ARDUINO智能澆灌系統(tǒng)應(yīng)用探究

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1、ARDUINO智能澆灌系統(tǒng)應(yīng)用探究【摘要】本文描述的苗圃智能澆水系統(tǒng)包括土壤溫濕度的檢測與控制和蓄水箱智能上水及水位報警兩大部分。智能澆灌控制器是一款基于Arduino的控制器，用土壤濕度傳感器對土壤濕度進行監(jiān)測，通過溫濕度傳感器對室內(nèi)溫度、濕度進行測量，根據(jù)一定算法控制水泵或電池閥進行澆水，從而達到智能澆灌的目的。擴展功能還增加了串口數(shù)據(jù)監(jiān)聽功能；實現(xiàn)對當(dāng)前控制器串口返回的土壤濕度和室內(nèi)溫度、濕度等參數(shù)的讀取。【關(guān)鍵詞】Arduino；串口數(shù)據(jù)；傳感器；C51程序；數(shù)字電路1、概述隨著社會消費水平和生活質(zhì)量的提高，人們對居家園藝的需求也越來也大，但快節(jié)奏

2、的生活使得種花容易養(yǎng)花難的問題顯現(xiàn)出來，而養(yǎng)花最重要的問題就是澆水問題，研究表明花草80%以上的死亡由于澆水不及時引起，因此使用智能控制器帶來很多便利。本次設(shè)計的苗圃智能澆水系統(tǒng)包括土壤溫濕度的檢測與控制和蓄水箱智能上水及水位報警兩大部分。智能澆灌控制器是一款基于Arduino的控制器，獲取土層濕度數(shù)據(jù)，通過溫濕度傳感器對室內(nèi)溫度、濕度進行測量，根據(jù)一定算法控制水泵或電池閥進行澆水，從而達到智能澆水的目的。擴展功能還增加了串口數(shù)據(jù)監(jiān)聽功能；實現(xiàn)對當(dāng)前控制器串口返回的土壤濕度和室內(nèi)溫度、濕度等參數(shù)的讀取。其讀取時間不定，該軟件會智能監(jiān)測串口數(shù)據(jù)的接收并智能讀

3、取，不會在沒有數(shù)據(jù)的時候隨意讀取，避免了一定的數(shù)據(jù)讀取沖突造成錯誤。土壤溫濕度的檢測與控制部分又包括了土壤溫濕度的檢測和顯示、智能澆水兩部分。LCD顯示屏顯示的數(shù)據(jù)由單片機89C51的輸出提供，AT89C51作為中央處理器處理各種輸入?yún)?shù)，包括：地表以下溫度和濕度，而溫度和濕度的參數(shù)由SHT-11傳感器提供。智能澆水系統(tǒng)有兩種工作模式：自動模式和手動模式。自動模式狀態(tài)時單片機自動處理各種情況，根據(jù)程序設(shè)定進行工作，手動部分是由單片機從時鐘芯片DS1302讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間與澆水的量。蓄水箱智能上水及水位報警采用純硬件電

4、路控制，實現(xiàn)水箱水位實時監(jiān)測、智能上水以及水位上下限報警的功能。2、系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)功能特色簡介(1)選擇性澆水。在每次澆水前，系統(tǒng)會對苗土壤濕度進行檢測，如果超過一定值，就不進行澆水操作，防止過度澆水、浪費水資料。如果低于設(shè)定值但此時光照強度過高不適于澆水，則系統(tǒng)也不會澆水。(2)時間顯示。系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)部裝有一塊DS1302時鐘芯片,可以準(zhǔn)確的顯示時間，用戶可以根據(jù)時間記錄花期。(3)澆水設(shè)置。本系統(tǒng)增加了外設(shè)鍵盤，用戶可根據(jù)花的品種不同而設(shè)定不同的澆水限制。(4)數(shù)據(jù)保存。系統(tǒng)內(nèi)部放置了一塊EEPROM,可對用戶的設(shè)置進行保存，具有掉電保護功能。2.2功

5、能指標(biāo)(1)空氣溫度、空氣濕度和土壤濕度的測量精度分別為：1°C,1%RH,1%RH；(2)LCD顯示溫濕度、土壤濕度、光照強度以及時間和澆水限值；(3)電磁閥開斷靈敏度0.Is；(4)存儲芯片擦寫次數(shù)可達10萬次以上。在本次設(shè)計中采用純硬件控制電路，利用555定時器的定時與驅(qū)動功能制作一個性能可靠、成本低的蓄水箱智能供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為模擬檢測和邏輯判斷兩大塊。模擬檢測實際上測量的是B、C、D、E四個探頭相對于A點(即地)電位的到底，在水箱里的四個探頭B、C、D、E各點和A點之間實際上就相當(dāng)于一個可變的電阻［3］。當(dāng)電阻值發(fā)生變化時，各點的位值不同，

6、再通過邏輯判斷及可以得到不同的輸出，以達到操作控制不同的動作［4］。3、系統(tǒng)實現(xiàn)2.1溫濕度采集模塊溫濕度采集部分使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，DIIT-11可通過I2C總線直接輸出數(shù)字量濕度值，從其相對濕度輸出特性曲線中可以看出，DHT11的輸出特性呈一定的非線性，為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，可按式(3-1)修正濕度值：式中，SORH表示傳感器相對濕度測量值，系數(shù)取值分別如下：12位時：cl=-4,c2=0.0405,c3=-2.8X10-6；8位時:cl=-4,c2=0.648,c3=-7.2X10-4。溫度值輸出DHT-11溫度傳感器

7、的線性非常好，實際溫度值T可用公式(3-2)將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換而來：式中，SOT表示傳感器溫度測量值。當(dāng)電源電壓為5V,溫度傳感器的分辨率為14位時，dl=-40,d2=0.01；當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時，dl=-40,d2=0.04o3.2±壤濕度采集模塊土壤數(shù)據(jù)采集模塊采用ArduinoMoistureSensor土壤濕度傳感器，這個水分傳感器可用于檢測土壤的水分，當(dāng)土壤缺水時，傳感器輸出值將減小，反之將增大，使用AD轉(zhuǎn)換器讀取它的值。然后傳送給單片機，單片機根據(jù)數(shù)值大小來判斷是否該澆水。AD采用了TLC2543,它是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換

8、器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。［3］由于是串行輸