基于單片機控制的智能澆花裝置的研究

劉陸軍 費秋仙 王順利 陳 林/上海電機學院

基于單片機控制的智能澆花裝置的研究

劉陸軍 費秋仙 王順利 陳 林/上海電機學院

針對目前澆花裝置在實際應用中存在的問題，設計研究了一種體積小、結構簡單、使用方便的智能澆花裝置。該裝置包括檢測系統、顯示系統、動力系統和控制系統，實現了對花卉土壤濕度的檢測、數據顯示以及土壤濕度的自動調節。通過土壤中的土壤濕度傳感器對土壤的濕度進行實時監測并將數據傳給單片機控制器，顯示在顯示屏上，同時單片機對土壤濕度傳感器傳來的數據進行分析，如果土壤濕度低于設定的范圍，則單片機控制水泵的開關打開，對花卉進行供水，從而時刻調節土壤的濕度，保證花卉生長的最佳土壤濕度。通過實驗研究發現，本裝置能夠很好的調節土壤的濕度，保證花卉的正常生長。

智能澆灌；濕度檢測 ；濕度顯示； 濕度調節

1.引言

隨著人們生活水平的提高，花卉逐漸受到人們的青睞，陶冶情操，凈化空氣。但是對花卉的管理也產生了一系列的問題[1]，如，不清楚何時應該給花卉澆水導致花卉生長不佳，一旦主人外出或無法顧及，這些植物就可能面臨生存問題，生活中經常會遇到因無人照看澆水而導致植物枯死。目前市場上的澆花裝置主要是針對大棚里面的大批量花卉的，體積比較大，結構也比價發雜，也有針對單株花卉的澆花裝置[2]，但是結構都比較復雜，且體積較大。因此就急需一種結構簡單，體積小，操作簡單的澆花裝置來解決家庭花卉澆水的問題，本文在前人研究的基礎上對家庭花卉澆水的問題進行研究，結合家庭花卉的具體情況，從裝置的體積、裝置的取水方式、供水方式、控制方式等進行試驗研究。

2.澆花系統結構

基于單片機控制的智能澆花裝置由花盆、水箱、控制面板、顯示屏、動力系統、導管以及濕度傳感器組成，控制面板包括一單片機，濕度傳感器設置于花盆的土壤中，連接控制面板，控制面板連接動力系統，水箱設置于花盆的下側，花盆坐落在水箱里面，動力系統通過導管連接于所述花盆的土壤。水箱與花盆之間儲存水，水箱的上方與花盆接觸的地方開有注水孔?？刂泼姘逶O置于水箱的側面，控制面板上設置有按鈕。動力系統由離心泵、連接導管、連接套、導線導管和電源組成，離心泵置于所述水箱底部，離心泵控制端通過導線導管和控制面板連接，其出水口通過連接導管、連接套連接至導管，電源和控制面板連接。

圖1、整體結構示意圖

圖2、半剖剖開視圖

圖3、動力系統圖

3.工作原理

智能澆灌裝置的濕度傳感器設置于花盆的土壤中，用于測量花盆中土壤的濕度，其輸出連接至控制面板；控制面板可接收用戶對土壤濕度的設定，并顯示當前土壤的濕度，具體的說，用戶可以根據不同種類花卉對土壤濕度的不同，通過控制面板設置花卉的適宜濕度，控制面板包含一單片機（圖中未示出），單片機連接濕度傳感器和動力系統，濕度傳感器把其測量的信號（模擬信號）傳給單片機，該單片機對濕度傳感器傳過來的信號進行處理分析（如模數轉換），并將當前土壤的濕度與用戶的設定值進行比較，當土壤的濕度小于一定的值，單片機控制動力系統的離心泵打開，從而通過離心泵把水箱底部的水抽出并通過導管輸送到花盆里面，給花盆里面的花澆水，而當土壤的濕度大于用戶設定值時，單片機控制動力系統的離心泵關閉，從而停止對花盆花卉的澆灌。

圖4、控制系統圖

花盆設置于水箱的上部，其上部外沿向外延伸至水箱的上部內沿，和花盆主體一起相當于水箱的蓋子；水箱在花盆的下側，花盆坐落在水箱里面，水箱和花盆之間儲存水，花盆之外沿位于（水箱的上方）開有注水孔，當水箱里面的水用完的時候，通過注水孔向水箱里面注水；控制面板放在水箱的側面，控制面板上有按鈕和顯示設備，用戶可以通過控制面板調節花卉最適宜的濕度。

動力系統設置在水箱的底部，并通過導管與花盆的土壤相連。動力系統由離心泵、連接導管、連接套、導線導管和電源組成，離心泵置于水箱底部，其控制端通過導線導管和控制面板連接，當花盆中土壤的濕度低于用戶設定的值的時候，控制面板3會控制打開離心泵，使離心泵工作，離心泵通過導管把水輸入到花盆中。

4．受力分析

通過使用UG軟件中的有限元分析模塊對裝置的結構受力情況進行分析，假設花和泥土的重量為2kg，重力加速度我們取g=10，那么花卉和泥土的重力約為20N，把裝置的底部固定。然后在放置花卉的泥土的盆子的地面施加一個均布力，均布力的大小為20N。對裝置進行網格劃分并進行求解，結果如圖5、圖6所示，根據圖5的結果可知，裝置的最大變形量為0.0344mm，根據圖6的結果可知，裝置受到的最大應力為0.0938N/mm^2(MPa)，滿足使用要求。

圖5、位移-節點、幅值圖

圖6、應力-單元、Von Mises圖

[1]張兆朋. 基于AT89S52的家庭智能澆花器的設計[J].電子設計工程. 2011(05).39-42.

[2]袁騰,王帥,梅明,姜天華. 基于單片機原理的可定時自動澆花器[J].硅谷. 2012(13).38-39.

劉陸軍:（1993-），男，上海電機學院機械電子工程專業本科生。

費秋仙:（1967-），女，碩士，講師，主要從事機械制圖等課程的教學工作。

王順利:（1991-），男，上海理工大學碩士研究生，研究方向：智能制造技術。

陳林:（1996-），男，上海電機學院機械電子工程專業本科生。