基于Arduino控制的智能浇花系统的研制

Vol. 21 No. 5

黄河科技学院学报

JOURNAL OF HUANGHE S&T COLLEGE

2019年9月

Sep. 2019

基于Arduino 控制的智能浇花系统的研制

刘须悦，王豆，沈照远

（黄河科技学院应用技术学院，河南济源459000）

摘要：基于Arduino 开发板，利用YL-69 土壤湿度传感器作为外围电路收集土壤湿度信息，对

土壤的湿度进行监测,通过HC - 06蓝牙模块,可使用Android 手机对系统实现无线控制浇水，智能

方便地管理家中种植的花卉，满足及时浇水的需求。

关键词:Arduino 开发板;智能浇花；土壤湿度传感器；蓝牙模块中图分类号:TP2 文献标识码：8 文章编号：1008 -5424（2019）05 -0085 -03

DOI ：10.19576/j =issn. 1008 - 5424. 2019. 05.021

0引言随着生活水平的不断提高,人们对生活品质有更

多的追求,越来越多的人开始在家里或办公室里种植 一些盆栽。由于生活节奏的加快，经常会忘记给花卉 浇水。花卉的生长需经常浇灌,如果供水不足，花卉 就会因缺水而干枯死亡。有些珍贵植物对湿度的要 求高,浇水量达不到精确值，会影响到植物的正常生 长。本设计是一款经济实用的智能浇花系统,能在无 人管理的情况下自动地、智能地完成浇水的任务。

1总体方案设计

本系统以Arduion 开发板为控制核心，采用YL -69 土壤湿度传感器作为外围电路采集土壤的湿 度数据，对土壤的湿度进行监测，实现自动浇水，也 可通过HC -06蓝牙模块，使用Android 手机对系统 实现无线控制手动浇水，即通过Android 手机端程 序的开关按钮将指令传递到硬件，从而控制硬件端 继电器模块,最终实现无线控制。系统总体设计图 如图1所示。

图1系统总体设计图

2系统硬件设计

系统以Arduion 开发板为核心，共有5个模块: YL-69 土壤湿度传感器模块，HC -06蓝牙模块, A/D 转换器模块，继电器和水泵⑴。工作流程为: 首先通过YL-69 土壤湿度传感器模块检测土壤湿 度，将获取的土壤湿度模拟信号通过A/D 转换器转 化为数字信号，把转换的数字信号传送给Arduion 开发板,Arduion 开发板对获取的数字信号进行分析 和处理。通过Arduion 开发板控制继电器进而控制 水泵抽水实现自动浇水。系统也可使用Android 手 机通过蓝牙向Arduion 开发板发送开关指令，实现 无线控制手动浇水。2.1 Arduino 开发板

本系统采用 Arduoon Uno3 作为开发板， Arduon 是一种开源的低价格AVR 系列单片机，使用类似 Java 、C 语言的开发环境，可以采用US8接口供电以 及外部9V 直流输入供电，并且支持ISP 在线编程技 术，在Arduion 的IDE 集成开发环境内开发使开发 难度大大降低。Arduion 内部具有14路数字I/O 端,1个异步串行口 ,内置10位A/D 转化器，具有6 路模拟DO ,因而用于采集土壤湿度的模拟量十分 方便。开发板的引脚如图2所示。

收稿日期：2019 -03 -25

作者简介：刘须悦（1996 -）,男，河南永城人,本科生，

研究方向为智能控制

(1)复位按键(2)TWI接口(3)数字输入/输出接口

(!2)ATmegal6U2

(13)稳居芯片

(14)DC电源输入接口

OICnAL(PW~)P■

⑻主控单片机

ATmega328

(4)可编程控制的LED灯

阳(5)串口收发指示灯

(6)电源指示灯

(7)ICSP编程接口,

可用于SPI通信

组成，继电器是由铁芯外绕线圈，由一块衔铁和触点

等组成的通过电磁控制的开关⑶。当在线圈两端

添加固定电压时，线圈中通过电流，线圈产生的电流

使得铁芯附加磁力，衔铁被吸引，从而触点结合。当

断电后，线圈电流消失,铁芯失去磁力，衔铁失去铁

芯的磁力后恢复力使得衔铁脱离触点。通过电流的

控制使铁芯上加磁与失磁达到了通路与断路。控制

模块电路连接如图4所示。

(10)电源接口(9)模扱输入接口

图2Arduion Uno3引脚图

2.2土壤湿度传感器模块

本系统的土壤湿度传感器模块采用土壤湿度传感器YL-69。土壤湿度传感器模块由一个土壤探头和放大电路组成,可以输出模拟量和数字量。通过可变电阻的大小与土壤探头获得的输出电压比较来输出数字量。A/D转换器中蓝色的电位器是用于土壤湿度的阀值调节，顺时针调节，湿度越大，逆2.3蓝牙模块

