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基于单片机智能浇花控制系统的设计

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在本文中设计了以IAP15W4K61S4单片机为核心，采用多种传感器器件，同时具有自动和手动两种功能的智能浇花系统，LCD实时显示相关信息。还可以通过手机APP进行手动浇水，体验浇花的乐趣。详细阐述了该系统软、硬件的设计方法，该系统成本低，方便使用，具有广阔的市场前景。（李硕磊，基于Zigbee网络智能浇花系统的设计与实现：电子设计工程，2017）

引言：系统是以单片机为核心建立起来的，通过对传感器数据的检测实现对水泵的自动控制，并在LCD显示实时数据，同时具有声光报警功能。单片机的可靠性、可操作性和强大的处理功能得到了很好的体现。

1 系统总体设计

1.1 系统的总体构成

本设计是基于IAP15W4K61S4单片机的智能浇花控制系统，在单片机系统实现的输入输出和显示功能的基础上，加上外围电路得以实现。根据设计任务要求，该电路的总体框图可分为几个基本的模块，总体框图如图1所示。（佟金锴，基于STC89C52单片机的自动浇花控制系统设计：辽宁师专学报，2017）

1.2 系统的功能及其工作过程

智能浇花系统是由IAP15W4K61S4单片机、土壤湿度传感器、温度传感器、超声波传感器、水泵等主要器件组成。本文研究的运行可靠、操作简单的智能浇花系统，主要具备自动浇花和手动浇花两种功能。IAP15W4K61S4单片机是本系统的核心，一旦湿度传感器检测到土壤的湿度低于下限值时，单片机控制水泵启动进行浇花，当高于上限值时，控制水泵的停止。超声波传感器检测水桶液位的上下限，当低于下限时，报警提示用户加水同时不允许水泵的启动和运转，当高于上限时，报警提示用户水已加满。同时用户可以使用手机APP通过蓝牙模块进行手动浇水，体验浇水的乐趣。（黄晓沛，白健恩，基于Android智能终端的环境监测系统设计：信息通信，2014）

图1 系统总体设计框图

2 系统硬件设计

2.1 显示电路

显示电路采用LCD液晶显示，功能强大，驱动简单，耗电量小，无辐射危险，显示直观、抗干扰能力强，但体积较大。

2.2 声光提示模块

声光提示模块主要是为了防止水位过低时，水泵空载运行使水泵损坏。本电路由自己焊接完成。

2.3 电源模块

本模块使用3节锂电池提供稳定的12V电源，先将12V电源接在继电器上为水泵供电，LM2586稳压模块输出+5V电压为单片机等周围器件供电。

2.4 继电器模块

由于水泵工作电压和电流远远高于单片机的工作电压和电流，故在本系统中采用了继电器。继电器在得到单片机发出的信号后，动作接通水泵电源。

2.5 蓝牙模块

蓝牙在智能设备的普及性高、应用广、成本低、产量大、使用方便、点对点。因此通过蓝牙模块传输到手机上可进行实时监控既方便又可靠。

3 软件设计

本设计采用模块化设计，有多种编程语言，比如C语言,汇编语言等，由于C语言可移植性比较强，本系统涉及到多个模块，基于系统设计特点，本系统软件设计采用C语言作为编程语言。

3.1 系统流程图

采用uVision3软件作为编程软件来进行IAP15W4K61S4单片机的编程，利用专用的编程下载器进行下载。本系统包括LCD液晶显示模块，温湿度传感器模块，超声波传感器模块，蓝牙模块等，总体程序流程图如图2所示。

图2 系统流程图

3.2 PID湿度控制

PID控制器的输出M是时间t的函数，可以看做是比例项、积分项、微分项和常数项4部分之和，即：

计算机进行周期性的采样和离散化PID运算，算法为：

3.3 手机APP开发

App Inventor是一款谷歌公司开发的基于云端的手机编程软件。用户使用App Inventor软件自行研发适合手机使用的任意应用程序。用户可以系统设计需求，进行图形化编程，并添加一些服务选项即可。（陈立刚，基于Android客户端GSM短信模块的远程浇花系统：电子设计工程，2016）

4 系统测试

4.1 测试方法与仪器

利用数字万用表、温湿度计、直尺等设备进行上电测试。

4.2 测试结果

序号指标（目标值）实测值1 显示室内温度范围为0-60°，实时显示。 0-60°2 显示土壤湿度范围为0-100%，实时显示。分辨1%误差3%3 显示储水深度范围为0-500mm，实时显示。 5-250mmm 4 在水深小于50mm时，输出水位过低报警。蜂鸣器发声5 在水深大于50mm，且土壤湿度小于35%时，水泵运转开始浇水。成功浇水6水泵运转时间根据PID输出值确定

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/qikandaodu/2020/0727/453.html