《基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》11000字（論文）

第1章概述1.1設(shè)計(jì)背景隨著綠色地球，綠色經(jīng)濟(jì)等概念的提出,越來越多的人更加注重家庭綠色植物的布置，這是使家庭園藝市場異?；鸨脑蛑弧Ｈ欢?快節(jié)奏的生活也凸顯出來了很多問題,比如說很多人愿意養(yǎng)花,但是養(yǎng)不好花。越來越多的年輕人面臨著巨大的壓力,面臨著買房買車的困境,沒有固定的時(shí)間來照顧自己的盆栽,這就會使盆栽長勢不好或者成活率不高。除此之外,我們的盆栽植物是綠色植物,除了它自身的可以觀賞和怡情的作用以外,還具有他作為綠色植物的作用,可以吸收空氣中的部分二氧化碳。研究表明,很多農(nóng)村或者生活環(huán)境中綠色植物更高的地方空氣都更加清新，有害氣體指數(shù)更低。因此,加入種植花草隊(duì)伍的人也越來越多。給花盆及時(shí)的澆水,以及澆水的周期和澆水量都是影響盆栽成長的主要因素。但是,很多人由于自己的各種原因會沒時(shí)間照顧自己的盆栽,比如:出差,加班,外出旅游等。花卉的生長問題主要出現(xiàn)在各種澆水情況下。如果因?yàn)槲覀冏约旱恼疹櫜恢軐?dǎo)致了盆栽長勢不利,那么就違背了我們養(yǎng)盆栽的初心,也沒有發(fā)揮出他們自身優(yōu)勢。因此,我想設(shè)計(jì)一款,能夠解放人們雙手,隨時(shí)隨地通過手機(jī)就能看到自己花草具體情況,并且通過對花盆濕度的檢測,能夠在自己設(shè)置的閾值下,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)澆水。也避免了因主人沒時(shí)間而忽視自己的花草。造成花草死掉的后果。1.2設(shè)計(jì)目的及意義1.2.1設(shè)計(jì)目的近年來,電子行業(yè)發(fā)展極為迅速,以此為基礎(chǔ)的智能家居行業(yè)也迅猛發(fā)展,智能冰箱,智能家電系統(tǒng)等為生活帶來了方便和趣味。從前可能很多的技術(shù)和核心材料都要依靠外國才能完成,但是現(xiàn)在的中國在各個(gè)方面都處于國際前端,所以在這樣一個(gè)人口大國,智能化國內(nèi)市場已經(jīng)是一個(gè)成熟而穩(wěn)定的大市場，為我國的人民帶來美好生活的同時(shí)也解決了很多人才的就業(yè)問題,挖掘出來了很多新型人才。在我國能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)澆花的設(shè)備有很多,但是實(shí)現(xiàn)的功能和使用的原理卻有很多不同,根本目的都是一樣的，是為了讓人們種植的盆栽植物能夠正常生長。盆栽現(xiàn)在已經(jīng)非常的普遍了,卻因?yàn)槿藗冏约旱母鞣N原因而植物的長勢受到影響。智能澆花系統(tǒng)便可以解決到這類人群的這些問題。于此同時(shí),如果智能澆花系統(tǒng)能夠走向家庭,也是人們進(jìn)入智能化時(shí)代的一大進(jìn)步。1.2.1設(shè)計(jì)意義在中國古代,很多的文人高官就十分的喜愛種植花花草草,更有很多詩人的詩詞來源于種植的花草,這可以得出從古到今有很多的人喜歡養(yǎng)盆栽來陶冶自己的情操,此外這也是一種休閑娛樂的方式,但是由于現(xiàn)代人生活壓力大,越來越?jīng)]有時(shí)間和經(jīng)力去照顧花草盆栽。這也成為了很多盆栽死亡的主要原因。為了解決按時(shí)澆花并且可以及時(shí)觀察花草的具體情況的，很多的年輕人會選擇在手機(jī)的備忘錄上記錄時(shí)間，但是這類方法一方面沒有及時(shí)的提醒作用，也存在很多其他的缺陷。市場上雖然也有很多的澆花系統(tǒng)，但都是捆綁銷售，價(jià)格高昂，對于普通的家庭或者正在為買車買房奮斗的年輕人來說，沒有辦法承受。智能澆花系統(tǒng)能夠解決這一些列的問題，該系統(tǒng)主要通過一個(gè)電容式的溫濕度傳感器，接收花盆土壤的濕度，通過AD轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號再輸入單片機(jī)最終顯示在與單片連接的LCD電子屏幕上，通過自己對盆栽植物的了解提前在單片機(jī)上設(shè)置閾值，如果監(jiān)測到濕度不夠時(shí)就會自動(dòng)抽水，到達(dá)指定濕度時(shí)會制動(dòng)停止。除此，為了方便主人及時(shí)準(zhǔn)確的了解盆栽植物，還將傳感器的濕度傳到手機(jī)藍(lán)牙工具上，通過藍(lán)牙接收濕度信息，在藍(lán)牙助手上還可以設(shè)置閾值，解放養(yǎng)花者的時(shí)間。