研发设计I RESEARCH DESIGN
STC12C5A60S2控制的太阳能智能浇灌系统设计 芮新花'季文睿'赵珏斐2张红平彳张烬
（1.南京工程学院电力工程学院，江苏南京211167； 2.国网南京供电公司，江苏南京210013： 3.国网浙江桐庐县供电有限公司，浙江桐庐311500： 4.南京三新供电服务有限公司澡水分公司，江苏南京210013） 摘要：文章以STC12C5A60S2型单片机为太阳能智能控制核心，设计了一种新型的太阳能浇灌系统。整个系统主要由STC12C5A60S2单片机、太阳能电池板、湿度传感器、控制继电器、水泵、控制键盘、液晶显示屏等部分组成。该系统有太阳能供电模块和交流220V供电模块，自动进行模块切换。该系统采集土壤湿度，通过单片机控制电机和水泵的启动，实现自动智能化浇灌，尤适用于家庭种植花卉树木和户外绿化植物。 关键词:STC12C5A60S2型单片机：太阳能供电：智能浇灌文献标识码:A中图分类号:TK5
文章编号：2096-4137(2020)24-58-03DOI：10.ki.10-1507/n.2020.24.24
Design of solar intelligent irrigation system under control of STC12C5A60S2
RUI Xinhua',JI Wenrui',ZHAO Juefei2,ZHANG Hongping3,ZHANG Ye4
(1.School of Electric Power Engineering,Nanjing Institute of Technology,Nanjing211167,China;2.State Grid Nanjing Power Supply Company, Nanjing210013,China;3.State Grid Zhejiang Tonglu Power Supply Co.,Ltd.,Tonglu311500,China;4.Lishui Branch of Nanjing Sanxin Power
Supply Service Co.,Ltd.,Nanjing210013,China)
Abstract:This article design a new solar irrigation system,which STC12C5A60S2single-chip microcomputer is used as the intelligent control core.The system can automatically adjust and control the irrigation water quantity and irrigation mode according to the change of soil moisture,and has the display control function.The whole system consists of STC12C5A60S2single-chip microcomputer,solar panel,humidity sensor,control relay,water pump,control keyboard,liquid crystal display and other parts.The system has solar power module and AC220V power supply module,which can be switched intelligently.The system can collect the data of soil moisture and control the start of motor and water pump by single-chip microcomputer to realize intelligent irrigation,which is greatly suitable for the family plants and outdoor greening plants.
Keywords:STC12C5A60S2single-chip microcomputer;solar power supply;intelligent watering
0引言
随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，人们越来越追求高品质的业余生活，越来越多的家庭喜欢种植花卉、树木等绿植物。家庭花卉树木的浇灌主要靠人工来实现，但人们往往忙于工作而忘记定期、定量地为花卉树木浇水，或者旅游、出差时家中无人管理而导
致花卉树木枯死。目前己有的浇灌系统大多不
具备自动浇灌功能，浇灌水量不能依据植物生
长所需实时调节，不利于花卉树木的成长。可
定期自动开关的间歇式微型自动浇灌控制系统
应用较多，但STC12C5A60S2智能控制的太阳
能浇灌系统应用却较少。因此，本文提出一种
STC12C5A60S2太阳能智能浇灌系统的设计方
案。该设计方案可根据土壤湿度的变化，实现
自动调节花卉树木水分的补给，从而达到智能
浇灌花卉树木的目的。
1总体设计
太阳能智能浇灌系统包括：智能控制系统
（基于STC12C5A60S2型单片机）、太阳能供电模块、交流220V供电模块、土壤湿度传感器、自动浇灌模块、显示器及外接键盘等。
1.1系统组成
太阳能智能浇灌系统如图1所示。
智能控制系统以STCI2C5A60S2型单片机为核心，由图1太阳能智能浇灌系统示意图
58♦中国高新科技2020年第24
期
RESEARCH DESIGN|研发设计
湿度传感器釆集土壤湿度信号，经过数模转
换器A/D转换，并对自动浇灌模块进行智能
控制。这种系统的浇灌采取滴灌和叶面喷水
2种方式，之所以釆取这2种浇灌方式是为了
满足部分植物只需叶面喷水的需求，达到节
水的目的。该系统电源釆取交流220V供电和
太阳能供电2种，且可进行智能切换，以避
免因连续阴天而导致太阳能供电不足，导致
无法启动浇灌系统的现象，从而达到长期连
续浇灌的目的。
1.2系统工作原理
该系统的工作原理主要包括电源供给和
