多路智能家庭实用浇花器设计

吴平

摘要： 多路智能家庭实用浇花器的设计以STC89C52型单片机作为系统的控制器。借助温湿度传感器，检测土壤湿度，根据不同花卉的喜水特性，判断是否该浇水。通过时钟电路及温度检测，不同季节选择不同的浇水时段及浇水量。像一个悉心呵护花草的园丁，完成智能自动浇花的功能。

Abstract： The design of household watering system of flowers based on the multichannel intelligence used the type STC89C52

single-chip microcomputer as the controller of the system. It detected the soil moisture with temperature and humidity sensor. The system decided to water or not according to the features of different flowers to water. The clock circuit and temperature tests were recorded to choose water periods and amount in different seasons. The system could complete the function of the intelligent automatic watering the flowers like a meticulous gardener.

关键词： STC89C52单片机；温湿度传感器SHT71；LCD1602；多路控制

Key words： single-chip microcomputer of STC89C52；temperature and humidity sensors of SHT71；LCD1602；multicircuit control

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）12-0023-03

0 引言

生活在高楼大厦里的现代人，越来越热衷在居室或办公环境养花弄草，一来可以陶冶情操，二来又能净化空气。可由于工作繁忙，出差或外出旅游，常常疏于管理或无人照管，导致花草因缺水而枯萎，给爱花养花的人带来很多困扰。为解决这一困扰，人们设计了各种自动浇花装置，如定时定量浇水，或根据湿度自动浇水，但两者不能兼顾。爱花的人往往养很多种类不同的花，不同的花卉特性不同，有喜水的，有不喜水的，定时定量浇水，不能让不同特性的花卉同时满足需要，根据湿度自动浇水，不同特性的花卉，设置的湿度值又不能相同，同样不能同时满足不同花卉的不同要求。多路智能家庭实用浇花器设计时兼顾了上述几方面。不同特性的花卉设置不同的湿度值，同时再考虑季节变换环境温度随之变换的因素，合理的选择浇水时段，即在保证不干不浇水的前提下，不同的季节选择不同的浇花时间，不同特性的花卉选择不同的湿度值，浇不同量

的水。

1 设计理念

替爱花、养花人照料好花草，适时适量的给花卉自动浇水，是设计智能浇花器的核心理念。选择STC89C52单片机，温湿度传感器为核心部件。要解决的核心问题主要有三方面：

一是根据不同的花卉的喜水性设置不同的湿度值。用温湿度传感器检测花卉土壤表面的湿度，将信息传送到单片机芯片分析处理，判断是否需要浇水。二是在判断湿度后，判断季节是春秋季节还是冬夏季节。春秋季节环境温度平缓，昼夜温差不大，浇花时间可设置在早晚时间段，冬天，环境温度早晚变化大，且整体偏低，浇花时间适合设置在上午10点左右或下午3点左右。夏季上午，中午时段阳光充足，高热，不适合浇花，所以浇花时间应设置在晚上5点或6点左右。三是针对要同时照料不同特性的多盆花卉，设置多路检测线路及多路水阀来支持该功能，使花卉有更适合生长的环境，以满足养花爱花人的心愿，把他们从无暇照顾爱花的烦恼中解脱出来。

2 设计原理

针对实际中提出的各种问题，设计一种多路智能家庭实用浇花器系统。该设计的总体设计方案如图1中所示。主要由控制器和相关功能模块构成[1]。智能控制系统是以单片机STC89C52为控制核心，辅以温湿度传感器SHT71、LCD1602、1302时钟芯片[2]，两路继电器与电磁阀，多组水管，针对不同花卉，不同季节，判断、选择哪些花该浇水，该在哪个时段浇水，现在的温度是不适宜浇水。

2.1 湿度检测 设计中，湿度检测是智能自动浇花的第一步，也是最关键的一步。湿度信息采集选用的是瑞士Sensirion数字温湿度传感器SHT71。将传感元件和信号处理系统集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。响应迅速，抗干扰能力强，不受光线影响，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性[3]。检测温度：范围-40～

