境参数的调整，浇水量不足、浇水量过多等情况极为常见，既为用户带来诸多不便，也不利于花卉生长的保障。因此，本文对花卉自动系统设计相关研究，具有十分重要的意义。

1 基于STC89C52单片机的花卉自动浇灌系统总体设计

花卉生长中要求温度、湿度都被限定在一定范围内，一旦超出该范围，花卉的生长便会受到影响。本文研究所提及的以STC89C52RC单片机为基础的系统设计，其中的测控核心为单片机，利用温湿度传感器实时采集花卉生长环境因子数据，所有信息数据在单片机处理下，会以输出信号形式对执行机构水泵进行控制，达到测控土壤温湿度的目标。为使系统功能得以实现，实际设计中还需考虑到软件开发问题，本次设计主要以模块化设计方式为主，且依托于C51语言编程进行软件开发[1]。

2 花卉自动浇灌系统硬件设计

2.1 控制系统设计

作为STC系列中抗干扰能力高、功耗低、反应速度快的单片机，STC89C52RC单片机融合传统8051单片机优势，0～40MHz工作频率范围，3.3～5.5工作电压范围，且可随意选择6时钟/机器周期、12时钟/机器周期。该控制系统设计中，以STC89C52RC芯片为主，其中有时钟发生器、振荡电路等，内部时钟方式由晶体振荡器、电容构成。系统运行中，执行复位操作，CPU由0000H起进行取值。

2.2 传感器电路设计

温湿度传感器能否可靠运行，是影响花卉自动浇灌系统综合性能的关键因素。设计中可采用SHT10系类产品，其测温元件材质为能隙材料，且有电容性聚合体测湿敏感元件，优势表现为性价比高、抗干扰能力强以及响应速度快等。电路设计中，主要以单线制串行通信接口为主，SHT10与单片机通过DATA通讯连接，保持4ms左右通讯时间。整个电路中，需有两个温湿度采集点，应注意两个SHT10采集点的DATA、SCLK脚应与单片机相应位置进行连接。

2.3 输出控制电路与蜂鸣器电路设计

输出控制开关设计的合理性对花卉自动浇灌系统性能影响极为明显，可考虑在控制开关方面选用通断型电子开关继电器，其优势表现为负载效应稳定、抗干扰性能好等。这样输出控制中由继电器为主，可使电路的安全得到保障。而对于蜂鸣器电路设计，首先需认识蜂鸣器构成与实现原理，其中在构成方面表现为外壳、共鸣箱、阻抗匹配器、压电蜂鸣片以及多谐振荡器等，实现的方式包括两种，一种由PWM输出口驱动，另外一种强调借助I/O口翻转电平驱动。值得注意的是，采用单片机I/O口引脚进行电流控制中，蜂鸣器很难在TTL电平下被驱动，这就对电路设计提出较高的要求。具体设计中，可考虑将三极管S8550引入，蜂鸣器正极与三极管集电极C连接，负极与电源GND连接，由限流电阻穿过后，三极管基级会与I/O口连接，若有高电平输出，三极管将发出截止动作，而在低电平输出情况下，三极管导通，此时蜂鸣器有电流回路形成。这种设计方式下，仅需做好I/O输出电平控制工作，便可达到蜂鸣器驱动目标。

2.4 显示模块设计

花卉自动浇灌系统设计中，显示模块极为重要，可将LCD1602类型显示器引入，该显示器可将系统收集的数字信息、字母以及符号等显示出来，每行字符16个，每次显示2行。为使显示模块发挥其功能，要求做好连接电路设计工作，取LCD1602数据角与STC89C52RC单片机P0口进行连接，确保连接对应合理，达到显示模块设计目标[2]。

3 花卉自动浇灌系统软件设计

花卉自动浇灌系统设计中，除做好硬件设计工作，软件是否合理也极为重要。设计时，在编程语言方面选择C语言，原因在于其适应性、可移植性较强，并以KeiluVison4作为系统开发软件，利用模块化设计方式作为系统程序设计方法。需注意在模块化设计方法下，应保证各程序与系统功能要求相吻合，各模块都可完整到指定的任务，且所有程序结构满足可靠性高、易于验证、可读性好、组合灵活、结构清晰以及便于扩充升级等要求。程序模块具体构成包括：继电气控制、SHT10温度采集、蜂鸣器发声控制、LCD液晶显示屏控制等。系统运行中，会通过初始化操作仔细判断土壤湿度、温度等情况，如温度合适情况下，但湿度较低，需给予灌溉加湿，根据系统监测结果，可自动进行湿度范围界定，监测湿度过高时停止浇水，而湿度过低时自动浇水。这样在主题流程控制合理下，可使花卉植物生长中保持最佳状态[3]。

4 结论

花卉自动浇灌系统的合理设计是保证花卉健康生长的关键所在。本文在设计中强调以STC89C52单片机为基础，保证其在总体设计、硬件设计、软件设计合理下，可达到系统功能发挥的目标。其中硬件设计应注意做好控制系统、蜂鸣器电路、显示模块等电路设计，同时应注意选用模块化设计方式，做好系统程序设计工作，以此使花卉自动浇灌系统发挥其作用，达到花卉自动浇灌的目标。

参考文献：

[1]周颖，贾澄军，俞吉.基于AT89S52单片机的花卉自动浇灌系统的设计[J].现代电子技术，2011（19）：144-146.

[2]任玲，戚玉强，李腾飞等.基于STC89C52单片机的花卉自动浇灌系统研究[J].安徽农业科学，2016（09）：293-295.

[3]黎⒔，宋杰，李建斌等.一种浇灌水零排放系统在花卉种植中的应用[J].云南农业科技，2013（02）：36-40.

安徽中医药大学大学生创新创业项目，项目编号：2015179