一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒制造技术

本发明专利技术公开了一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒，该控制盒主要以STC15系列单片机或带WIFI的单片机ESP‑12为内部处理控制，还包括泥土湿度检测电路、蠕动泵驱动电路、3位LED数码管以及下按键和上按键；进一步的还包括WIFI连接手机或电脑。控制盒插上湿度传感电极及蠕动泵就构成了自动浇水装置。设计了一屏二键的泥土湿度控制操作法，优选了交流激励测泥土电阻的高交流电压读取电路、及ESP‑12带WIFI单片机配NODEMCU的LUA脚本语言编程固件，恰到好处地构成了这一整套经济适用装置，还包括WIFI连接手机或电脑所带来的方便与直观、以及用MQTT物联网轻量级协议实现的远程监控。

An automatic watering control box based on soil moisture and upper and lower threshold setting

The invention discloses an automatic watering control box based on soil humidity and upper and lower thresholds. The control box mainly takes STC15 series single-chip computer or ESP_12 with WIFI as internal processing control, and also includes soil humidity detection circuit, peristaltic pump driving circuit, 3-bit LED digital tube, down key and up key; furthermore, it also includes WIFI connecting mobile phone or computer. A humidity sensor electrode and a peristaltic pump are inserted into the control box to form an automatic watering device. This paper designs a method of controlling soil humidity with one screen and two keys, optimizes the high AC voltage reading circuit for measuring soil resistance by AC excitation, and the LUA script language programming firmware with ESP 12 WIFI MCU and NODEMCU, which constitutes a set of economical and applicable device. It also includes the convenience and intuition brought by WIFI connecting mobile phones or computers, and the lightweight Association of MQTT Internet of Things. The remote monitoring realized by the proposal.

【技术实现步骤摘要】
一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒
本专利技术涉及种植设备领域、自动控制及WIFI物联网领域，尤其涉及一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒。
技术介绍
花盆自动浇水控制装置多见于临时搭建的测控系统或定时定量浇水装置，专业领域则以农业灌溉设备为主。便携、使用简单的家用小巧型泥土湿度监控设备很少见到。虽然最近也有用印刷电路板带芯片的泥土湿度检测插片设计出来，但它易被泥土腐蚀、连线多、成本高、不适合快餐盒或奶茶杯这种小盆密植型未来家庭趣味种植的大量应用。
技术实现思路
本申请以现代单片机、特别是带WIFI的单片机、数码管构建了一套基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒。本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒，该控制盒主要以STC15系列单片机或带WIFI的单片机ESP-12为内部处理控制，还包括泥土湿度检测电路、蠕动泵驱动电路、3位LED数码管、下按键、上按键、两根湿度传感电极碳棒、蠕动泵和开关电源；两根湿度传感电极碳棒分开竖直埋在花盆两侧，经两根湿度传感电极连线及湿度传感电极连线插头连接控制盒中的泥土湿度检测电路；蠕动泵浇水通过蠕动泵浇水管引水到花盆，蠕动泵供电线插头连接蠕动泵驱动电路；控制盒由电源进线插头连接220V供电；控制盒通过3位LED数码管显示当前泥土湿度，当泥土干燥度达到上阈值即启动断续自动浇水，经过不到半小时的泥土湿度检测，停止自动浇水使泥土湿度稳定在下阈值；即定义上下阈值为：种植泥土适合的干湿范围的端点值；所述控制盒中单片机的若干IO口接3位LED数码管及下按键和上按键，单片机的一个IO口输出方波接泥土湿度检测电路的输入端，单片机的ADC输入口接泥土湿度检测电路