基于單片機(jī)的智能澆灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 “ 博 創(chuàng) 杯 ”全 國 大 學(xué) 生 嵌 入 式 設(shè) 計(jì) 大 賽第十一屆“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告室內(nèi)自動(dòng)澆花系統(tǒng)Auto-watering System in our House設(shè)計(jì)報(bào)告隊(duì)伍編號(hào)：參賽學(xué)校： 西北民族大學(xué) 作 者： 沙苗 宋開強(qiáng) 周乾斌指導(dǎo)教師： 鄧克巖 賀艷萍組 別：碩士組 本科組 高職組 摘 要在這個(gè)信息技術(shù)高速發(fā)展的社會(huì)中，智能控制為人們的生產(chǎn)生活帶來了諸多便利。在家庭中，很多花草養(yǎng)殖愛好者由于工作、出差等原因?qū)ú萑鄙僬疹櫠捎诋a(chǎn)生許多煩惱。如何利用智能控制對(duì)此產(chǎn)生便利便是我們要加以研究的一個(gè)問題。本系統(tǒng)是基于AT89C51單片機(jī)的家庭智能澆花系

2、統(tǒng), 使用YL-69作為土壤濕度傳感模塊，LCD1602作為顯示數(shù)據(jù)的模塊，蜂鳴器作為通知模塊，按鍵是用來設(shè)定報(bào)警的數(shù)值。通過YL-69濕度傳感器進(jìn)行土壤濕度的采集，單片機(jī)AT89C51進(jìn)行信息處理，輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)通過控制繼電器控制水泵電源是否通斷，從而完成自動(dòng)澆水，澆水的同時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音提示。關(guān)鍵詞： AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵AbstractIn the society,with the developmentKey words: AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵目 錄1 引言32 系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 方案論證32.1.1總體方案設(shè)計(jì)32.1

3、.2 芯片的選擇42.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42.2 系統(tǒng)硬件設(shè)置52.2.1 AT89C51主要性能參數(shù)52.2.2 時(shí)鐘電路62.2.3 AT89C51的復(fù)位電路72.2.4 YL-69土壤濕度傳感器82.2.5 ADC0832功能特點(diǎn)及引腳92.2.6 ADC0832 的控制原理102.2.7繼電器112.2.8 蜂鳴器及按鍵112.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)122.3.1 系統(tǒng)流程圖122.3.2 LCD1602顯示程序132.3.3按鍵程序142.3.4 ADC0832芯片接口程序153 仿真設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試153.1 163.2 仿真設(shè)計(jì)153.3 硬件測試與調(diào)試164 結(jié)論16參考文獻(xiàn)18致謝19

4、附錄1919第1章 緒論隨著人們生活水平的提高，花卉逐漸收到人們的青睞，陶冶情操，凈化空氣。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款家庭智能澆花器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花，節(jié)省人力，方便人們出差的時(shí)候，不至于影響花卉的生長，如果在家也可以關(guān)斷澆花器，手動(dòng)澆花。澆花器設(shè)置為根據(jù)土壤濕度澆花。采用這種方式定量澆花時(shí)，數(shù)碼管顯示時(shí)間和流水時(shí)間。因?yàn)椴煌幕ê椭参镄枰牟煌攸c(diǎn)，所以合理地澆水會(huì)使植物生長良好，也能達(dá)到節(jié)約用水的目的，因此，高效的灌溉系統(tǒng)是能夠根據(jù)人們的意愿進(jìn)行適量、適時(shí)的方向發(fā)展。所以，本設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，一是測量，獲取土壤水分信息，并根據(jù)土壤水分、濕度和植物需水特性的多少來確定澆水的水量。這將擺脫過去，只有

