一、系统总体设计

本智能浇花控制系统以单片机为核心控制单元，聚焦家庭盆栽、阳台花园等场景的花卉灌溉需求，构建 “土壤湿度检测 - 浇水逻辑判断 - 自动执行灌溉 - 状态反馈” 的一体化工作体系，实现根据土壤干湿程度自动启停浇水，同时支持手动模式切换与浇水时长自定义，兼顾花卉生长需水规律与用户操作便捷性，避免浇水过多导致烂根或浇水不足影响生长。
系统由四大核心模块组成：土壤湿度检测模块采集花盆土壤湿度信号，为浇水决策提供依据；单片机主控模块接收湿度数据，与预设阈值对比后输出控制指令；执行灌溉模块根据指令驱动水泵抽水灌溉；用户交互模块支持模式切换、阈值设置及浇水状态查看。设计遵循低功耗、高稳定性原则，选用耐潮湿、抗腐蚀的元器件，土壤湿度检测范围 10%-90% RH，浇水时长调节范围 1-30 秒（适配不同花盆大小），水泵扬程≥1 米（满足阳台多层摆放需求），同时具备缺水保护功能，防止水泵空转损坏，适配多肉、绿萝、月季等常见花卉的灌溉需求。

二、硬件模块设计

硬件模块选型与电路设计围绕湿度检测精度、灌溉执行稳定性及潮湿环境适应性展开，各模块连接注重信号可靠性与用电安全。主控模块选用 STC89C52RC 单片机，具备 8K 字节 Flash 存储器、512 字节 RAM，能存储灌溉程序与运行参数，内部定时器可满足周期性湿度检测需求，核心工作电压 5V，通过 USB 接口（适配室内供电）或锂电池（适配户外场景）供电，同时设计过流保护电路，防止水泵启动电流过大损坏元件。
土壤湿度检测模块采用 YL-69 电阻式土壤湿度传感器，通过 P1.0 引脚连接单片机，传感器探针插入土壤后，阻值随土壤湿度升高而减小，输出 0-5V 模拟电压信号（湿度 10% RH 对应 5V，90% RH 对应 1V），为避免探针氧化，表面镀镍处理，延长使用寿命。执行灌溉模块由继电器（JQC-3FF 型）与微型潜水泵组成：继电器通过 P2.0 引脚连接单片机，触点电流≥5A，满足水泵工作电流需求；潜水泵（12V 直流）连接继电器输出端，搭配硅胶水管（内径 6mm），抽水流量 1.2L/min，可精准控制单次浇水量；同时在水泵进水端加装滤网，防止杂质堵塞。用户交互模块包含 3 个轻触按键（P3.0-P3.2 引脚）与 1602 液晶显示屏（P0 口数据、P2.1-P2.2 引脚控制）：按键分别对应 “自动 / 手动切换”“湿度阈值 +/-”“手动浇水”，手动模式下按 “手动浇水” 键启动水泵，松开即停；显示屏实时显示 “模式：自动”“土壤湿度：45% RH”“阈值：30% RH” 等信息，便于用户直观掌握土壤状态。此外，增设水位检测模块（红外对管传感器，连接 P1.1 引脚），安装于水箱内，检测到水箱缺水时立即切断水泵电源，触发缺水报警。

