摘要：本文主要介绍一款以单片机为核心，利用土壤湿度传感器将土壤湿度通过lcd1602液晶显示屏显示出来，将湿度值与设定好的土壤适宜的湿度做对比，
来确定浇水的量，使用数字水位传感器来检测机器储水槽水的高度来控制水泵和阀门的开关，并且用ARDUINO MP3音乐播放器给花放音乐，实现对植被进行自动浇水和给植被一个舒适的生长环境的多功能自动浇花机器人。
关键词：单片机，土壤湿度传感器，lcd1602液晶屏，水位传感器自动浇水，ARDUINO MP3音乐播放器，浇灌盆数可控
0 引言
随着科学发展，人民生活水平日益增加，人们的生活压力越来越大，大多数家庭都在家养了绿植，很多时候忙于工作就忘记给家里的植物浇水导致于家中植被干枯死亡。因此，为解决这一问题我们研究了一款便捷，小巧不占地方，可自动检测土壤水分含量且自动对植物进行浇水的机器人。
1 多功能自动浇花机器的设计目的和国内外发展现状
1.1多功能自动浇花机器的设计目的
①为方便在我们没有时间顾及植物的情况下，自动给植物补充水分，通过精确检测土壤湿度数值显示在液晶显示屏上，读取显示屏数值与我们在网上查阅的相关植物存活需要土壤湿度数值做比较，数值若低于标准值，点亮红灯，与此同时机器通过细管给土壤加水，当数值达到标准值范围或以上时，点亮绿灯，机器自动关闭阀门，停止浇水，这样就能准确无误并且快速给花浇水。
②使用细管插入土中的方式进行浇水，机器水槽上方直接连接家里的洗菜或洗水果槽的出水口，并设置开关阀，这样就可以把机器做的较小，放在阳台上不占空间，也可以悬挂放置，水槽的进水口直接连家里的洗菜出水口，可以一水多用，还能节约水资源。
1.2国内外发展现状
现在市面上有的大多是用于专业养殖植被和作物的养殖场的浇水机器，他们的浇水方式都是微喷系统。微喷系统装有从在空气中通过在特定速度利用低压管道系统喷洒一种特殊的喷嘴，目前新的灌溉设施大多是小规模的分布式组件，它们分布在作物周围的，可以达到及时补充水的目的。在小灌溉特性的影响下，它适合于种植密度，软植物[1]。早在数年前，自动浇花装置已经从国外引进，进口的自动浇花装置与国内自动浇花装置相比较为昂贵。进口的价格虽然昂贵，但质量可靠。不过这在中国并不是很畅销，市面上比较普遍见到的是手动浇花器，一般是塑料材质，价格便宜。之后陆续出现用玻璃制作的自动浇花器。大多是江浙一带加工生产的，价格虽然低廉但没有智能电子类自动浇花系统好用，而且玻璃制品重还容易破碎。
2 多功能自动浇花机器人的硬件结构设计
2.1 控制装置
主要用ARDUINO UNO单片机来做控制板。选用YL-69土壤湿度传感器模块，LCD1602液晶显示屏，三色LED模块，开关，数字水位状态显示器，阀门和气泵与单片机等来搭建电路。
2.1.1土壤湿度检测装置
YL-69土壤湿度传感器模块是四线制模块，有A0和D0输出口，是一款电阻型土壤湿度传感器，由YL-69湿度传感器和4线制电路模块组成。
电路模块中，LM393是电压比较器，通过电位器可以调节土壤湿度的设定值，这相当于一个阀门，当土壤水分较少，湿度低于设定值时，电阻很大，通过电压比较器土壤探头接口D0端就会输出高电平，模块指示灯亮，反之D0端输出低电平，模块指示灯熄灭，A0端输出的是模拟电压信号。
若将传感器放在干燥的沙子中，通过串口显示，A0口的模拟数值将达到1024左右，增加水分后数值逐渐减小，如果将传感器放置在水中，模拟数值逐渐达到最小的240左右，由此可看出，随着水分的增加，数值不断减小，通过数值的大小就可知道土壤含水量的多少。
2.1.2 水深检测，水位动态调整系统