5、澆水的經(jīng)驗(yàn)，給植物澆水要在科學(xué)基礎(chǔ)上的決策。二是控制，根據(jù)對(duì)土壤研究及植物需水特性進(jìn)行合理的澆水決策，即將傳統(tǒng)的只是憑經(jīng)驗(yàn)由人工手控制灑水器的方式，變化為自動(dòng)進(jìn)行適量的、適時(shí)的、按需的灌溉控制。系統(tǒng)根據(jù)由測量土壤濕度和植物合理的生活環(huán)境，通過抽水裝置控制給水量的多少，從而使得水資源能夠得到高效的使用，同時(shí)也節(jié)省了人力，達(dá)到智能灌溉的目的。第2章 系統(tǒng)方案2.1 方案論證2.1.1總體方案設(shè)計(jì)在國內(nèi)外都是用自動(dòng)灌溉裝置，其中大部分都是使用虹吸原理進(jìn)行灌溉的，即是使用滲透的方法灌溉，這種灌溉的方法是連續(xù)地、不間斷的。采用這種澆花系統(tǒng)僅僅只能保證花卉不應(yīng)缺水而干枯死，但是對(duì)于植物來講并不是其生長的良

6、好環(huán)境，并且浪費(fèi)水資源。本設(shè)計(jì)提供了一種智能澆灌的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以在沒有人的環(huán)境下在對(duì)植物進(jìn)行澆灌，在澆水的過程中,根據(jù)植物需要水分的不同，對(duì)植物進(jìn)行澆水控制。這個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)單片機(jī)原理，運(yùn)用土壤濕度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，然后通過按鍵調(diào)整上下限，在通過單片機(jī)對(duì)收集數(shù)據(jù)的分析及處理，進(jìn)而判斷外界土壤濕度值，假如土壤濕度低于設(shè)置的下限，單片機(jī)控制水泵澆水同時(shí)蜂鳴器發(fā)出通知，當(dāng)土壤濕度達(dá)到上限就停止?jié)菜瑥亩_(dá)到自動(dòng)澆花的目的。本實(shí)驗(yàn)重要完成以下的幾個(gè)功能：1.用YL-69檢測土壤濕度；2.使用LCD1602顯示測量的數(shù)據(jù)3.通過分析植物生存的最佳環(huán)境設(shè)置澆灌的上下限；4.使用單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)

7、行分析和處理，在控制水泵是否需要進(jìn)行澆灌。這個(gè)系統(tǒng)是由硬件部分及軟件部分組成的，硬件劃分為單片機(jī)主控、顯示、土壤濕度的檢測、按鍵輸入、水泵澆灌、蜂鳴器發(fā)出通知六大模塊。主控模塊位AT89C51單片機(jī)是負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的分析及處理；YL-69作為濕度檢測模塊；濕度的上下限是通過按鍵模塊輸入；顯示模塊是顯示土壤濕度檢測器檢測出來的濕度數(shù)值及其上限數(shù)值；水泵和蜂鳴器是用來執(zhí)行系統(tǒng)命令的。軟件結(jié)構(gòu)與硬件配置相適應(yīng)，同樣是使用模塊化，它主要包含主程序、濕度采集子程序、顯示數(shù)據(jù)子程序、按鍵輸入子程序、執(zhí)行子程序及系統(tǒng)定時(shí)中斷服務(wù)程序等組成。這個(gè)系統(tǒng)很靈活，有較強(qiáng)的交互性，可以隨時(shí)設(shè)置濕度的上下限；在系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)

8、計(jì)中，應(yīng)當(dāng)將軟件和硬件相互結(jié)合起來，并且個(gè)個(gè)部件都使用模塊化的設(shè)計(jì)思路。實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)說明，該系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)誤差小、運(yùn)行穩(wěn)定，有著很可靠的使用效果，所以可以被廣泛的推廣使用。2.1.2 芯片的選擇l 芯片的選擇：AT89C51是由Atmel生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，同時(shí)AT89C51有著便宜的價(jià)格，而且它和 MCS-51系列有這很好的兼容性。因此在這個(gè)系統(tǒng)中采用AT89C51作為控制芯片。l A/D轉(zhuǎn)換：ADC0832是具有雙通道和8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于其性價(jià)比高、體積較小、兼容性很強(qiáng)的特點(diǎn)，因此深受廣企業(yè)歡迎及單片機(jī)愛好者喜愛，目前的普及率已經(jīng)很高。l 繼電器選擇：設(shè)備在設(shè)計(jì)