的输出端；单片机的若干输出口还接若干路蠕动泵驱动电路；单片机的电源+端及蠕动泵驱动电路的+端分别接开关电源的+3.3V输出及+12V输出；负极全接地；所述下按键和上按键操作法如下：上按键设有操作功能如下：长按，即按住不放1秒以上，加水，放开即停止加水；短按，即按住不超过半秒，显示上阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，有上阈值设置模式指示灯或下阈值设置模式指示灯亮，此时短按为数值增加、长按为阈值保存，并退出阈值设置模式，阈值设置模式指示灯灭，数值显示恢复当前湿度显示；下按键设有操作功能如下：短按，即按住不超过半秒，显示下阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，短按为数值减小；长按，即按住不放1秒以上，为进入上阈值设置模式，再长按进入下阈值设置模式，依次轮换，有对应的上阈值设置模式指示灯或下阈值设置模式指示灯亮、及上阈值或下阈值显示；阈值设置模式中10秒无操作自动退出；下阈值设置0表示关闭浇水，下阈值设置1表示一直开着浇水；所述泥土湿度检测电路包括三极管Tr、二极管D、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C、电容C1；单片机输出的PWM方波信号端接电阻R3的一端，电阻R3另一端接三极管Tr的基极，三极管Tr的集电极接电阻R1，电阻R1的另一端接+12V，同时三极管Tr的集电极还接保护电阻R0，电阻R0的另一端分别与接隔直电容C的一端和峰值整流二极管D的正极连接在一起，记为T点；隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒的一极，湿度传感电极碳棒的另一极、Tr发射极、滤波电容C1一端、负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、负载电阻R2的另一端、滤波电容C1的另一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；或，所述泥土湿度检测电路包括时基电路NE555、二极管D、二极管D5、电阻R4、电阻R5、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C5、电容C、电容C1；NE555的2、6脚及电容C5、电阻R4、电阻R5的一端连接在一起，电阻R5另一端接二极管D5的正极，二极管D5的负极、电阻R4另一端以及NE555的3脚连接在一起，NE555的8脚与电阻R1一端连接在一起接+12V，电阻R1另一端、电阻R0一端以及NE555的7脚连接在一起，电阻R0另一端分别与接隔直电容C一端和整流二极管D正极连接在一起，记为T点，隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒的一极，湿度传感电极碳棒的另一极、电容C5的另一端、NE555的1脚、滤波电容C1一端以及负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、电阻R2的一端、滤波电容C1的一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；所述湿度传感电极碳棒为碳棒的一端紧密包裹一圈导电金属圈，通过该导电金属圈压接或焊接湿度传感电极连线，并在该导电金属圈外涂敷树脂或塑封；或所述湿度传感电极碳棒为碳棒的一端头电镀一层金属，在该金属镀层焊接湿度传感电极连线，并对该金属镀层及焊接线根部包敷塑胶或灌封树脂；所述蠕动泵驱动电路包括NPN三极管T8、P型MOS管pMos、二极管D8、电容C8、电阻R8、电阻R81、电阻R82；单片机一个输出口接电阻R8，电阻R8另一端接NPN三极管T8基极，NPN三极管T8集电极接电阻R82的一端，电阻R82另一端及电阻R81一端均接P型MOS管pMos栅极,电阻R81另一端和P型MOS管pMos源极连在一起接+12V强电，P型MOS管pMos漏极分别接泵供电线插头的一端、二极管D8负端和电容C8一端，泵供电线插头的另一端、二极管D8正端、电容C8另一端以及NPN三极管T8发射极均接地；或所述蠕动泵驱动电路包括N型Mos管、二极管D8、电容C8、电阻R8；单片机一个输出口接电阻R8，电阻R8另一端接Mos管栅极，Mos管源极接地，Mos管漏极分别接泵供电线插头的一端、二极管D8正端和电容C8一端，泵供电线插头的另一端、二极管D8负端和电容C8另一端连接在一起接+12V强电；当控制盒以带WIFI的单片机ESP-12为内部处理控制时，还包括该单片机通过无线网络连接手机或电脑，所述带WIFI的单片机ESP-12配NODEMCU的LUA脚本语言编程固件，所选程序模块包括WIFI、NET、MQTT协议、SPI、GPIO口操作，远程物联网采用MQTT协议；所述控制盒连接手机或电脑时，手机或电脑的显示界面以列表的形式逐行列出：当前湿度、上阈值、下阈值，每行对应一路；点击上阈值或下阈值随时进入直接输入数值修改；手机或电脑WIFI连接单片机分三种联网方式：方式1、控制盒中的带WIFI的单片机ESP-12自己就是WIFIAP网页服务器，手机或电脑就连接这个WIFI，并用浏览器访问192.168.4.1即可；该方式除能监控湿度外，主要用作设置控制盒中的带WIFI的单片机ESP-12，使其能连接无线路由器或可用的WIFI，包括WIFI名、密码，以及显示连上后的(DHCP)IP，供下述方式2连接用；该方式手机或电脑外网不通，所以仅用作联网刚开始时的设置WIFI名、密码；方式2、控制盒中的带WIFI的单片机ESP-12