在樣子一個(gè)簡單的操作，一方面能夠保障花草的正常生長，另一方面能夠解放養(yǎng)花者的時(shí)間，享受更好的養(yǎng)花過程。1.3設(shè)計(jì)原理智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為主,利用濕度傳感器獲取相應(yīng)的濕度信息以后通過AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,再進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)對比完成自動(dòng)澆水。也將所檢測的相關(guān)信息通過HC-05藍(lán)牙模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,在手機(jī)方便能查看到相應(yīng)的數(shù)據(jù),也能實(shí)現(xiàn)修改濕度閾值等功能。智能澆花系統(tǒng)以現(xiàn)在流行的智能家居為基礎(chǔ)進(jìn)行的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)模型以單片機(jī)為核心,用濕度傳感器檢測實(shí)時(shí)濕度,再通過對單片機(jī)的編程,獲取傳感器檢測到的濕度數(shù)據(jù),根據(jù)設(shè)置的濕度閾值進(jìn)行對比,以達(dá)到超出閾值自動(dòng)抽水;手機(jī)端可以通過藍(lán)牙串口助手發(fā)送相關(guān)指令完成查詢濕度信息以及調(diào)整傳感器的閾值,及時(shí)澆水。

第2章智能澆花系統(tǒng)可行性與需求分析2.1可行性分析2.1.1技術(shù)可行性分析由于智能家電的快速崛起,很多專業(yè)人才加入,所以很多相關(guān)技術(shù)都相當(dāng)成熟，在市面上有很多的測量濕度的傳感器,有的不僅能檢測濕度還能自動(dòng)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);單片機(jī)則是在開發(fā)階段一個(gè)成熟的簡單控制系統(tǒng),單片機(jī)上有很多通用接口,這些接口可以連接不同的硬件設(shè)備完成單片機(jī)對他們的控制功能，所以只對單片機(jī)進(jìn)行編程,調(diào)整好接口即可完成相對應(yīng)的功能,比如連接LCD那么可以在單片機(jī)上編程就可顯示在LCD屏幕上。同時(shí)還可以連接藍(lán)牙模塊,可以使藍(lán)牙設(shè)備和藍(lán)牙連接后就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。正是因?yàn)楝F(xiàn)在技術(shù)的成功,資源的共享以及相關(guān)硬件設(shè)備的完善,以單片機(jī)為主要的智能澆花系統(tǒng)是完全可設(shè)計(jì)執(zhí)行的。2.1.2經(jīng)濟(jì)可行性分析智能澆花系統(tǒng)選擇的是家庭中最平凡的花盆作為服務(wù)的對象，大多數(shù)的智能家居產(chǎn)品面臨的是冰箱洗衣機(jī)等大型家電，所測試的成本比較高昂，同時(shí)人們在選擇時(shí)也會由于金錢的高昂而猶豫再三。而我們的智能澆花系統(tǒng)面臨的是最經(jīng)濟(jì)便宜的花盆，所以對于消費(fèi)者來說，接受程度能夠更大一些。同時(shí)我們使用的材料也是最簡單的，簡單的單片機(jī)系統(tǒng)，最簡單的藍(lán)牙模塊，此類硬件設(shè)施在研究方面能夠節(jié)省資金，同時(shí)也更具可行性。2.2需求分析2.2.1系統(tǒng)需求分析經(jīng)過謹(jǐn)慎的問卷調(diào)查表格的設(shè)置，對100位行人進(jìn)行了街頭問卷調(diào)查，問題主要集中在一下幾點(diǎn)：1在學(xué)習(xí)或者工作之余是否會養(yǎng)綠植；2一個(gè)人住是否會覺得照料綠植是一項(xiàng)麻煩的事情；3如果出差是否擔(dān)心綠植枯死；4如果市場出現(xiàn)一款可以手機(jī)控制的智能澆花器，是否會購買；5關(guān)于澆花器的價(jià)格你能接收多少元區(qū)間。經(jīng)過各種調(diào)查之后，我們的出來一系列數(shù)據(jù)，并且得出一下結(jié)論：1絕大多數(shù)的人在學(xué)習(xí)和工作之余愿意養(yǎng)綠植；2如果自己一個(gè)人住，平時(shí)比較忙，有約一半的人會覺得養(yǎng)綠植很麻煩；3有超過一半的人會在自己出差的時(shí)候擔(dān)心自己所養(yǎng)的綠植；4有四分之三的人愿意購買這類智能澆花系統(tǒng)；5絕大多數(shù)人能夠接收100元以內(nèi)的澆花器，極少數(shù)對價(jià)格沒有要求。