基于51单片机的远程wifi浇花系统设计
1 系统功能介绍
本设计是一款 基于51单片机的远程 WiFi 智能浇花系统，通过传感器检测土壤湿度并结合设定的阈值，实现自动灌溉控制。同时，用户可以通过手机 APP 远程监控和控制系统，极大提升了智能化水平和使用的便利性。系统主要由 单片机最小系统、LCD1602 液晶显示模块、蜂鸣器模块、LED 指示模块、继电器驱动水泵模块、按键设置模块、ADC0832 转换模块、水位检测模块以及 WiFi 模块 等组成。
系统主要功能如下：
- LCD1602 实时显示功能：在液晶上显示当前土壤湿度百分比，同时显示用户设定的湿度阈值上限与下限，用户可直观观察系统状态。
- 阈值设置功能：通过按键可灵活设置湿度的上限值和下限值。当湿度低于下限时，系统启动水泵进行浇水，并伴随蜂鸣器报警提示；当湿度达到上限时，系统自动关闭水泵。
- 自动浇水功能：利用继电器驱动微型潜水泵，根据阈值智能切换，确保土壤湿度处于合理区间。
- 湿度检测与数据转换：使用土壤湿度传感器结合 ADC0832 模数转换器，将模拟信号转为数字信号输入单片机，提高检测精度。
- 远程 WiFi 控制与监测：WiFi 模块与手机 APP 联动，用户可通过 APP 异地实时查看湿度值，手动开启或关闭浇水功能，甚至远程设置湿度阈值。
- 辅助指示与报警功能：LED 灯与蜂鸣器作为指示与报警手段，让用户能在本地快速感知当前浇花系统的运行状态。
该设计不仅能实现日常花卉植物的智能养护，还具备远程监控与自动化控制的能力，是物联网智慧农业应用的一个典型案例。
2 系统电路设计
系统电路由多个功能模块组成，每个模块各司其职，共同完成自动浇花与远程控制任务。下面对各个模块进行详细介绍。
2.1 单片机最小系统
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核心芯片：STC89C52 单片机，基于 8051 内核，具备丰富的 I/O 接口，运算能力满足本系统需求。
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主要功能：
- 接收湿度传感器经 ADC0832 转换后的数字信号；
- 进行阈值判断和控制逻辑处理；
- 驱动 LCD 显示湿度数据与阈值；
- 控制继电器、水泵以及蜂鸣器报警；
- 与 WiFi 模块通信，实现远程交互。
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设计要点：
- 外接晶振电路保证稳定运行，常用 11.0592MHz；
- 上电复位电路确保系统可靠启动。
2.2 LCD1602 液晶显示模块
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功能：实时显示湿度百分比及用户设定的上下限值，便于用户查看。
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显示方式：
- 第一行显示当前湿度值（单位：%）；
- 第二行显示下限值和上限值。
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电路特性：
- 采用 4 位总线方式与单片机通信，节省 I/O 口；
- 可调电位器控制显示对比度。
2.3 蜂鸣器与 LED 指示电路
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蜂鸣器作用：当湿度低于阈值时报警提醒，增强系统人机交互。
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LED 指示灯作用：通过点亮或熄灭直观指示水泵工作状态。
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电路设计：
- 蜂鸣器采用有源蜂鸣器，单片机 I/O 口通过三极管驱动；
- LED 由限流电阻串联，避免过流损坏。
2.4 继电器驱动水泵模块
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功能：控制微型潜水泵开关，执行浇水操作。
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电路设计：
- 采用常见 5V 继电器，利用单片机输出低电平触发三极管导通，再驱动继电器线圈；
- 继电器触点接水泵电源，安全可靠；
- 并联二极管用于吸收反向电动势，保护电路。
2.5 按键模块
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功能：用于设置湿度的上下限阈值。
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设计方式：
- 常见的三按键模式：增加、减少、确认；
- 按键接地，单片机内部上拉，按下时输入低电平；
- 软件防抖处理，确保输入稳定。
2.6 ADC0832 模数转换模块
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功能：将土壤湿度传感器输出的模拟电压信号转换为数字量。
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特点：
- 分辨率为 8 位，能够满足湿度检测需求；