9、過程中是需要一個(gè)繼電器來控制電磁閥的工作。由于工作電壓在只需要5V左右，并且成本相對(duì)而言比較低。所以在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了型號(hào)為松樂SRS-05VDC-SL型號(hào)的繼電器。其工作電壓在 5V，其觸電容值為3A/250VAC/30VDC,而且在市場上的價(jià)格為1.5元左右。l 顯示器的選擇：在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程需要一個(gè)顯示土壤濕度值的顯示器。LCD1602是一種專門可以顯示英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶，其能夠同時(shí)顯示16*02即32個(gè)字符。市場價(jià)格大概為8元左右。2.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)有電源接口電路、顯示電路、土壤檢測電路、繼電器控制潛水泵電路、蜂鳴器電路、按鍵設(shè)置六大部分組成。系統(tǒng)原理圖如圖

10、1所示。AT89C51單片機(jī)電源電路土壤檢測LCD1602顯示蜂鳴器水泵電路按鍵圖1 系統(tǒng)原理圖2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)置2.2.1 AT89S51主要性能參數(shù)l 與MCS51系列徹底兼容；l 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器；l 1000次擦寫周期；l 4.05.5V的工作電壓范圍；l 全靜態(tài)工作模式：0HZ24HZ；l 三級(jí)程序加密鎖；l 32個(gè)可以編程的I/O接口；l 低功率空閑和掉電模式；l 有6個(gè)中斷源；l 內(nèi)部RAM字節(jié)為128*8；l 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器；l 全雙工串行UART通道；l 看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針；l 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性；圖2 AT89C51引腳圖2.2.

11、2 時(shí)鐘電路在單片機(jī)AT89C51里面包括了一個(gè)高增益方向的發(fā)達(dá)器，其中XTAL1和XTAL2引腳為放大器的輸入端與輸出端，為了構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激式的振蕩電路，需要在XTAL1與XTAL2引腳上接上晶體振蕩器或是陶瓷振蕩器，該振蕩器電路的輸出可直接送入內(nèi)部時(shí)序電路。單片機(jī)AT89C51產(chǎn)生時(shí)鐘的方式有兩種，即為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。圖3 單片機(jī)AT89C51的時(shí)鐘電路1) 內(nèi)部時(shí)鐘方式：內(nèi)部時(shí)鐘模式即是由單片機(jī)里面的高增益方相放大器以及外部跨接的晶體、微調(diào)電容結(jié)構(gòu)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的方式，如圖3所示為裝置的工作原理。在內(nèi)部時(shí)鐘方式里，C1、C2通常使用30pF或40pF；C1、C2能夠輕微的調(diào)整頻率，

12、陶瓷諧振器或者晶振的頻率的選擇應(yīng)在1.2MHZ12MHZ之間。為了能夠保護(hù)振蕩器的可靠性、穩(wěn)定性、減少寄生電容產(chǎn)生，在安裝的時(shí)候應(yīng)該將電容及振蕩器安裝在離單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2更近的地方。單片機(jī)系統(tǒng)中大多數(shù)使用外部電路連接簡單的內(nèi)部時(shí)鐘方式。在現(xiàn)實(shí)中常常使用FSOC來表示內(nèi)部時(shí)鐘方式產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的頻率（晶振固有頻率）。如果fsoc為12*106HZ，那么應(yīng)該選擇12MHZ的晶振。2) 外部時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘方式的產(chǎn)生是在發(fā)生單片機(jī)之外的電路中，其直接連接到單片機(jī)的XTAL1引腳端口，不與XTAL2引腳端口相連，電路圖如圖3所示：2.2.3 AT89C51的復(fù)位電路AT89C51單片

