[發明專利]一種基于泥土濕度及上下閾值設置的自動澆水控制盒

有效

• 申請號: 201810896111.3
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109247227B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 黃健;許國輝;常志華;金隱華;陳亮;楊玉輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于泥土濕度及上下閾值設置的自動澆水控制盒，其特征在于，該控制盒主要以STC15系列單片機或帶WIFI的單片機ESP-12為內部處理控制，還包括泥土濕度檢測電路、蠕動泵驅動電路、3位LED數碼管(1)、下按鍵(4)、上按鍵(5)和兩根濕度傳感電極碳棒（20）；

兩根濕度傳感電極碳棒（20）分開豎直埋在花盆兩側，經兩根濕度傳感電極連線（7）及濕度傳感電極連線插頭（6）連接控制盒中的泥土濕度檢測電路；蠕動泵（9）通過蠕動泵澆水管（10）引水到花盆，蠕動泵供電線插頭（8）連接蠕動泵驅動電路；控制盒由電源進線插頭（13）連接220V供電；控制盒通過3位LED數碼管（1）顯示當前泥土濕度，當泥土干燥度達到上閾值即啟動斷續自動澆水，經過不到半小時的泥土濕度檢測，停止自動澆水使泥土濕度穩定在下閾值；即定義上下閾值為：種植泥土適合的干濕范圍的端點值；

所述控制盒中單片機的若干IO口接3位LED數碼管（1）及下按鍵（4）和上按鍵（5），單片機的一個IO口輸出方波接泥土濕度檢測電路的輸入端，單片機的ADC輸入端接泥土濕度檢測電路的輸出端；單片機的若干輸出口還接若干路蠕動泵驅動電路；單片機的電源+端及蠕動泵驅動電路的+端分別接開關電源的+3.3V輸出及+12V輸出；負極全接地；

所述下按鍵（4）和上按鍵（5）操作法如下：

上按鍵（5）設有操作功能如下：長按，即按住不放1秒以上，加水，放開即停止加水；短按，即按住不超過半秒，顯示上閾值，2秒后數值顯示恢復當前濕度顯示；進入上下閾值設置模式時，有上閾值設置模式指示燈（2）或下閾值設置模式指示燈（3）亮，此時短按為數值增加、長按為閾值保存，并退出閾值設置模式，閾值設置模式指示燈滅，數值顯示恢復當前濕度顯示；

下按鍵（4）設有操作功能如下：短按，即按住不超過半秒，顯示下閾值，2秒后數值顯示恢復當前濕度顯示；進入上下閾值設置模式時，短按為數值減小；長按，即按住不放1秒以上，為進入上閾值設置模式，再長按進入下閾值設置模式，依次輪換，有對應的上閾值設置模式指示燈（2）或下閾值設置模式指示燈（3）亮、及上閾值或下閾值顯示；閾值設置模式中10秒無操作自動退出；

下閾值設置0表示關閉澆水，下閾值設置1表示一直開著澆水；

所述泥土濕度檢測電路包括三極管Tr、二極管D、電阻R0、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C、電容C1；單片機輸出的PWM方波信號端接電阻R3的一端，電阻R3另一端接三極管Tr的基極，三極管Tr的集電極接電阻R1，電阻R1的另一端接+12V，同時三極管Tr的集電極還接電阻R0，電阻R0的另一端分別與電容C的一端和二極管D的正極連接在一起，記為T點；電容C的另一端接濕度傳感電極碳棒（20）的一極，濕度傳感電極碳棒（20）的另一極、Tr發射極、電容C1一端、電阻R2一端均接地，二極管D的負端、電阻R2的另一端、電容C1的另一端連接在一起作為泥土濕度檢測電路的輸出端，該輸出端接單片機ADC輸入端；