- 通过 SPI 方式与单片机通信，实时采集湿度值。
2.7 水位检测模块
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作用：检测蓄水箱水位，防止缺水时空转损坏水泵。
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实现方式：
- 简单电极式水位检测，当水位低于设定值时输出低电平；
- 单片机接收信号并禁止启动水泵，同时报警提示。
2.8 WiFi 模块
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选型：常用 ESP8266 模块，支持串口通信。
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功能：
- 与单片机进行数据交互，将湿度值上传至云平台或手机 APP；
- 接收远程指令，实现手动控制与阈值设置。
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通信协议：通过串口 AT 指令进行数据收发，支持 TCP/IP 协议。
3 程序设计
系统程序主要由 初始化模块、湿度检测模块、LCD 显示模块、按键设置模块、阈值判断与水泵控制模块、蜂鸣器报警模块、WiFi 通信模块 等组成。程序采用模块化设计，结构清晰。
3.1 系统初始化
#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "adc0832.h"
#include "wifi.h"unsigned int humidity = 0;
unsigned int lower = 30; // 下限阈值
unsigned int upper = 70; // 上限阈值void System_Init(void) {LCD_Init();ADC0832_Init();WiFi_Init();LCD_ShowString(0,0,"Humidity: 0 %");LCD_ShowString(0,1,"L:30 U:70");
}
3.2 湿度检测模块
unsigned int Get_Humidity(void) {unsigned char adc_value = ADC0832_Read();return (adc_value * 100) / 255; // 转换为百分比
}
3.3 LCD 显示模块
void Display(void) {LCD_ShowNum(10,0,humidity,3);LCD_ShowNum(2,1,lower,2);LCD_ShowNum(8,1,upper,2);
}
3.4 按键设置模块
void Key_Scan(void) {if(KEY_ADD == 0) {upper += 1;if(upper > 99) upper = 99;}if(KEY_SUB == 0) {if(lower > 0) lower -= 1;}if(KEY_OK == 0) {// 保存设置，可写入EEPROM}
}
3.5 阈值判断与水泵控制模块
sbit Relay = P2^0;
sbit LED = P2^1;
sbit BEEP = P2^2;void Pump_Control(void) {if(humidity < lower) {Relay = 0; // 启动水泵LED = 0; // 指示灯亮BEEP = 0; // 报警} else if(humidity >= upper) {Relay = 1; // 关闭水泵LED = 1; // 指示灯灭BEEP = 1; // 停止报警}
}
3.6 WiFi 通信模块
void WiFi_Upload(void) {char buf[20];sprintf(buf,"H:%d,L:%d,U:%d",humidity,lower,upper);WiFi_Send(buf); // 通过 AT 指令发送到云端或APP
}void WiFi_Control(void) {char cmd[10];if(WiFi_Receive(cmd)) {if(strcmp(cmd,"PUMP_ON")==0) Relay=0;if(strcmp(cmd,"PUMP_OFF")==0) Relay=1;}
}
3.7 主程序
void main(void) {System_Init();while(1) {humidity = Get_Humidity();Display();Key_Scan();Pump_Control();WiFi_Upload();WiFi_Control();}
}
4 总结
本系统基于 51 单片机，结合 LCD 显示、继电器控制、ADC0832、WiFi 模块 等多种功能模块，实现了自动浇花与远程智能控制。
- 电路设计：系统结构合理，模块化程度高。继电器驱动水泵确保可靠性，ADC0832 提供高精度数据，LCD 显示直观清晰，WiFi 模块扩展了远程操作的可能性。
- 程序设计：采用模块化编程思路，包含湿度检测、显示、报警、控制和通信五大核心功能，逻辑清晰，便于扩展。
- 应用价值：该系统不仅可以在家庭日常花卉养护中使用，也可以扩展到智能农业、园艺大棚等更大规模的应用场景，具备很高的实用性与推广价值。
综上，本设计是一套集 传感检测、自动控制、远程通信、智能交互 于一体的综合性物联网应用系统，体现了 51 单片机在智能家居与智慧农业中的广阔应用前景。