自动连接无线路由器或可用的WIFI，由上述方式1事先已设置好WIFI名、密码，并记下了连上后所显示的(DHCP)IP；手机或电脑也连接无线路由器或可用的WIFI，仅用浏览器访问记下的IP即可随时连接控制盒进行监控湿度；另外，还增加一个联网指示灯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒，其特征在于，该控制盒主要以STC15系列单片机或带WIFI的单片机ESP‑12为内部处理控制，还包括泥土湿度检测电路、蠕动泵驱动电路、3位LED数码管(1)、下按键(4)、上按键(5)、和两根湿度传感电极碳棒（20）；两根湿度传感电极碳棒（20）分开竖直埋在花盆两侧，经两根湿度传感电极连线（7）及湿度传感电极连线插头（6）连接控制盒中的泥土湿度检测电路；蠕动泵（9）浇水通过蠕动泵浇水管（10）引水到花盆，蠕动泵供电线插头（8）连接蠕动泵驱动电路；控制盒由电源进线插头（13）连接220V供电；控制盒通过3位LED数码管（1）显示当前泥土湿度，当泥土干燥度达到上阈值即启动断续自动浇水，经过不到半小时的泥土湿度检测，停止自动浇水使泥土湿度稳定在下阈值；即定义上下阈值为：种植泥土适合的干湿范围的端点值；所述控制盒中单片机的若干IO口接3位LED数码管（1）及下按键（4）和上按键（5），单片机的一个IO口输出方波接泥土湿度检测电路的输入端，单片机的ADC输入口接泥土湿度检测电路的输出端；单片机的若干输出口还接若干路蠕动泵驱动电路；单片机的电源+端及蠕动泵驱动电路的+端分别接开关电源的+3.3V输出及+12V输出；负极全接地；所述下按键（4）和上按键（5）操作法如下：上按键（5）设有操作功能如下：长按，即按住不放1秒以上，加水，放开即停止加水；短按，即按住不超过半秒，显示上阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，有上阈值设置模式指示灯（2）或下阈值设置模式指示灯（3）亮，此时短按为数值增加、长按为阈值保存，并退出阈值设置模式，阈值设置模式指示灯灭，数值显示恢复当前湿度显示；下按键（4）设有操作功能如下：短按，即按住不超过半秒，显示下阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，短按为数值减小；长按，即按住不放1秒以上，为进入上阈值设置模式，再长按进入下阈值设置模式，依次轮换，有对应的上阈值设置模式指示灯（2）或下阈值设置模式指示灯（3）亮、及上阈值或下阈值显示；阈值设置模式中10秒无操作自动退出；下阈值设置0表示关闭浇水，下阈值设置1表示一直开着浇水；所述泥土湿度检测电路包括三极管Tr、二极管D、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C、电容C1；单片机输出的PWM方波信号端接电阻R3的一端，电阻R3另一端接三极管Tr的基极，三极管Tr的集电极接电阻R1，电阻R1的另一端接+12V，同时三极管Tr的集电极还接保护电阻R0，电阻R0的另一端分别与接隔直电容C的一端和峰值整流二极管D的正极连接在一起，记为T点；隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒（20）的一极，湿度传感电极碳棒（20）的另一极、Tr发射极、滤波电容C1一端、负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、负载电阻R2的另一端、滤波电容C1的另一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；或，所述泥土湿度检测电路包括时基电路NE555、二极管D、二极管D5、电阻R4、电阻R5、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C5、电容C、电容C1；NE555的2、6脚及电容C5、电阻R4、电阻R5的一端连接在一起，电阻R5另一端接二极管D5的正极，二极管D5的负极、电阻R4另一端以及NE555的3脚连接在一起，NE555的8脚与电阻R1一端连接在一起接+12V，电阻R1另一端、电阻R0一端以及NE555的7脚连接在一起，电阻R0另一端分别与接隔直电容C一端和整流二极管D正极连接在一起，记为T点，隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒（20）的一极，湿度传感电极碳棒（20）的另一极、电容C5的另一端、NE555的1脚、滤波电容C1一端以及负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、电阻R2的一端、滤波电容C1的一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；所述湿度传感电极碳棒（20）为碳棒的一端紧密包裹一圈导电金属圈，通过该导电金属圈压接或焊接湿度传感电极连线（7），并在该导电金属圈外涂敷树脂或塑封；或所述湿度传感电极碳棒（20）为碳棒的一端头电镀一层金属，在该金属镀层焊接湿度传感电极连线（7），并对该金属镀层及焊接线根部包敷塑胶或灌封树脂；所述蠕动泵驱动电路包括NPN三极管T8、P型MOS管pMos、二极管D8、电容C8、电阻R8、电阻R81、电阻R82；单片机一个输出口接电阻R8，电阻R8另一端接NPN三极管T8基极，NPN三极管T8集电极接电阻R82的一端，电阻R82另一端及电阻R81一端均接P型MOS管pMos栅极,电阻R81另一端和P型MOS管pMos源极连在一起接+12V强电，P型MOS管pMos漏极分别接泵供电线插头(...

