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基于单片机的自动浇花器设计
作者：陈赋铭
来源：《农家科技下旬刊》2015年第04期
摘 要：本文是基于单片机AT89C51的采用C语言进行编程并用湿度传感器测量土壤湿度，测量得到的数据经过放大然后通过ADC0809模数转换。转换后得到的数字信号送给由AT89C51为核心的控制系统来判断并控制出水装置自动的给盆花浇水。 关键词：单片机AT89C51；湿度传感器；土壤湿度；自动浇花器
现在的社会，许多人们都开始种植盆栽，养花成了人们的一种爱好。而人们在业余时间养花成了一种陶冶情操的好方法。但是由于工作、出差等原因，人们往往会不在家会忘记给盆花浇水导致植物枯死，或者一次性浇水过多而使盆花涝死，使养花的人们遭受不必要的损失。 而本文是基于单片机AT89C51的采用C语言进行编程并用湿度传感器测量土壤湿度，测量得到的数据经过放大然后通过ADC0809模数转换。转换后得到的数字信号送给由AT89C51为核心的控制系统来判断并控制出水装置自动的给盆花浇水。而且人们还可以根据不同植物的生长特性，也就是植物对土壤湿度的要求，可以设定阀值来控制系统何时浇水，避免盆花枯死或涝死。
一、系统工作原理
本次设计基于单片机AT89C51的采用C语言进行编程并用湿度传感器测量土壤湿度，测量得到的数据经过放大然后通过ADC0809模数转换。转换后得到的数字信号送给由AT89C51为核心的控制系统来判断并将信号发送给继电器，利用继电器来控制电动机的转动，将水抽出并自动的给盆花浇水。
自动浇花系统主要是由单片机控制模块、按键模块、复位电路、晶振电路、数码管显示模块、继电器驱动模块、ADC0809转换模块和湿度传感器组成。
单片机模块对整个系统进行控制，主要功能是控制显示模块显示主要参数；控制LED灯亮灯灭；根据使用者的按键命令来控制整个系统的正常工作。
复位电路的主要功能是上电延时状态。需要确保在上电的时候暂时不让单片机立刻进入工作状态，也就是说在上电的一瞬间，电压不是直接跳变到单片机可工作的电压范围。当用土壤湿度传感器频繁的测量土壤的湿度时，为防止系统出现错误，就可以用复位电路模块，来对系统进行初始化。
数码管显示模块能够将需要的参数显示出来，在这系统中是将湿度传感器所感应的湿度通过数字显示在数码管上，提供了系统和操作者的交流窗口。
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继电器驱动模块主要功能是根据单片机给出的信号来控制微型水泵进行浇水。系统通过水泵来控制谁的流通和截止，实现了电能到机械能的转换。利用继电器的触电开关作用可以控制设备或者传送逻辑电平信号。在继电器失电的状态下，当继电器得电后，动合触点闭合，动断触点断开，动合触点断开，动断触点闭合。
单片机需要采集数据时，发出指令启动A/D转换器工作，ADC0809根据送来的地址信号然后对输入的模拟信号进行转换，转换结束时，通知单片机可以读取转换结果。最后，单片机把采集到的湿度数据经过系统处理后送到LED数码管，数码管显示采集到的系统数据。 按键是最主要的输入设备。使用者可以将自己的要求通过按键告知系统，系统根据使用者的设置进行相应的操作。系统采用非编码键盘，按键电路主要由4个按键组成，其中按键S1是复位按键，一端连VCC，一端连接到AT89C51的RST引脚上面，实现复位功能；按键S2是设定按键，一端连接GND，一端连接到AT89C51的P3.3引脚上，按下后可以用S3和S4来调节设定值；按键S3---“+”调节按键，一端连接GND一端连接AT89C51的P3.4引脚上，可以调节阀值；S4---“-”调节按键，一端连接GND一端连接AT89C51的P3.5引脚上。本系统采用独立式的按键形式。
在本次系统设计中选器用了动合触电开关，使继电器在失电状态下保持断开的状态，然而在得电的状态下保持闭合状态。即当Q5基极得到一个低电平则继电器开关立即闭合，在处于高电平时继电开关保持断开状态。当湿度传感器检测到的湿度高于设定值时，LED灯亮，继电器的开关闭合，电动机则处于一个通路的状态下开始工作，系统设备开始浇水。相反，当湿度传感器检测到的湿度低于于设定值时，LED灯灭，电动机则处于一个段路的状态下停止工作，设备停止浇水。
用一个可变电阻R10来当作湿度传感器，连接到ADC0809的In2引脚，引脚ADDA、ADDB、ADDC、Vref-和GND接地，ALE和START引脚连接AT89C51上的P3.2引脚，D0～D7引脚分别连到AT89C51的P1.0～P1.7引脚，EOC引脚连接P3.1引脚，VCC和Vref+接电源。在实际中我们所使用的湿度传感器是模拟传感器可以测量土壤的湿度，但是由于传感器输出是很小的电压、电流或电阻变化。不能转换成数字信号，所以要对模拟信号进行调整，使其信号放大，再连接ADC0809芯片，将湿度传感器测得的模拟信号转换成数字信号，然后将信号送给主芯片，以便于系统的数据处理。 二、系统设计框图
主程序首先对系统进行初始化，然后利用湿度传感器采集土壤湿度值，在数码显示管上显示数据，当数据越大说明土壤湿度越小，显示的数据越小说明土壤湿度越大。用户设定系统参数，当满足浇花条件时，系统执行浇花动作。其中对浇花条件的设置需要考虑到不同植物的生长特性，从而进行参数设置。
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连通电源，打开总开关，测试实物系统的调节阀值的功能。实物有四个按键，第一个按键的功能是复位；第二个按键是设定键；第三个按键是实现“+”的功能；第四个是实现“-”的功能。按第二个按键，数码管上显示系统设定参数125，即系统设定的土壤湿度值是125。使用者可以用第三和第四个按键来对系统参数进行设定，每次按一下第三个按键，数码管上显示的湿度值会加1，显示的数值为133。每次按一下第四个按键，数码管上显示的湿度值会键1，数值为114。说明本次设计出的实物系统可以实现手动设置使用者所需要的土壤湿度值的这项功能。测试成功。 三、结语
本次设计是基于单片机AT89C51为主芯片加上ADC0809，还有数码管、继电器、电动机灯主要控制器件组成的自动浇花系统，可先通过软件仿真，画出电路原理图、仿真图，模拟仿真测试系统的自动浇花功能，测试成功后再开始实物的制作，制作完成后，开始分部测试系统各个功能。经过测试，成功的完成了本次设计，系统可以实现自动浇花的功能。 参考文献：
[1] 张进秋.现代土壤湿度的测量方法问题：见解[J].土壤学进展，1989，（5）：47：49. [2] 程建兴，史仪凯，耶亚林.基于3G和WSN的森林土壤湿度采集系统研究[D].西安：西北林学院，2009，24（1）.
作者简介：陈赋铭（1993-），男，浙江义乌市人，民族：汉，学历：在读本科生。