基于单片机的自动浇花系统的设计与制作

生活中，人工浇灌花木要耗费大量时间，而且土壤湿度不好控制，有时候由于主人长时间外出，家里的花木会因无人浇水而枯死。为了解决上述问题，本文利用单片机，设计了自动和手动浇花系统（如图1所示）。

图1 自动浇花系统

一、功能描述

系统有自动和手动两种工作模式，两种工作模式由手自动切换按键切换。系统开机进行自检，如果系统有故障则报警，若系统工作正常则进入自动状态，初始设定值为25%。当土壤湿度小于设定值时水泵工作浇水，当高于设定值加上偏移量（偏移量可根据实际确定，本文设为2）时系统停止加水。在自动工作模式下，如果由于缺水、加水不能停止或是测量信号不正常，则系统报警，水泵停止加水。在手动工作模式下，可按加水键和停止键实现手动加水和停止。背光按键控制液晶背光的开关。电路成品如图2所示。

图2 自动浇花系统电路板

二、硬件系统设计

（一）硬件系统构成

系统选择的各种元器件都是目前市面上常见的，系统核心控制器件采用应用广泛的STC公司的STC89C52RC单片机。除了单片机外，还包括土壤湿度传感器、AD转化器、LCD1602液晶显示器、按键、指示灯、蜂鸣器、继电器及水泵等。

（二）电路工作原理

电路原理图见图3，包括电源电路、晶振和复位电路、检测电路、按键和显示电路、报警电路、输出控制电路。

1.电源电路

系统所需5V电源由外部直接提供，可由常见的各种手机充电器提供，留有USB电源端子和圆形端子跟外部电源连接，使用时连接其中之一，另外一个可以向外提供5V电源，方便系统电源连接。

2.晶振和复位电路

电容器C6、C7和晶振Y1构成振荡电路，给单片机提供所需的时钟。C8、R13和按键RST1构成单片机复位电路，实现上电复位和手动复位。

3.检测电路

检测电路由土壤湿度传感器和AD转换器组成，选择价格便宜且使用方便的土壤湿度传感器模块和AD转换器PCF8591模块（见图4）。该模块有4路输入、1路输出，可满足系统扩展需要。此电路把土壤湿度转换成模拟量，经AD转换后转换成单片机可以识别的对应数字量。

图4 土壤湿度传感器和AD转换模块

4.按键和显示电路

按键和显示电路由四个独立按键、LED指示灯和LCD1602构成，用于人机操作和系统各种工作状态的信息显示。

5.报警电路

报警电路由蜂鸣器和LED指示灯构成，实现声光报警。声音报警15次后停止，LED指示灯一直闪烁报警。

6.输出控制电路

单片机引脚输出信号通过驱动电路驱动继电器，控制继电器的通断，用以驱动执行元件（文中为5V直流水泵）的通断，LED指示灯显示输出状态。

三、软件系统设计

（一）系统流程图（见图5）

（二）系统软件设计

系统采用项目化多文件，模块化编程，便于程序编写和程序移植。由main.c，I2C.c，KEYBOARD.C，Lcd1602.c文件和对应头文件以及配置文件config.h组成。Lcd1602.c主要负责液晶的底层显示驱动。I2C.c主要负责AD转化器的底层功能驱动。KEYBOARD.C责按键处理，main.c负责系统初始化，自检，土壤湿度检测，中值滤波和信号线性化处理，手动自动程序运行。中断程序负责，系统运行时的故障处理和报警，程序较短，也放在main.c中。整个项目，软件按流程图编写，结构清晰，流程也比较清楚。为方便读者学习和参考，把所有文件和程序都列了出来，并做了详细的注释。

整个项目的软件按流程图编写即可，程序代码如下（注意报纸因为版面原因，无法全部刊登，这里可以看到完整的代码）。