Water Sensor水位传感器是一款简单易用、性价比较高的水位/水滴识别检测传感器，其是通过具有一系列的暴露的平行导线线迹测量其水滴/水量大小从而判断水位。轻松完成水量到模拟信号的转换，输出的模拟值可以直接被ARDUINO开发板读取，达到水位报警的功效。简易液位传感器，利用电阻变化测量液位高度，液位越高传感器与水面接触面积越大输出电压越高，反之减小，将传感器固定在要检测的水面，通过AD转换电压信号，即可检测液位高度。
2.2水槽进出水装置及浇水装置
机器内部设置蓄水槽，水位传感器检测到水位值可通过显示屏看到，当水位过低时单片机接收到反馈后控制进水的阀门。用蓄电器控制水泵，通过ARDUINO控制可实现定时抽水向土壤中浇水的功能，接线方式是0ARDUINO主板的5V、继电器VCC、继电器公共端接在一起,ARDUINO主板的GND、继电器GND、水泵白色线接在一起水泵红色线接继电器常闭端。
水槽上方打一个孔做进水口，上方得口连接水管到家里的洗菜池排水的地方和水龙头，在主人不洗菜的时候也可以注水，在入口处设置开关阀门，及时控制水量，不仅对水进行了反复利用，还实现对水槽的补给，保证机器正常工作。水槽下方打多个孔，并在每个口设置开关，当用户只养一盆花或者家中只有一盆花缺水需要浇水的话，只需打开一个阀门，其他孔的开关关闭，这就可实现机器对大众的实用性，使用起来更便捷。
2.3音乐播放装置
此装置为附加在机器上方的播放器可拆卸，如果用户觉得音乐吵闹或者不需要，可以拆下来做室内音响，还可以对花周围的环境温湿度进行检测并播报。因此此装置需要另一个单片机来进行控制，不受机器人内部的主单片机控制。使用ARDUINO MP3音乐播放装置需要用到一些配件，其中有：不限款型的ARDUINO板子，基于芯片VS1XXX的MP3模块，SD模块，LCD字符屏，小扩音器，扬声器。通过各个引脚的连接把模块连起来，由于MP3模块和SD卡模块都是3.3V，所以必须在ARDUINO中添加低于5V的电平。
3 装置的控制程序
系统的控制程序包括土壤湿度传感器，水位检测传感器和音乐播放装置。
机器人本身必备功能是检测土壤湿度，将数值反馈给单片机，单片机给注水阀发送指令对花进行滴灌，程序框图如图1。水位传感器是检测机器水槽里是非还有水，当水槽里的水较小时发送数据给单片机，再控制进水阀开关，程序框图如图：
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4 总结
本次研发的机器人，不仅能对花进行自动滴灌，保证在无人看管情况下花不会干枯，此外还在机器人头上安装播放器，此播放器可以给花播放优美的音乐，让花有一个舒适的环境进行生长，播放器还可以根主人发出的命令播报当前环境的温湿度，还可根据命令进行自由换歌，暂停，调音量等操作。体现该机器多功能性，一机多用。浇花的水是接主人家里的洗菜和洗水果过滤后的水，可以一水多用，环保节约。
参考文献：
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[2] 白晓乾，肖伟伟，张金萍，马国栋.自动浇花及雨水收集装置.沈阳化工大机械工程学院，2017.04.52。
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[5] 郭天祥，新概念 51单片机C语言教程，北京:电子工业出版社，2009。
[6] 汪晓晨.基于 AT89S52 自动浇花系统的设计[J].电子制作， 2015。
[7] 杨烜韬.基于STM32语音播报器设计.电子技术与软件工程，2020.01.05