一种基于YL-69温湿度传感器的自动浇花系统设计
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摘 要：设计一种基于YL-69温湿度传感器的自动浇花系统，选用8位STC89C52芯片作为主控制芯片。系统主要由温湿度传感器YL69模块、液晶显示器LCD1602模块、单片机STC89C52控制模块、执行模块、时钟及复位模块、报警模块以及水泵控制电路组成。温湿度传感器检测土壤的湿度，结合预先设置好湿度的上限值和下限值判断土壤是否需要浇水。此系统可以改变预先设定好的湿度值，能够适应四季的变化，使花卉更好的生长。整个浇花过程无需人为的操作，实现了自动控制，解放了浇花的人。系统具有扩展性好，操作简单，实用性强等特点。
关键词：YL69;STC89C52;LCD1602;自动浇花; 湿度; 自动控制
中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）03-0-03
0 引 言
伴随着国家经济的快速发展，人们的物质生活水平也在快速提高，越来越多的人开始在家里或者办公室养一些花卉盆景。养花不仅可以使人心情得到舒展，还可以净化空气，有益健康[1]。但是由于现在的快节奏生活，很多人都是有心养花，无心浇花，导致买回来的盆景没过多久就由于缺水干枯而死。目前，国内外浇花系统种类繁多，有关家庭自动浇花系统的专利也很多。其中有的是根据光照變化来浇水的，有的是根据四季不同时间来浇花的，还有的是根据土壤湿度来决定浇花的[2]。国外的设计突出的特点是设计思维灵活、巧妙。例如：有人设计了一个系统可以在家里四处跑动，实现一个系统给家里的所有花卉进行浇水;有的是比较人性化，设计者给系统增加了语音功能，这样就能实现花朵与主人的对话，可以用于在家里孤单的老人的家庭，让他们可以感受到花朵给他们带来的一丝陪伴;还有的是具有托运功能的浇花系统，这种浇花系统不仅可以实现浇水，还可以实现自动寻找阳光的功能，将花盆托运到阳光充足的地方，使花卉更适宜的生长[3]。我国的自动浇花系统在南方城市发展得较早，大多数都是喷洒式系统，结构简单、设计思路清晰，虽然功能较简单，但是实用性强，且价格低廉，所以也得到了市场的认可[4-6]。
为此，本文借助温湿度传感器YL69和单片机设计了一种可以根据土壤湿度及适应四季变化的自动浇花系统。它可以用于家庭和小型办公场所，可以为一些爱好花卉而没有时间照看的人群带来便利。这款自动浇花系统省时省心，不用人们特意留心给花浇水。其次，在人们不能待在家里或者办公室没法给花浇水时，这款浇花系统可以实现自动浇水，从而避免了花没人浇的尴尬情况。如果在家或者办公室时也可以断开浇花器，实现手动浇花，享受浇花的乐趣。同时，在LCD上也会实时显示土壤的湿度。在检测到湿度过低时，控制进水的开关打开，实现浇花;在检测到湿度足够时，控制进水的开关关闭，停止浇水。此外，还增加了报警功能，给用户提醒花卉生长情况。因此，这款自动浇花系统实用性强，对于处于快节奏生活的人们养花很有帮助。
1 系统设计方案
系统设计的基本思路是首先湿度检测模块检测土壤湿度，然后传输到单片机控制模块，由单片机控制模块控制显示模块显示当前湿度值，同时单片机判断土壤湿度是否符合要求，如果不符合，则驱动模块报警，并且浇水。同时按键模块可以设置湿度的上限和下限，以更好促进花卉生长。设计分为硬件部分和软件部分两个部分。其中硬件部分采用单片机作为主控制芯片，再结合传感器模块电路、显示电路、报警电路、时钟电路和按键电路，系统可以实现如下功能：
（1）系统经过湿度模块电路对土壤进行湿度是否达标的检测;
（2）系统通过单片机对得到的湿度数据进行分析;
（3）若湿度小于理想的湿度则浇水，若大于理想的湿度则停止浇水。
系统设计方案框图如图1所示。这里使用单片机来控制湿度传感器对土壤的湿度进行检测，然后将检测到的数据通过单片机进行处理用LCD显示。键盘部分电路可以设置湿度的上限和下限，当低于预设湿度时蜂鸣器报警，并且水泵开始工作，直至湿度大于湿度上限[7]。
2 硬件电路设计
自动浇花系统硬件电路由湿度传感器以及振荡、复位等外围电路还有报警电路、液晶显示电路构成。硬件设计原理如图2所示。左上角为报警电路，主要由蜂鸣器和晶体管组成，通过控制P15端口来控制蜂鸣器工作与否。
2.1 选择传感器