13、機(jī)的復(fù)位端RST端口，在單片機(jī)上有電通過的時(shí)候，時(shí)鐘電路就會(huì)進(jìn)行運(yùn)作，如果在運(yùn)作過程中有大于2個(gè)周期的高電平存在并通過RST端口，那么單片機(jī)將會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作。還有一種方式能夠使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作的，那就定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出。復(fù)位后的單片機(jī)，PC=0000H，CPU從程序存儲(chǔ)器的0000H開始取值執(zhí)行單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。1) 上電復(fù)位電路。如圖4所示，這是一個(gè)最簡單的上電復(fù)位電路，其是由電阻和電容串聯(lián)形成的。在通電的那一瞬間，由于電容的固有特性使得其兩端的電壓不能夠瞬間發(fā)生改變，所以單片機(jī)的RST引腳電壓端VR的電壓為VCC，在電容重點(diǎn)的時(shí)候，RST引腳的電壓會(huì)下降，

14、到圖5所示的t1時(shí)刻，RST端電壓降到3.6V，跟著由時(shí)間的增加電容會(huì)充完點(diǎn)，RST端口的電壓將會(huì)接近0V。如圖5所示為RST引腳的電壓變化。要使得單片機(jī)進(jìn)行成功的復(fù)位操作，t1的時(shí)間不應(yīng)該小于2和機(jī)械周期的時(shí)間之和，在單片機(jī)中，機(jī)器周期是由晶振頻率決定的，圖4中，電阻R不能夠很小，最典型值位 8.2k；圖4中的C3可以通過電阻R和其頻率f算出。圖4 RC上電復(fù)位電路 圖5 RST引腳電壓-時(shí)間關(guān)系 圖6 組合復(fù)位電路2) 上電復(fù)位和按鍵復(fù)位組合電路在圖6組合復(fù)位電路，電阻R2的數(shù)值大多是較小的，僅僅為幾十歐姆，在按下復(fù)位按鈕之后，電容C3快速通過電阻R2進(jìn)行放電，放電完成后VR=（R1*Vc

15、c）/（R1+R2），由于R2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R1，電壓VR與VCC基本相同，使得RST引腳的電壓為高電平，將復(fù)位鍵松開后，過程與上電復(fù)位相同。3) 實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)位電路。實(shí)際應(yīng)用中常采用兩種復(fù)位電路，即同步復(fù)位電路和采用微處理器復(fù)位、監(jiān)控專用集成電路。4) 施密特觸發(fā)器復(fù)位電路。在單片機(jī)的系統(tǒng)中，位了能夠使復(fù)位鍵穩(wěn)定的工作，需要將RC電力連接施密特電路以后，再和單片機(jī)復(fù)位鍵相連接，這樣是為了能夠使系統(tǒng)的干擾性大大提高。如果在系統(tǒng)中需要多個(gè)復(fù)位芯片時(shí)，而這些復(fù)位芯片的要求和單片機(jī)的復(fù)位系統(tǒng)相同時(shí)，可以將芯片的復(fù)位端連接到單片機(jī)的復(fù)位端。施密特觸發(fā)器復(fù)位電路如圖 5所示，圖774HCl4為施密特反相器。

16、 5) 微處理器復(fù)位、監(jiān)控專用集成電路。為了保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更可靠地工作，實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位電路也常采用微處理器復(fù)位、監(jiān)控集成電路，如MAX706等。這種專用集成電路除了提供可靠的、足夠?qū)挼母叩碗娖降膹?fù)位信號(hào)外，同時(shí)具備電源監(jiān)控、看門狗定時(shí)器功能，有的芯片內(nèi)部還集成了一定數(shù)量的串行 EEPROM或RAM，功能強(qiáng)大，接線簡單。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常使用。單片機(jī)復(fù)位后，ALE和為輸入狀態(tài)；片內(nèi) RAM 不受復(fù)位影響；P0 P3口輸出高電平，且這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，堆棧指針SP被置成07H，PC被置成0000H，接著，單片機(jī)將從程序存儲(chǔ)器的0000H開始重新執(zhí)行程序。因此，單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入