根據(jù)研究表示，智能澆花系統(tǒng)是一款滿足市場的系統(tǒng)，具有開發(fā)的價(jià)值。2.2.2功能需求分析很多人喜歡養(yǎng)花養(yǎng)草等，但是由于自己工作或者學(xué)習(xí)沒時(shí)間去進(jìn)行照料，很容易導(dǎo)致自己所養(yǎng)的綠植枯死。養(yǎng)綠植不僅是對我們凈化空氣非常有利，同時(shí)在對我們?nèi)梭w的心靈有很大的作用，在養(yǎng)花草的過程中能夠修生養(yǎng)性，能夠讓自己有個(gè)很好的心態(tài)，同時(shí)對于自己所養(yǎng)護(hù)的綠植一定是充滿情感的。所以能夠?qū)G植進(jìn)行自動(dòng)的澆水和檢測濕度，是一個(gè)非常適合現(xiàn)在的系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要是檢測花盆的濕度，以及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)，讓消費(fèi)者能夠及時(shí)的了解情況，當(dāng)花盆的濕度指數(shù)小于消費(fèi)者自己根據(jù)所養(yǎng)的植物設(shè)置的閾值，就會自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)抽水。我們消費(fèi)者可以通過按鍵手動(dòng)改寫閾值或者通過手機(jī)的藍(lán)牙助手輸入口令來改寫閾值。實(shí)現(xiàn)對植物水分的控制。這樣子能夠更科學(xué)更方便對植物的養(yǎng)護(hù)。濕度傳感器能夠直接插入花盆內(nèi)部，直接接觸土壤，水泵能放置在水盆或者水缸里，在外出差的時(shí)候，通過對閾值的調(diào)整和對水杠里放滿水，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花。同時(shí)在消費(fèi)者自己比較空閑的時(shí)候，可以打開手機(jī)藍(lán)牙助手隨時(shí)隨地查看花盆濕度情況，并且可以通過自己養(yǎng)花的經(jīng)驗(yàn)設(shè)置一定的閾值。第3章智能澆花系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)根據(jù)上述需求分析，系統(tǒng)詳細(xì)功能如圖3-1所示：智能澆花系統(tǒng)智能澆花系統(tǒng)LCD顯示模塊土壤檢測模塊藍(lán)牙控制模塊系統(tǒng)設(shè)置模塊濕度檢測判斷澆水藍(lán)牙查詢濕度值顯示濕度值藍(lán)牙閾值設(shè)置閾值設(shè)置圖3-1智能澆花功能模塊圖3.1.1濕度檢測功能盆栽成活的關(guān)鍵因素在于環(huán)境是否利于成長，濕度檢測則是盆栽成活的關(guān)鍵檢測因素。將濕度傳感器放入土壤中，感受到土壤此時(shí)的確切濕度，通過傳感器的串口與AD轉(zhuǎn)換器連接，進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后再傳置單片機(jī)內(nèi)部，完成濕度的檢測功能。3.1.2判斷澆水功能通過濕度傳感器對土壤濕度的檢測，將檢測的濕度通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后與事先設(shè)置好的濕度閾值進(jìn)行對比，如若檢測值小于設(shè)置閾值，則表示需要澆水，此時(shí)電機(jī)便會自動(dòng)工作，LCD顯示NO。如若檢測值大于設(shè)置閾值，則表示不需要澆水，LCD顯示OFF。3.1.3顯示濕度值功能當(dāng)使用濕度傳感器時(shí),將感應(yīng)端放入土壤里面進(jìn)行檢測,再通過接口連接AD轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換采集的模擬信號的數(shù)據(jù),再傳入單片機(jī)內(nèi)顯示再LCD上。3.1.4藍(lán)牙查詢濕度值功能通過藍(lán)牙串口助手可以查看到土壤實(shí)時(shí)濕度，主要是通過單片機(jī)的串口與藍(lán)牙模塊相連接,再使手機(jī)下載藍(lán)牙工具與藍(lán)牙模塊匹配后,在遠(yuǎn)程也能夠通過手機(jī)接收家中盆栽的土壤具體濕度值。3.1.5藍(lán)牙閾值設(shè)置功能通過手機(jī)藍(lán)牙串口助手APP與單片機(jī)上的藍(lán)牙模塊相匹配,連接后即可對植物現(xiàn)在的濕度值以及閾值進(jìn)行查詢并且對所需濕度的閾值進(jìn)行調(diào)控,以達(dá)到使植物最適合生長的環(huán)境。