+125℃，精度±0.4℃；检测湿度：范围0%～100%RH，精度

±3%RH；显示分辨率：温度0.1℃，湿度0.1%RH，工作电压2.4V～5.5V。它将检测到的湿度信息以数字信号形式，通过一线式总线串行传送给单片机，传送到单片机STC89C52引脚P2.1、P2.3进行处理，并将湿度值显示在1602上，当湿度低于设定值时，给单片机一个指令，单片机处理后，发出可以浇水指令，进入下一个环节。反之，如高于设定湿度值，单片机不动作。为满足不同花卉喜水特性不同的要求，湿度值设定可调，可根据花卉特性，喜水的，不喜水的，设出两组湿度最低值：喜水的，设定值偏高些，由单片机引脚P2.1负责读取湿度值，并与所设定的湿度值进行比较；不喜水的，设定值偏低些，由单片机引脚P2.3负责读取湿度值，并与所设定的湿度值进行比较。不需要模数转换，简单方便，该元件检测范围宽，精度高，性价比高。endprint

2.2 选择浇水时段 花卉的生长同其它各种生物一样，需要一个适合自身生长需要的适宜的温度环境，单一的按湿度需求浇水，或单一的按时浇水，都忽略了环境温度对花卉生长的重要性，如正值夏季环境温度很高而要根据湿度定时在下午3点兜头一盆冷水，会导致花卉“感冒”而死亡，因而，设计中考虑这一因素，采用时钟芯片1302来设置按季节选择浇花时段：春秋两季，环境温度比较适宜花卉生长，早晚温度变化不大，浇花时段可放宽，上午8点～11点，下午2点～5点均可；冬季，环境温度整体偏低，且昼夜温差大浇水时间应选在上午10点～11点，下午3点～4点，而夏季环境温度整体偏高，尤其上午9点到下午4点，阳光充足，环境温度偏高不适宜给花卉浇水，浇水时段应选择在上午7点～9点，下午4点～6点。在这个时段，单片机接到湿度不足的指令，就会读取时钟芯片1302的时间来查看是何月份何季节，好根据季节情况选择浇水时段，并在浇水时段检测当前土壤温度[4]，如温度适合浇水，则单片机引脚P2.4或P2.5置高电平，电磁阀由闭合变成断开，开始给花浇水，浇花时长，可根据季节不同来选择。春秋两季，设置1.5分钟，冬季设置1分钟，夏季设置2分钟，以减少检测动作次数，延长浇花器的寿命。

2.3 多路设置 为满足不同花卉喜水特性，智能自动浇花器设置两路，一路按喜水的设置湿度最低值，一路按不喜水的设置湿度最低值，由温湿度传感器SHT71检测到的湿度及温度的引脚将湿度值及温度值传到单片机STC89C52的引脚P2.1、P2.3，单片机接收到数据后，经过处理给出相应的指令，使得有两路继电器与电磁阀系统分别作出控制水阀开关动作，水龙头则可接出多组，以满足同时给多盆花卉浇水。

3 硬件设计

本设计硬件电路主要由控制部分、温湿度检测部分、显示部分、继电器电磁阀控制部分、时钟部分以及按键部分组成。如图2中所示，其中图（e）为主控制电路，也是系统的核心部分，采用STC89C52作为控制内核。图（a）为系统的时钟电路，主要为系统提供时间信息图（b）为温湿度传感器控制电路，主要采集花卉周围的温湿度情况，并通过P2.1口传送给控制器。图（c）和图（d）为系统的显示部分和继电器控制电路。

4 软件设计

设计中主要实现湿度检测、季节判断、温度检测、浇花时间长短等功能，通过多种传感器进行相关检测，通过对环境的相关参数进行检测，为植物是否需水进行判断。

湿度检测：读取SHT71检测到的湿度，进行比较判断。季节判断：湿度检测后，通过读取1302的时间，判断属于哪个季节。

温度检测：判断季节后，在相应的时间段检测温度，判断是否达到浇花温度[5]。

浇花时间长短：判断浇花时间是否达到设定时间，当时见到，停止浇花。

该设计的整体流程图和子程序流程图如图3、图4中所示。首先进行系统初始化，判断外部环境因素数据以及相关时令数据，通过比较分析确定系统是否需要浇花，若需要则判断相关参数，是否满足一定的条件，根据不同的条件进行实时监测[6]，并对花卉进行相应的浇灌。

参考文献：

[1]张兆鹏.基于AT89S52的家庭智能浇花器的设计[J].电子设计工程，2011，3.