17、死循環(huán)時(shí)，可通過復(fù)位使其重新運(yùn)行。 圖7 74HCl4為施密特反相器2.2.4 YL-69土壤濕度傳感器YL-69是一個(gè)簡單的土壤濕度傳感器，其原理為濕敏電容，當(dāng)環(huán)境的濕度發(fā)生改變時(shí)，會(huì)使得濕敏電容存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化，電容的數(shù)值正比于濕度值。由于濕敏電容有這很高的靈敏度、響應(yīng)速度快、滯后量小的特點(diǎn)，所以濕敏電容很容易小型化和集成化。在系統(tǒng)中，土壤濕度數(shù)據(jù)的采集是有YL-69完成的。其在系統(tǒng)中電路原理圖如圖8，JP2位YL-69探頭。圖8 YL-69與AD轉(zhuǎn)化電路2.2.5 ADC0832功能特點(diǎn)及引腳ADC0832是串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，它是由一家

18、名為NS（National Semiconductor）的公司生產(chǎn)的。ADC0832與單片機(jī)通過三根線連接，其有著性價(jià)比高、耗能低的特點(diǎn)，適合使用在小型的智能設(shè)備中。ADC0832是8位分辨率的，所以其分辨率最高級(jí)能夠達(dá)到256級(jí)，一般的模擬量都不成問題。ADC0832的數(shù)據(jù)校對(duì)是通過雙數(shù)據(jù)輸出來完成的，這是為了達(dá)到減少誤差的目的，轉(zhuǎn)換的速度快并且有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。ADC0832為了減少數(shù)據(jù)的誤差，其校對(duì)數(shù)據(jù)是使用具雙數(shù)據(jù)的，有較快轉(zhuǎn)換速度并且穩(wěn)定性強(qiáng)。ADC0832能夠獨(dú)立輸入，因此處理器能夠更方便的控制多個(gè)器件。使用DI端進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，可以讓通道功能的選擇變的簡單。其主要特點(diǎn)如下：l 8位分

19、辨率，基準(zhǔn)電壓為5V；l 功耗低僅僅為15mW。l 5V的電源供電；l 輸入和輸出電平與CMOS及TTL兼容；l 輸入模擬信號(hào)的電壓范圍在0到5V之間；l 有兩種可以供給選擇的模擬輸入通道；l 在時(shí)鐘頻率為250KHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間是32us；ADC0832有DIP和SOIC兩類，DIP的ADC0832引腳排列如圖9所示。各引腳說明如下：l CS片選端，低電平有效。l CH0，CH1兩路模擬信號(hào)的輸入端。l DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。l DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。l CLK串行時(shí)鐘輸入端。l Vcc/REF電源的輸入和參考電壓輸入。l GND電源地。圖9 ADC0832引腳圖2.2.

20、6 ADC0832 的控制原理ADC0832在通常的情況下有4個(gè)引腳與單片機(jī)相連，這4個(gè)引腳分別為CLK、DI、CS、DO。由于ADC0832的在通信并不是會(huì)同時(shí)使用DO端口和DI端口，并且DO和DI端口與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在設(shè)計(jì)電路中可以用一根線將DO端和DI端連接到一起。在ADC0832沒有運(yùn)行時(shí)，它的端口CS為高電平，這個(gè)時(shí)候芯片將會(huì)禁止，DO/DI和CLK可以為任意電平。如果需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，那么CS端口必須為低電平并且需要保持到A/D轉(zhuǎn)換完成為止。在芯片開始工作的時(shí)候，處理器將會(huì)向ADC0832的時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DI端口將會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的選擇 ，在第1個(gè)時(shí)鐘脈