或，所述泥土濕度檢測電路包括時基電路NE555、二極管D、二極管D5、電阻R4、電阻R5、電阻R0、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C5、電容C、電容C1；NE555的2、6腳及電容C5、電阻R4、電阻R5的一端連接在一起，電阻R5另一端接二極管D5的正極，二極管D5的負極、電阻R4另一端以及NE555的3腳連接在一起，NE555的8腳與電阻R1一端連接在一起接+12V，電阻R1另一端、電阻R0一端以及NE555的7腳連接在一起，電阻R0另一端分別與電容C一端和整流二極管D正極連接在一起，記為T點，電容C的另一端接濕度傳感電極碳棒（20）的一極，濕度傳感電極碳棒（20）的另一極、電容C5的另一端、NE555的1腳、電容C1一端以及電阻R2一端均接地，二極管D的負端、電阻R2的另一端、電容C1的另一端連接在一起作為泥土濕度檢測電路的輸出端，該輸出端接單片機ADC輸入端；

所述濕度傳感電極碳棒（20）為碳棒的一端緊密包裹一圈導電金屬圈，通過該導電金屬圈壓接或焊接濕度傳感電極連線（7），并在該導電金屬圈外涂敷樹脂或塑封；

或所述濕度傳感電極碳棒（20）為碳棒的一端頭電鍍一層金屬，在該金屬鍍層焊接濕度傳感電極連線（7），并對該金屬鍍層及焊接線根部包敷塑膠或灌封樹脂；

所述蠕動泵驅動電路包括NPN三極管T8、P型MOS管pMos、二極管D8、電容C8、電阻R8、電阻R81、電阻R82；單片機一個輸出口接電阻R8，電阻R8另一端接NPN三極管T8基極，NPN三極管T8集電極接電阻R82的一端，電阻R82另一端及電阻R81一端均接P型MOS管pMos柵極,電阻R81另一端和P型MOS管pMos源極連在一起接+12V強電，P型MOS管pMos漏極分別接蠕動泵供電線插頭(8)的一端、二極管D8負端和電容C8一端，蠕動泵供電線插頭(8)的另一端、二極管D8正端、電容C8另一端以及NPN三極管T8發射極均接地；

或所述蠕動泵驅動電路包括N型Mos管、二極管D8、電容C8、電阻R8；單片機一個輸出口接電阻R8，電阻R8另一端接Mos管柵極，Mos管源極接地，Mos管漏極分別接蠕動泵供電線插頭(8)的一端、二極管D8正端和電容C8一端，蠕動泵供電線插頭(8)的另一端、二極管D8負端和電容C8另一端連接在一起接+12V強電；

當控制盒以帶WIFI的單片機ESP-12為內部處理控制時，還包括該單片機通過無線網絡連接手機或電腦，所述帶WIFI的單片機ESP-12配NODEMCU的LUA腳本語言編程固件，所選程序模塊包括WIFI、NET、MQTT協議、SPI、GPIO口操作，遠程物聯網采用MQTT協議；

所述控制盒連接手機或電腦時，手機或電腦的顯示界面以列表的形式逐行列出：當前濕度、上閾值、下閾值，每行對應一路；點擊上閾值或下閾值隨時進入直接輸入數值修改；

手機或電腦WIFI連接單片機分三種聯網方式：

方式1、控制盒中的帶WIFI的單片機ESP-12自己就是WIFI AP網頁服務器，手機或電腦就連接這個WIFI，并用瀏覽器訪問192.168.4.1即可；該方式除能監控濕度外，主要用作設置控制盒中的帶WIFI的單片機ESP-12，使其能連接無線路由器或可用的WIFI，包括WIFI名、密碼，以及顯示連上后的IP，供下述方式2連接用；該方式手機或電腦外網不通，所以僅用作聯網剛開始時的設置WIFI名、密碼；

方式2、控制盒中的帶WIFI的單片機ESP-12自動連接無線路由器或可用的WIFI，由上述方式1事先已設置好WIFI名、密碼，并記下了連上后所顯示的IP；手機或電腦也連接無線路由器或可用的WIFI，僅用瀏覽器訪問記下的IP即可隨時連接控制盒進行監控濕度；另外，還增加一個聯網指示燈，亮表示控制盒方式2 WIFI連接成功；

方式3、控制盒包括物聯網MQTT協議，手機或電腦遠程通過MQTT協議連接控制盒監控濕度。