[2]周迭辉.带LED显示的时钟程控浇花机[J].国外电子元器件，2001，5.

[3]李腾.自动湿控、温控、光控、太阳能植物浇灌系统[J].中国科技论文在线.

[4]于桂君.基于AT90S8535的炉温控制器设计[J].渤海大学学报自然科学版，2013，6.

[5]马江涛.单片机温度控制系统的设计及实现[J].计算机测量与控制，2004，12.

[6]李明.基于AVR单片机的炉温控制系统[J].仪表技术与传感器，2010，1.endprint

2.2 选择浇水时段 花卉的生长同其它各种生物一样，需要一个适合自身生长需要的适宜的温度环境，单一的按湿度需求浇水，或单一的按时浇水，都忽略了环境温度对花卉生长的重要性，如正值夏季环境温度很高而要根据湿度定时在下午3点兜头一盆冷水，会导致花卉“感冒”而死亡，因而，设计中考虑这一因素，采用时钟芯片1302来设置按季节选择浇花时段：春秋两季，环境温度比较适宜花卉生长，早晚温度变化不大，浇花时段可放宽，上午8点～11点，下午2点～5点均可；冬季，环境温度整体偏低，且昼夜温差大浇水时间应选在上午10点～11点，下午3点～4点，而夏季环境温度整体偏高，尤其上午9点到下午4点，阳光充足，环境温度偏高不适宜给花卉浇水，浇水时段应选择在上午7点～9点，下午4点～6点。在这个时段，单片机接到湿度不足的指令，就会读取时钟芯片1302的时间来查看是何月份何季节，好根据季节情况选择浇水时段，并在浇水时段检测当前土壤温度[4]，如温度适合浇水，则单片机引脚P2.4或P2.5置高电平，电磁阀由闭合变成断开，开始给花浇水，浇花时长，可根据季节不同来选择。春秋两季，设置1.5分钟，冬季设置1分钟，夏季设置2分钟，以减少检测动作次数，延长浇花器的寿命。

2.3 多路设置 为满足不同花卉喜水特性，智能自动浇花器设置两路，一路按喜水的设置湿度最低值，一路按不喜水的设置湿度最低值，由温湿度传感器SHT71检测到的湿度及温度的引脚将湿度值及温度值传到单片机STC89C52的引脚P2.1、P2.3，单片机接收到数据后，经过处理给出相应的指令，使得有两路继电器与电磁阀系统分别作出控制水阀开关动作，水龙头则可接出多组，以满足同时给多盆花卉浇水。

3 硬件设计

本设计硬件电路主要由控制部分、温湿度检测部分、显示部分、继电器电磁阀控制部分、时钟部分以及按键部分组成。如图2中所示，其中图（e）为主控制电路，也是系统的核心部分，采用STC89C52作为控制内核。图（a）为系统的时钟电路，主要为系统提供时间信息图（b）为温湿度传感器控制电路，主要采集花卉周围的温湿度情况，并通过P2.1口传送给控制器。图（c）和图（d）为系统的显示部分和继电器控制电路。

4 软件设计

设计中主要实现湿度检测、季节判断、温度检测、浇花时间长短等功能，通过多种传感器进行相关检测，通过对环境的相关参数进行检测，为植物是否需水进行判断。

湿度检测：读取SHT71检测到的湿度，进行比较判断。季节判断：湿度检测后，通过读取1302的时间，判断属于哪个季节。

温度检测：判断季节后，在相应的时间段检测温度，判断是否达到浇花温度[5]。

浇花时间长短：判断浇花时间是否达到设定时间，当时见到，停止浇花。

该设计的整体流程图和子程序流程图如图3、图4中所示。首先进行系统初始化，判断外部环境因素数据以及相关时令数据，通过比较分析确定系统是否需要浇花，若需要则判断相关参数，是否满足一定的条件，根据不同的条件进行实时监测[6]，并对花卉进行相应的浇灌。

参考文献：

[1]张兆鹏.基于AT89S52的家庭智能浇花器的设计[J].电子设计工程，2011，3.

[2]周迭辉.带LED显示的时钟程控浇花机[J].国外电子元器件，2001，5.

[3]李腾.自动湿控、温控、光控、太阳能植物浇灌系统[J].中国科技论文在线.

[4]于桂君.基于AT90S8535的炉温控制器设计[J].渤海大学学报自然科学版，2013，6.