21、沖信號(hào)來到前，DI端口一定要是高電平，這就表示ADC0832啟動(dòng)。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來以前，DI端口應(yīng)該輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)如表1所示。表1 ADC0832的配置位輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+如表1所看到的，在配置位CH0與CH1的數(shù)字為1、0時(shí)，僅僅可以對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。在配置位CH0與CH1數(shù)字為1、1時(shí)，僅僅可以對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。在配置位CH0與CH1數(shù)字為0、0時(shí)，正輸入端IN+為CH0和負(fù)輸入端IN-為CH1，將其兩者進(jìn)行輸入。在配置位CH0與CH1數(shù)字為0、1時(shí)，負(fù)輸入端IN-位CH0

22、，正輸入端IN+位CH1，將其兩者進(jìn)行輸入。在第三個(gè)脈沖來到以后，DI端口就失去了輸入電平的功能，在這以后DI/DO端就會(huì)開始通過DO數(shù)據(jù)輸出端進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第四個(gè)時(shí)鐘脈沖起，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的最高位D7將由DO端口輸出。直到最低位數(shù)據(jù)從第11個(gè)脈沖發(fā)出時(shí)，這就完成了一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的輸出。與此同時(shí)相反字節(jié)數(shù)據(jù)也將輸出，這是從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖開始輸出的。從第11個(gè)到第19個(gè)輸出8個(gè)時(shí)鐘脈沖，到19個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出之后，A/D轉(zhuǎn)換即完成了一次。在將CS設(shè)置為高電平，使得芯片不能夠使用，最后對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)訂的處理就可以了。2.2.7繼電器繼電器作為一種電控制的器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化抵達(dá)器件

23、規(guī)定的要求時(shí)，在電氣輸出的電量里會(huì)被控制發(fā)生預(yù)定階躍變化的一種電器。繼電器的控制系統(tǒng)（輸入回路）與被控制系統(tǒng)（輸出回路）之間是相互有著聯(lián)系的。繼電器常常被應(yīng)用其控制自動(dòng)化的電路中，其實(shí)際上可以看做是用小電流去控制較大的電流工作的一類“自動(dòng)開關(guān)”。因此繼電器在電路中起著保護(hù)電路、自動(dòng)開關(guān)的作用。繼電器種類很多，本系統(tǒng)采用的是電磁繼電器，電磁繼電器大多數(shù)是由線圈、鐵芯、銜鐵及觸點(diǎn)簧片等構(gòu)成的。只要有一定的電流在線圈的兩端流過，繼電器內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生電磁效應(yīng)產(chǎn)生磁力，在磁力吸引的作用下，銜鐵快克服了彈簧拉力的作用，將會(huì)吸附在常開觸點(diǎn)上，使得電機(jī)M開始工作。在線圈沒有通上電的時(shí)候，電磁效應(yīng)也會(huì)同時(shí)消失，銜

24、鐵快會(huì)在彈簧拉力的作用下回到其原有的位置即斷開觸點(diǎn)，通過控制線圈的通電與斷電，從而達(dá)到銜鐵快與兩觸點(diǎn)之間的選擇連接，使得達(dá)到電路斷開及導(dǎo)通的目的。圖10 繼電器控制水泵圖10中Q2PNP型三級(jí)管的b基級(jí)低電位時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器控制K1單刀雙擲開關(guān)向右邊偏離，電機(jī)M水泵通電，D2的LED燈亮起，水泵開始工作。2.2.8 蜂鳴器及按鍵蜂鳴器：蜂鳴器位本系統(tǒng)中涉及的報(bào)警系統(tǒng)部分，其電路圖結(jié)構(gòu)如圖11所示。當(dāng)PNP三極管導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器響起。圖11 蜂鳴器報(bào)警按鍵：按鍵設(shè)計(jì)如圖12所示。S1位復(fù)位鍵、S2位設(shè)置濕度值的按鍵、S3濕度值調(diào)整加鍵、S4濕度值調(diào)整減鍵。圖12 按鍵電路2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