自动浇灌控制2个方面。
1.2.1电源供给
太阳能面板将光能转换成电能，然后经
充电单元储存到蓄电池中，蓄电池将电能供
给智能控制系统和自动浇灌模块。若阳光不
充足，太阳能供电模块将无法支持智能控制
系统和自动浇灌模块工作，则自动切换到交
流220V供电模块，由交流220V经整流变压
器向智能控制系统和自动浇灌模块供电。
1.2.2自动浇灌控制
由土壤湿度传感器将检测的土壤湿度转
换成电信号，再经过数模转换器A/D转换为
数字信号，传输给智能控制系统，并与设定
的控制数据进行比较。若满足浇灌条件，则输出控制信号就会控制继电器的开关，启动水泵，进而选择滴灌或者叶面喷洒的方式进行浇灌。
2硬件设计
2.1供电模块
该系统的供电模块包括两部分：太阳能供电模块和交流220V供电模块。
太阳能供电模块选用的是5V/10W的双板太阳能电池板，可适应上午和下午太阳光照的不同角度，可以最大限度釆集太阳光。充电模块选用的是带充电保护TP4056型的恒定电流/电压线性充电器，将电压和电流稳定输入给蓄电池，蓄电池选用聚合物锂电池104050，其额定容量为2400mA。若充满电可以支持自动浇灌模块运行4d。
当太阳光照不足以支持太阳能供电模块供电的时候，自动切换到交流220V供电模块，交流220V供电模块经过整流变压器对自动浇灌模块进行供电。太阳能供电模块与交流
图3土壤湿度传感器的原理示意图
220V供电模块的自动切换原理如图2所示。
当蓄电池电量充足的时候，控制器自动启动输出，继电器KI、K2得电，其常开接点K1和K2的1、2闭合，此时太阳能供电模块为自动浇灌模块供电。当蓄电池没电或者电量不足时，控制器无输出，继电器KI、K2失电，常开接点K1返回，并切断太阳能供电回路，K2的1、2接点断开, 1、3接点闭合，并接通交流220V供电模块，此时通过交流220V供电模块为自动浇灌模块供电。
2.2智能控制系统
智能控制系统釆用STC12C5A60S2型单片机为核心。这种单片机是由STC公司生产的STC12系列单片机，运行速度比经典的8051快，指令代码互换性也好，性能更加稳定，抗干扰能力更强，是许多小系统应用的首选。
该系统选用的STC12C5A60S2型单片机是一个片上系统，含有数据釆集和控制所需的所有单元模块。其中该单片机中包含中央处理器单元（CPU）、数据存储器、程序存储
2020年第24期•中国窩新科技
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晰发设计I RESEARCH DI
器、计数器、定时器、1/0接11、UART 串11、SPI 接11、 高速A/D 转换、看门狗、PCA 及片内R/C 振荡器和外部晶 体振荡电路等模块。
2.3 土壤湿度传感器
该系统所采用的SHT11型湿度传感器，带有耐压和耐 损的金属防护罩，对传感器提供了较好的保护，不影响其检
测效果。SHTI1型也是IIC 总线接口的单片全校准数字式相
对湿度和温度的传感器，可以同时实现对土壤湿度、温度的
测量，可以直接输出温度和湿度的数字信号给相应的微控制 器，传输给单片机。
土壤湿度传感器是通过土壤中水分含量的多少来判断土
壤的湿度大小，土壤湿度传感器的原理如图3所示。当土壤
湿度传感器的探针未插入土壤中时，其中的三极管基极基本 处于开路状态，三极管截止，输出为0；当探针插入土壤中
时，由于土壤的电阻大小会随着土壤中的水分含量的变化而
变化，三极管的基极产生了变化的导通电流，三极管集电极 到发射极的导通电流受到基极控制，经过发射极的下拉电阻
后转换成大小不同的电压。
2.4显示屏及外接键盘
该系统选用的显示屏采用液晶1602模块，用于显示本
装置工作状态。1602是一款字符型液晶显示模块，其内部 存储了 160个点阵字符，可以同时显示16X2共32个字符，
包括大小写英文、数字、常用符号等。外接键盘用于输入湿 度设定值以及本系统的控制命令。
3软件设计
太阳能智能浇灌系统釆用C 语言软件模块化设计的方 法。该系统软件的总体设计，主要是将STC12C5A60S2型
单片机作为太阳能智能系统模块的核心部件，根据土壤湿度
主程序流程如图4所示。
番电池电嚴充足
（环境变量）
数据传输）
继电器动作 启动水泵
切検交涼220V ）〔系统返回）
检测模块SHT11提供的湿度数据大小进行判断，并且控制 相应的继电器开关，从而进行自动智能浇灌。该系统软件的
该系统初始化后
将对土壤湿度进行数
据采集处理，与预先 设定的控制值大小进
行比较。当土壤湿度 过低而且蓄电池电量
充足的时候，就通过
相关继电器去打开水
泵进行浇灌；当蓄电
池电量不足时，就自
动切换至交流220V 进
行浇灌；当土壤湿度
过高时，就关闭其水
泵。通过上面的控制
方法，能够依据土壤湿度控制浇灌水量，使得土壤处于最佳
的湿度状态，有利于花卉树木的生长。
4结语
太阳能智能浇灌系统采用STC12C5A60S2型单片机为
智能控制系统的核心部件，工作稳定，硬件电路简单，器件
成本低，抗干扰能力也强，性价比高。经过多次的实验和调试，
该系统基本能满足预期的功能和要求，可通过程序控制和事
先设定的土壤湿度参数进行比较，选择合适的浇灌方案，对
花卉树木实行智能滴灌或叶面喷水，来保证花卉树木的健康
生长，尤其适用于户外绿化植物和家庭栽培花木的自动浇灌。
基金项目：2020年南京工程学院电力工程学院本科生科技 创新项目（项目序号:TB202004054）。
图4主程序流程示意图
作者简介：芮新花（1970-），女，江苏南京人，南京工程
学院高级实验师，研究方向：电力系统自动化及继电保护' 智能变 电站、电力系统故障分析、二次回路。
参考文献
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绵阳师范学院学报,2012, 31 （11） : 27-31.
[2] 邓健志.一种盆栽浇灌装置：201020556602.2[P].2011 - 04-25.
[3] 邓健志，程小辉.智能盆栽浇灌装置的设计[J].农机
化研究,2012 （5） : 143-146.
（责任编辑：孙兰兰）
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