三、软件模块设计

软件设计基于 C 语言编程，采用模块化开发思路，分为土壤湿度采集与处理、灌溉逻辑控制、用户交互、故障保护四大程序模块，通过定时器中断实现周期性检测与灌溉控制，确保浇水精准、响应及时。
土壤湿度采集与处理程序是核心，通过定时器设定 30 分钟采样周期（可自定义调整），读取 YL-69 传感器输出的模拟电压信号，经 ADC0832 模数转换芯片转换为数字信号后，采用滑动平均算法对连续 5 次采样数据滤波，去除土壤颗粒不均匀导致的信号波动；将滤波后的数据映射为实际湿度值（如数字信号 0x80 对应 50% RH），并与预设湿度阈值对比（默认下限阈值 30% RH：土壤干旱需浇水，上限阈值 70% RH：土壤湿润停止浇水）。灌溉逻辑控制程序在自动模式下，若检测到土壤湿度低于下限阈值，立即控制继电器吸合启动水泵，同时开始计时，根据花盆大小预设浇水时长（如小型花盆 5 秒、中型花盆 10 秒、大型花盆 20 秒），达到时长后断开继电器停止浇水；若浇水后湿度仍低于阈值，间隔 5 分钟再次浇水，避免单次浇水不足。用户交互程序扫描按键指令，自动模式下可通过 “阈值 +/-” 键调整湿度阈值（步长 5% RH），手动模式下按 “手动浇水” 键直接启动水泵，松开后停止，同时显示屏实时更新湿度数据与工作模式；系统断电后重启，自动恢复上次设定的阈值与模式，无需重新设置。故障保护程序实时监测水位传感器信号，水箱缺水时触发蜂鸣器（P3.3 引脚）报警，同时禁止水泵启动；若水泵连续工作 30 秒（超出最大浇水时长），判定为异常，立即切断电源并报警，防止设备损坏。

四、系统测试与验证

为确保智能浇花控制系统的性能满足设计要求，测试分为实验室模拟测试与实地花卉测试，重点验证湿度检测精度、灌溉逻辑准确性及故障保护有效性，覆盖不同花卉与花盆场景。
实验室模拟测试搭建土壤湿度调节平台，通过向干燥土壤逐步加水，记录系统检测湿度与实际湿度（标准湿度计测量）的偏差。结果显示：土壤湿度 10%-90% RH 范围内，检测偏差≤±3% RH，精度达标；设定下限阈值 30% RH，当湿度降至 28% RH 时，系统 1 秒内启动水泵，浇水 10 秒后湿度升至 55% RH，自动停止浇水，灌溉逻辑准确。实地花卉测试选取多肉（耐旱，阈值设为 20% RH）、绿萝（喜湿，阈值设为 40% RH）两种花卉，分别使用小型（直径 15cm）与中型（直径 25cm）花盆：多肉土壤湿度降至 18% RH 时，系统启动水泵浇水 5 秒，湿度回升至 35% RH，符合耐旱需求；绿萝土壤湿度降至 38% RH 时，浇水 15 秒后湿度达 65% RH，满足喜湿特性。故障测试模拟水箱缺水，系统立即报警并禁止水泵启动；模拟水泵卡滞（强制保持工作），30 秒后自动断电报警，故障保护功能有效。连续运行 15 天，系统每日按设定逻辑自动灌溉，花卉生长状态良好，无烂根或干旱现象，稳定性达标。综合测试表明，系统检测精准、灌溉合理、安全可靠，符合设计预期。

五、结语

基于单片机的智能浇花控制系统，通过土壤湿度自动检测与精准灌溉控制，实现了花卉灌溉的智能化、自动化，系统具备成本低、安装简便、兼容性强的优势，可直接适配家庭盆栽、阳台花园等场景，无需专业园艺知识即可保障花卉健康生长，尤其适合经常出差、无暇照料花卉的用户。
设计中，YL-69 传感器与滑动平均算法的结合保障了湿度检测精度，模块化灌溉逻辑适配不同花卉需水特性；软硬件模块化设计便于后续功能扩展，如添加蓝牙模块实现手机 APP 远程查看湿度、控制浇水，或接入多个湿度传感器，实现多盆花卉独立灌溉；还可优化灌溉逻辑，结合温湿度传感器，根据环境温湿度动态调整浇水频率（高温时增加浇水次数），进一步贴合花卉生长规律。但系统仍有改进空间，例如当前仅支持单一灌溉模式，未来可扩展滴灌、喷灌两种执行方式（适配不同花卉叶片耐水特性）；此外，可优化电源模块，采用太阳能供电，适配户外花园场景。后续将针对这些不足迭代优化，推动系统向更智能、更多场景适配的方向发展。

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