25、2.3.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)土壤濕度檢測程序、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的程序、設(shè)置濕度上下限的程序、顯示程序、蜂鳴器程序等。主程序流程如圖3所示。開始初始化及顯示啟動(dòng)界面設(shè)置濕度上下限檢測土壤濕度數(shù)據(jù)處理啟動(dòng)報(bào)警開啟水泵判斷澆花是否結(jié)束？關(guān)閉水泵是否是否判斷是否澆花？圖13 程序流程圖2.3.2 LCD1602顯示程序液晶顯示器LCD1602的顯示是通過液晶的物理特性原理來實(shí)現(xiàn)的，使用電壓能夠控制顯示區(qū)域，當(dāng)有電的時(shí)候，液晶就能夠顯示圖像。液晶顯示器很薄，能夠在大規(guī)模電路下直接被驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，很容易實(shí)現(xiàn)彩色顯示，當(dāng)前已經(jīng)被廣泛使用在平板電腦、智能相機(jī)、移動(dòng)通信工具等方面，LCD1602液

26、晶顯示器的寫指令以及寫數(shù)據(jù)程序如下所示：void write_com(uchar com)/寫指令rs=0;rd=0;lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)/寫數(shù)據(jù)rs=1;rd=0;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;2.3.3按鍵程序按鍵是有機(jī)械特性。但按鍵閉合式，并不能馬上保存良好的接觸，二十來回彈跳。這個(gè)時(shí)間很短，我們的手根部感覺不出來。但是對(duì)于每秒能夠執(zhí)行上百萬次指令的單片機(jī)來說，這個(gè)時(shí)間相對(duì)來說還是很長的。

27、在這段上下抖動(dòng)的時(shí)間里，單片機(jī)會(huì)讀到很多次的高低電平。如果不對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，那么系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為按鍵被按了多次。而事實(shí)上，我們是手一直按這并么有重復(fù)多次。若是要想正確的判斷按鍵是否按下，系統(tǒng)就需要避開這段時(shí)間。根據(jù)一般按鍵的機(jī)械特征，這段時(shí)間一般在10ms30ms之間。按鍵流程圖如圖14所示。開始鍵按下？延時(shí)30ms鍵還按下？讀取鍵值等待釋放圖14 按鍵流程圖unsigned char v_readkey_f(void);/延時(shí)程序unsigned char key;if(P17=0)delay(30); /延時(shí)30msif(P17=0) key=1; while(!P17)/等待釋放 else

28、key=02.3.4 ADC0832芯片接口程序?yàn)榱四軌蜃屝畔⒌牧魍ㄗ兊每焖儆行В到y(tǒng)需要使用C語言進(jìn)行接口程序的編寫。模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置ADC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間只有32us，因此A/D轉(zhuǎn)換的頻率會(huì)非?？?，這也保證了A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在一些特定場合的要求。數(shù)據(jù)在程序中是以子程序的方式形成的，這樣可以方便程序的移植。ADC0832讀取數(shù)據(jù)流程圖如圖15所示。開始產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)能使芯片輸入通道控制字讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)矯正將值送入指定寄存器結(jié)束圖15 ADC0832讀取數(shù)據(jù)流程圖第3 章 仿真設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試3.1 仿真設(shè)計(jì)本次仿真實(shí)現(xiàn)了通過對(duì)右邊可變電阻模擬濕度傳感器，使得LCD顯示相應(yīng)的數(shù)值。再通過對(duì)中間

29、按鍵模塊輸入相應(yīng)的溫濕度上下限，當(dāng)濕度低于一定數(shù)值時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行通知處理。提示濕度已經(jīng)低于一定數(shù)值，需要進(jìn)行澆水，單片機(jī)控制電磁閥進(jìn)行澆水。當(dāng)濕度達(dá)到一定值時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥關(guān)閉澆水。仿真如圖14所示。圖14 仿真圖3.2 硬件調(diào)試根據(jù)電路原理圖，焊接出實(shí)物，在將程序燒錄到AT89C51單片機(jī)中。接通電源，改變土壤濕度值，觀察實(shí)物是否正常運(yùn)行。若正常運(yùn)行則不需要進(jìn)行硬件的調(diào)試工作，反之需要進(jìn)行硬件的調(diào)試。調(diào)試步驟如下：1、 檢查電路板電路焊接是否正確及各部件是否松動(dòng)和安裝正確；2、 用萬用表檢查是否有虛焊、引腳短路現(xiàn)象；3、 測試元件是否毀壞；4、 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試；測試結(jié)果及結(jié)論1、

