盆花自动浇水系统的设计
文章介绍了一种基于AT89S51单片机的便捷、高可靠性的盆花自动浇水系统的设计方法。

本设计采用HM1500湿度传感器检测花盆的土壤湿度，单片机根据土壤湿度判断是否需要进行浇水，如需要浇水，单片机控制继电器继而控制电磁阀实现浇水。

此外，为保证供水水箱
1 系统的总体设计方案
盆花自动浇水系统主要由七个部分组成，分别是单片机控制模块、湿度检测模块、浇水模块、水箱液位控制模块、显示模块、按键模块和电源电路模块。

HM1500湿度检测模块检测盆花土壤的湿度，输出的电压信号经过AD转换成数字量送入单片机。

单片机每隔10分钟采集一次湿度信号，当所检测到的湿度信号低于设定值时，根据所测得的相对湿度计算出所需浇灌的水量，具体是由单片机控制继电器的接通从而控制电磁阀开通的时间来实现的。

浇水模块主要是由继电器和电磁阀组成。

水箱液位控制模块由投入式液位变送器、继电器、电磁阀组成，液位变送器将供水水箱的液位转换0～5V的电压信号，再经过AD转换电路转换成数字量送入单片机，显示模块用于土壤实时相对湿度信号的显示以及调节相对湿度设定值和水箱液位范围的显示。

按键模块用于单片机的开关、复位以及调节相对湿度设定值和调节水箱液位范围。

电源电路模块用于整个自动浇水装置的供电。

如图1所示。

2 系统硬件电路的设计
2.1湿度检测模块
湿度检测模块采用HM1500湿度传感器检测花盆的土壤湿度。

HM1500湿度传感器在5V直流供电下，土壤的相对湿度0～100%RH对应于输出1～4V的电压信号，湿度传感器测量出的电压信号传送给ADC0809进行AD转换成数字信号，由单片机计算出实际的湿度大小并进行判断是否需要浇水并计算出所需浇水的时间，通常希望保持盆花土壤的相对湿度在60%左右。

2.2 浇水模块
浇水模块主要由继电器和电磁阀组成，由AT89S51单片机控制继电器的开关继而控制电磁阀的通断。

由于所采用的电磁阀需要24V直流供电，故采用了220V交流转24V直流的开关电源。

将继电器与开关电源及电磁阀相串联即可实现用继电器的通断控制电磁阀的开关。

由于单片机IO口的驱动电流不够，不能够直接驱动继电器，于是在单片机与继电器之间加入一个ULN2003芯片，ULN2003芯片最大驱动电压为50V，驱动电流为500mA，输入电压为5V，它由达林顿管组成驱动电路，能与TTL和CMOS电路直接相连。

2.3 水箱液位控制模块
水箱液位控制模块主要由水箱液位检测电路组成，所采用的是星仪CYW11投入式静压液位变送器，它可以将0～1m的水位转换成0～5V的电压信号。

由于该液位变送器采用三线制的形式（即三根引线分别为电源线、地线和信号输出线），供电电压为24V，与电磁阀的供电电压相同，故液位变送器与电磁阀采用同一个220V交流转24V直流的开关电源进行供电。

液位检测电路的形式与湿度检测模块形式完全一样。

为控制供水水箱的水位在一定的范围内，如60%～80%，液位变送器检测水箱的水位并输出0～5V的电压信号，经过AD转换后送入单片机，当水箱水位低于60%时，单片机控制继电器继而控制电磁阀给水箱加水，当液位高于80%的时候，停止加水。

浇水模块的控制电路与水箱加水模块的控制电路在形式上一样。

2.4 湿度显示模块
湿度显示模块的主要功能是显示盆花土壤的实时濕度，但它与按键模块相结合还有一个重要功能，由于不同的盆栽所要求的土壤相对湿度是不同的，可以利用按键模块进行调节土壤湿度的限值，而显示模块则用于调节过程中的显示。

此外，根据实际所采用的供水水箱的高度，也利用按键模块进行水位范围的设定，显示模块同样起调节过程中的显示作用。

3 软件程序设计
由于C语言具有简单易学，执行效率高等特点，本程序采用C语言编写。

盆花湿度限值以及水箱液位范围的设定采用中断程序实现，未在程序流程图中展示。

盆花自动浇水系统的程序流程图如图2所示，整个软件在结构上包括主程序、键盘扫描程序、数据采集程序、显示程序及输出控制程序等组成。

参考文献
[1]楼然苗.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.
[2]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[3]晗晓，袁慧梅.单片机系统的印制板设计与抗干扰技术[J].电子工艺技术，2004.
[4]谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2006.
[5]张志勇.现代传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2014
[6]何道清，张禾，谌海云.传感器与传感器技术（第三版）[M].北京：科学出版社，2015.。