本系统采用HC-06蓝牙模块和手机客户端进行通讯，该模块的4个引脚分别为VCC、GND、TXD 和RXD。预留LED状态输出引脚，单片机可通过该引脚状态判断蓝牙是否已经连接。LED闪烁表示蓝牙断开，常亮表示蓝牙已经连接。接口电平3.3V,可以直接连接各种单片机(51、AVR、PIC、ARM、MSP430等)。空旷地有效距离10m，超过10m也可能传输但必须保证连接质量。配对以后可作为全双工串口使用，无需了解任何蓝牙协议，但仅支持“8位数据位、1位停止位、无奇偶校验”的通信格式，这也是最常用的通信格式、不支持其他格式。未建立蓝牙连接时，支持通过AT指令设置波特率、名称、配对密码，设置参数掉电保存，蓝牙连接以后自动切换到透传模式⑵。

2.4控制模块

控制模块电路由Arduion开发板、继电器、水泵

«信号输入

NC vcc

?水泵

COM GND

NO IN

图4控制模块电路连接图

3系统软件设计

3.1软件设计流程

土壤的湿度每隔设定的时间间隔采集一次数据，根据不同值的大小执行不同的操作，为了使任务有条不紊地进行，各个任务需要按照一定的流程执行。本系统执行图如图5所示。

图5系统执行图

3.2土壤湿度传感器模块

土壤湿度传感器模块的功能是采集土壤的湿度信息,外围电路的控制模块接收的Arduion控制板发送的开关指令，控制水泵的开关。软件的流程图如图6所示

。

刘须悦，等：基于Arduino 控制的智能浇花系统的研制

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图6软件流程图

3.3 Androin 手机客户端软件设计

本系统的手机客户端软件设计采用易语言，易 语言FOR 安卓,简称E4A ,是一个基于谷歌Simple 语言的编程工具，旨在实现通过类似易语言的Basic 语法轻松编写Android 应用程序。E4A 拥有和易语 言一样的可视化开发环境，以及强大的智能语法提 示功能,Switch mode 按钮控制水泵的开关,Dimmer mode 按钮可以控制水泵工作功率的大小，进而控制 浇水量的大小。

4小结

本文以Arduion 开发板为主要控制核心，首先 根据土壤湿度传感器检测到的湿度值和预先设定的 湿度值进行比较，如果湿度值小于设定的湿度下限， 则控制继电器开启水泵，如果湿度高于设定的湿度 上限，则控制继电器关闭水泵。因此,通过上述的操 作过程可以实现基于Arduion 控制的智能浇花系统 的功能。实物图如图7所示。

图7实物图

参考文献:

[1]王哲，王新宇.智能浇花系统的研究与设计

[J ] •信息通信,2018 (12) ：111 -112.

[2 ] 李明亮.Arduion 开发从入门到实战[M ].北

京：清华大学出版社,2018 ：152 - 153.

[3 ]李雨璇，陈刚•基于单片机的物联网智能浇花

系统设计[J ] •计算机时代,2018(6)：32 -34.

DESIGN OF INTELLIGENT FLOWER WATERING SYSTEM

BASED ON ARDUINO CONTROL

LID Xuyue , WANG Dou , SHEN Zhaoyuan

(School of Applied Technology , Huanghe Science & Technology College , Jiyuan Henan 459000 )

Abstract : Based on Arduino developmenC board , the YL - 69 soil moisture sensor is employed as the periph-

eraJ? circuit? tc collect soil moisture information and monitor soil moisture . Through HC - 06 bluetooth module , Android userr aro able to use the wireless control system to water Oowerr , thus taking ccro of tUeis plants in a con ­

venient and anelo manner .

Key Wordt : Arduino Development Board ； Intellioent Flower Watering System % Soil Moisture Sensor % Blue ­

tooth

Module