30、 本系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行檢測，工作正常，說明本系統(tǒng)穩(wěn)定性良好；2、 系統(tǒng)可以在不同的土壤濕度條件下進(jìn)行正常的工作，與理論相符，說明程序正確；3、 系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確的測量出土壤的濕度，因此認(rèn)為系統(tǒng)在響應(yīng)時(shí)間上能滿足要求。第4章 結(jié)論這次植物自動(dòng)澆灌系統(tǒng)，這系統(tǒng)是根據(jù)電子類自動(dòng)澆水裝置工作原理為基準(zhǔn)，采用現(xiàn)代傳感技術(shù)采集土壤水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，再通過單片機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行控制，使其澆灌模塊是否進(jìn)行運(yùn)作。這個(gè)植物自動(dòng)澆灌系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是通過檢測土壤數(shù)據(jù)并在LCD1602上進(jìn)行顯示，二是通過系統(tǒng)分析對(duì)澆灌系統(tǒng)進(jìn)行控制。YL-69作為土壤濕度檢測的傳感器模塊，在把土壤檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)

31、系統(tǒng)中，并通過單片機(jī)是I/O輸出到LCD上進(jìn)行顯示。在LCD上顯示的數(shù)值即是土壤濕度值，這也是判斷是否進(jìn)行澆灌的數(shù)值。自動(dòng)澆花部分和檢測到土壤濕度并顯示部分構(gòu)成了系統(tǒng)的控制部分和數(shù)據(jù)檢測部分。它設(shè)計(jì)為智能性，自動(dòng)澆花部分是通過單片機(jī)分析有YL-69土壤濕度檢測裝置檢測到的土壤數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到土壤濕度值低于設(shè)定的下限值時(shí)，那么系統(tǒng)通過控制繼電器控制澆灌裝置進(jìn)行澆灌，當(dāng)開始澆水一段時(shí)間后，系統(tǒng)通過土壤濕度檢測裝置檢測都土壤濕度數(shù)值高于設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)再次控制繼電器控制澆灌系統(tǒng)停止?jié)菜⒖嘉墨I(xiàn)1 張兆明.基于AT89C52的家庭智能澆花器的設(shè)計(jì)J.電子設(shè)計(jì)工程,2011.032 程捷、何晨.

32、基于單片機(jī)的溫濕度檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.儀表技術(shù),2011.06 3 趙麗、張春林.基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.長春大學(xué)學(xué)報(bào),2012.094 袁騰、王帥、梅明、姜天華.基于單片機(jī)原里的可定時(shí)自動(dòng)澆花器J.高科技產(chǎn)品研發(fā)，2012.075 劉明真、陳鴻.基于單片機(jī)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.學(xué)術(shù)問題研究，2011.016 甘龍輝.基于單片機(jī)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J7 郭天祥.51單片機(jī)C語言教程M8 AT89S51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 5da7148.html 2012.11.24 9 Nilesh R. Patel Rahul B. Lanjewar Microcontroller Based Drip Irrigation System Using Smart Sensor J,2013.8.13致謝在我學(xué)年論文即將完成之際，標(biāo)志我的大學(xué)生活還有半年就將結(jié)束?；叵肫疬@三年半的大學(xué)生涯，我的心情久久不能平靜，我的求學(xué)生涯在家人、師長、同學(xué)朋友的大力支持和幫助下，走的艱辛卻也收獲豐盛。盡管我崇尚偉人、名人，可是今天的我需要將我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