【技术特征摘要】
1.一种基于泥土湿度及上下阈值设置的自动浇水控制盒，其特征在于，该控制盒主要以STC15系列单片机或带WIFI的单片机ESP-12为内部处理控制，还包括泥土湿度检测电路、蠕动泵驱动电路、3位LED数码管(1)、下按键(4)、上按键(5)、和两根湿度传感电极碳棒（20）；两根湿度传感电极碳棒（20）分开竖直埋在花盆两侧，经两根湿度传感电极连线（7）及湿度传感电极连线插头（6）连接控制盒中的泥土湿度检测电路；蠕动泵（9）浇水通过蠕动泵浇水管（10）引水到花盆，蠕动泵供电线插头（8）连接蠕动泵驱动电路；控制盒由电源进线插头（13）连接220V供电；控制盒通过3位LED数码管（1）显示当前泥土湿度，当泥土干燥度达到上阈值即启动断续自动浇水，经过不到半小时的泥土湿度检测，停止自动浇水使泥土湿度稳定在下阈值；即定义上下阈值为：种植泥土适合的干湿范围的端点值；所述控制盒中单片机的若干IO口接3位LED数码管（1）及下按键（4）和上按键（5），单片机的一个IO口输出方波接泥土湿度检测电路的输入端，单片机的ADC输入口接泥土湿度检测电路的输出端；单片机的若干输出口还接若干路蠕动泵驱动电路；单片机的电源+端及蠕动泵驱动电路的+端分别接开关电源的+3.3V输出及+12V输出；负极全接地；所述下按键（4）和上按键（5）操作法如下：上按键（5）设有操作功能如下：长按，即按住不放1秒以上，加水，放开即停止加水；短按，即按住不超过半秒，显示上阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，有上阈值设置模式指示灯（2）或下阈值设置模式指示灯（3）亮，此时短按为数值增加、长按为阈值保存，并退出阈值设置模式，阈值设置模式指示灯灭，数值显示恢复当前湿度显示；下按键（4）设有操作功能如下：短按，即按住不超过半秒，显示下阈值，2秒后数值显示恢复当前湿度显示；进入上下阈值设置模式时，短按为数值减小；长按，即按住不放1秒以上，为进入上阈值设置模式，再长按进入下阈值设置模式，依次轮换，有对应的上阈值设置模式指示灯（2）或下阈值设置模式指示灯（3）亮、及上阈值或下阈值显示；阈值设置模式中10秒无操作自动退出；下阈值设置0表示关闭浇水，下阈值设置1表示一直开着浇水；所述泥土湿度检测电路包括三极管Tr、二极管D、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C、电容C1；单片机输出的PWM方波信号端接电阻R3的一端，电阻R3另一端接三极管Tr的基极，三极管Tr的集电极接电阻R1，电阻R1的另一端接+12V，同时三极管Tr的集电极还接保护电阻R0，电阻R0的另一端分别与接隔直电容C的一端和峰值整流二极管D的正极连接在一起，记为T点；隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒（20）的一极，湿度传感电极碳棒（20）的另一极、Tr发射极、滤波电容C1一端、负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、负载电阻R2的另一端、滤波电容C1的另一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；或，所述泥土湿度检测电路包括时基电路NE555、二极管D、二极管D5、电阻R4、电阻R5、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C5、电容C、电容C1；NE555的2、6脚及电容C5、电阻R4、电阻R5的一端连接在一起，电阻R5另一端接二极管D5的正极，二极管D5的负极、电阻R4另一端以及NE555的3脚连接在一起，NE555的8脚与电阻R1一端连接在一起接+12V，电阻R1另一端、电阻R0一端以及NE555的7脚连接在一起，电阻R0另一端分别与接隔直电容C一端和整流二极管D正极连接在一起，记为T点，隔直电容C的另一端接湿度传感电极碳棒（20）的一极，湿度传感电极碳棒（20）的另一极、电容C5的另一端、NE555的1脚、滤波电容C1一端以及负载电阻R2一端均接地，峰值整流二极管D的负端、电阻R2的一端、滤波电容C1的一端连接在一起作为泥土湿度检测电路的输出端，该输出端接单片机ADC输入端；所述湿度传感电极碳棒（20）为碳棒的一端紧密包裹一圈导电金属圈，通过该导电金属圈压接或焊接湿度传感电极连线（7），并在该导电金属圈外涂敷树脂或塑封；或所述湿度传感电极碳棒（20）为碳棒的一端头电镀一层金属，在该金属镀层焊接湿度传感电极连线（7），并对该金属镀层及焊接线根部包敷塑胶或灌封树脂；所述蠕动泵驱动电路包括NPN三极管T8、P型MOS管pMos、二极管D8、电容C8、电阻R8、电阻R81、电阻R82；单片机一个输出口接电阻R8，电阻R8另一端接NPN三极管T8基极，NPN三极管T8集电极接电阻R82的一端，电阻R82另一端及电阻R81一端均接P型MOS管pMos栅极,电阻R81...

【专利技术属性】
技术研发人员：金隐华，黄健，陈亮，杨玉辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33