本设计所使用型号为YL-69的温湿度传感器。YL-69是一个简单的土壤湿度传感器，其原理为湿敏电容，当环境的湿度发生改变时，会使得湿敏电容存在的环境中的介质发生改变，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值正比于湿度值[8]。由于湿敏电容的灵敏度高、响应速度快、滞后量小，此外微小的体积、极低的功耗，使得湿敏电容很容易小型化和集成化。YL-69采用CMOS工艺，可以确保其低功耗，同时还具有很高的可靠性和稳定性。传感器内部含有一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料做成的温度传感器，在同一芯片上，与A/D转换器及串行接口电路实现连接。每个传感器芯片都在非常精确的温湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的过程中使用。其在系统中电路原理图如图2中JP2为YL-69探头。
2.2 报警电路
在控制系统中，都会给其加一些报警电路，在一些参数或者是硬件出错时，就会发生报警，这样就可以提醒操作人员，从而防止了一些不可控状况的发生。其基本思想就是通过计算机把采集的数据与预先设定好的上限和下限进行比较，来判断是否正常[9]。在缺水需报警时，系统采用蜂鸣器进行报警，主要由一个蜂鸣器，一个PNP型晶体管，两个电阻组成，当P15输出低电平时，则蜂鸣器报警。
2.3 显示电路
液晶显示器LCD1602具有低电耗、低成本、显示灵活、轻巧等特点，市场上使用相当广泛，因此本文采用LCD1602进行显示。LCD1602液晶显示器每行可以显示16个字符，可以显示2行，有8位数据总线和3个控制端口，工作电压为5 V，并可以调节对比度和背光。 3 软件设计
此系统采用的控制芯片是STC89C52。预先寫入控制程序就可以实现智能控制效果。基本过程如下：在整个系统接电后，芯片进入工作状态，首先会对各端口进行初始化;此时开始检测是否有按键按下，如果有，则实行进行对应按键功能，主要是对湿度上下限的设置;当没有按键按下时，系统将采集传感器的数据然后显示在LCD上，并且控制水泵和蜂鸣器进行相应的动作[10]。主流程如图3所示。
即首先进行初始化，然后烧写程序到单片机里面，然后采集传感器的数据通过单片机的控制在LCD上显示出来。这时就需要比较当前湿度与预先设置好的湿度值进行比较，若低于设置的湿度下限，则开启水泵并且报警，直到检测到湿度大于设置的湿度上限，然后停止浇水。
4 调 试
软件设计完成之后，需要结合硬件电路图对硬件电路和软件程序进行调试。在这个过程中，不仅要确保系统能够实现功能，还要尽可能的提高系统工作效率，减小系统出错率，所以需要耗费较多的时间。在这里，选用电路仿真软件Proteus对系统电路进行仿真。通过仿真软件，可以模拟出整个硬件系统，可以提前发现硬件设计中的缺陷，以节省大量的时间和资源。系统软件使用C语言编写，然后用Keil软件生成.HEX格式的文件，之后导入Proteus电路图的单片机中，从而查看电路是否达到预期目标，进行调试[11]。经过软件硬件测试，本系统基本实现预想的功能，经过较长时间的运行，系统仍然正常运行，说明本系统的稳定性良好。其次，本系统可以在不同的土壤湿度下正常测试并正常动作，表明系统的软件硬件设计符合要求。
5 结 语
设计的基于自动浇花系统，成本较低，操作方便，并且其设计思路，和设计方向还具有很好的拓展性，比如可以将按键控制的升级为红外遥控控制，再进一步，可以将此系统进行连网，这样，在主人长期出差的情况下，可以根据四季的不同，主人就可以在远方上网对其进行湿度上下限的设定，使花卉更舒适的成长。这些方案可以在以后的工作学习中继续完善。
参 考 文 献
[1]高珊.基于单片机的智能喷洒系统的设计[D].西安：西安电子科技大学，2015.
[2]张娜，吴文福，杜吉山，等.智能花盆的研究现状与发展前景[J].农业与技术，2016，36（1）：174-176.
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[4]张晓光.基于物联网的智能浇花系统设计[J].无线互联科技，2017（23）：23-25.
[5]云建华，张扬，曹流，等.红外遥控自动浇花装置的设计[J].科技资讯，2017，15（3）：4-5.
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[7]张富春，邵婷婷，杨延宁.一种基于DHT11的家用自动浇花电路的设计[J].电子测试，2014（16）：35-36.
[8]姜天华.基于单片机原里的可定时自动浇花器[J].硅谷，2012（13）：31-33.
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[10]王林生，王臻卓.基于单片机的盆栽浇花机的设计与实现[J].软件工程，2016，19（5）：45-46.
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