[5]马江涛.单片机温度控制系统的设计及实现[J].计算机测量与控制，2004，12.

[6]李明.基于AVR单片机的炉温控制系统[J].仪表技术与传感器，2010，1.endprint

2.2 选择浇水时段 花卉的生长同其它各种生物一样，需要一个适合自身生长需要的适宜的温度环境，单一的按湿度需求浇水，或单一的按时浇水，都忽略了环境温度对花卉生长的重要性，如正值夏季环境温度很高而要根据湿度定时在下午3点兜头一盆冷水，会导致花卉“感冒”而死亡，因而，设计中考虑这一因素，采用时钟芯片1302来设置按季节选择浇花时段：春秋两季，环境温度比较适宜花卉生长，早晚温度变化不大，浇花时段可放宽，上午8点～11点，下午2点～5点均可；冬季，环境温度整体偏低，且昼夜温差大浇水时间应选在上午10点～11点，下午3点～4点，而夏季环境温度整体偏高，尤其上午9点到下午4点，阳光充足，环境温度偏高不适宜给花卉浇水，浇水时段应选择在上午7点～9点，下午4点～6点。在这个时段，单片机接到湿度不足的指令，就会读取时钟芯片1302的时间来查看是何月份何季节，好根据季节情况选择浇水时段，并在浇水时段检测当前土壤温度[4]，如温度适合浇水，则单片机引脚P2.4或P2.5置高电平，电磁阀由闭合变成断开，开始给花浇水，浇花时长，可根据季节不同来选择。春秋两季，设置1.5分钟，冬季设置1分钟，夏季设置2分钟，以减少检测动作次数，延长浇花器的寿命。

2.3 多路设置 为满足不同花卉喜水特性，智能自动浇花器设置两路，一路按喜水的设置湿度最低值，一路按不喜水的设置湿度最低值，由温湿度传感器SHT71检测到的湿度及温度的引脚将湿度值及温度值传到单片机STC89C52的引脚P2.1、P2.3，单片机接收到数据后，经过处理给出相应的指令，使得有两路继电器与电磁阀系统分别作出控制水阀开关动作，水龙头则可接出多组，以满足同时给多盆花卉浇水。

3 硬件设计

本设计硬件电路主要由控制部分、温湿度检测部分、显示部分、继电器电磁阀控制部分、时钟部分以及按键部分组成。如图2中所示，其中图（e）为主控制电路，也是系统的核心部分，采用STC89C52作为控制内核。图（a）为系统的时钟电路，主要为系统提供时间信息图（b）为温湿度传感器控制电路，主要采集花卉周围的温湿度情况，并通过P2.1口传送给控制器。图（c）和图（d）为系统的显示部分和继电器控制电路。

4 软件设计

设计中主要实现湿度检测、季节判断、温度检测、浇花时间长短等功能，通过多种传感器进行相关检测，通过对环境的相关参数进行检测，为植物是否需水进行判断。

湿度检测：读取SHT71检测到的湿度，进行比较判断。季节判断：湿度检测后，通过读取1302的时间，判断属于哪个季节。

温度检测：判断季节后，在相应的时间段检测温度，判断是否达到浇花温度[5]。

浇花时间长短：判断浇花时间是否达到设定时间，当时见到，停止浇花。

该设计的整体流程图和子程序流程图如图3、图4中所示。首先进行系统初始化，判断外部环境因素数据以及相关时令数据，通过比较分析确定系统是否需要浇花，若需要则判断相关参数，是否满足一定的条件，根据不同的条件进行实时监测[6]，并对花卉进行相应的浇灌。

参考文献：

[1]张兆鹏.基于AT89S52的家庭智能浇花器的设计[J].电子设计工程，2011，3.

[2]周迭辉.带LED显示的时钟程控浇花机[J].国外电子元器件，2001，5.

[3]李腾.自动湿控、温控、光控、太阳能植物浇灌系统[J].中国科技论文在线.

[4]于桂君.基于AT90S8535的炉温控制器设计[J].渤海大学学报自然科学版，2013，6.

[5]马江涛.单片机温度控制系统的设计及实现[J].计算机测量与控制，2004，12.

[6]李明.基于AVR单片机的炉温控制系统[J].仪表技术与传感器，2010，1.endprint