3.1.6閾值設(shè)置功能通過對不同的盆栽植物所需要的土壤濕度有不同值的了解，針對于不同的盆栽，可以通過系統(tǒng)按鍵進(jìn)行設(shè)置濕度閾值，一共有四個(gè)按鍵，第一個(gè)按鍵表示進(jìn)入閾值設(shè)置模塊，第二和第三個(gè)模塊自由調(diào)整濕度值，最后一個(gè)按鍵確認(rèn)濕度值。以達(dá)到最適合植物生長的環(huán)境。3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)對智能澆花系統(tǒng)的需求分析，以及對數(shù)據(jù)的一系列流程進(jìn)行分析后，可將該系統(tǒng)劃分為5個(gè)模塊:信息采集模塊：主要是對盆栽的土壤濕度進(jìn)行采集，能夠準(zhǔn)確的掌握土壤的信息，進(jìn)行澆水預(yù)判。數(shù)據(jù)處理模塊：主要是在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，將經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成功的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)功能的處理。顯示模塊：處理結(jié)束的數(shù)據(jù)會經(jīng)過串口進(jìn)入LCD顯示屏顯示。藍(lán)牙控制模塊：藍(lán)牙模塊通過手機(jī)串口助手進(jìn)行連接后，能夠在手機(jī)端接收濕度信息，同時(shí)能夠在手機(jī)端進(jìn)行閾值的修改。電機(jī)澆水模塊：在處理階段通過采集的數(shù)值與設(shè)置的閾值進(jìn)行的比較后，采取自動(dòng)澆水。具體的結(jié)構(gòu)如下圖所示：顯示模塊顯示模塊AD轉(zhuǎn)換濕度傳感器單片機(jī)LCD顯示藍(lán)牙控制電機(jī)澆水信息采集模塊數(shù)據(jù)處理模塊藍(lán)牙控制模塊電機(jī)澆水模塊圖3-2智能澆花系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3設(shè)備選型3.3.1信息采集模塊此模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對濕度信息的采集。把傳感器放到花盆的土壤中，等待一會就檢測出相應(yīng)的濕度信息。選擇設(shè)備標(biāo)準(zhǔn):設(shè)備應(yīng)簡單,體積小巧,檢測靈敏,使用時(shí)間長,容易清潔,對電源要求低設(shè)備選型：電容式土壤濕度傳感器，此模塊插入土壤中檢測濕度信號，再將獲取的信號通過接口傳遞給A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。電容式土壤濕度傳感器的特點(diǎn)是,不采用電阻式采集信號，而是以兩個(gè)電容為基礎(chǔ)，通過兩個(gè)電容之間的感應(yīng)原理來檢測土壤濕度,采用PVC外皮耐腐蝕，并且在內(nèi)部也增加了一個(gè)能夠穩(wěn)定電壓的芯片使檢測的信號更加準(zhǔn)確,同時(shí)支持工作的電壓范圍是3.3V到5.5V,輸出電壓在0-3V范圍內(nèi);大小為長98mm寬23mm。電容式土壤濕度傳感器如圖3-3所示:圖3-3電容式土壤濕度傳感器主要功能：檢測土壤的實(shí)時(shí)濕度。3.3.2數(shù)據(jù)處理模塊此模塊是單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊。單片機(jī)是系統(tǒng)的核心，進(jìn)行著數(shù)據(jù)的總體處理，接收到檢測后的數(shù)據(jù)信息后傳遞到連接的LCD上進(jìn)行相關(guān)顯示。同時(shí)，單片機(jī)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后也會將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿{(lán)牙模塊，通過藍(lán)牙匹配后手機(jī)也可查詢濕度和閾值信息。單片機(jī)選型選擇設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)：體積相對小，耗電量低，引腳滿足通用，代碼能夠兼容傳統(tǒng)的單片機(jī)。設(shè)備選型：STC89C52RC型號單片機(jī)，體積屬于較小的，而且適用很多系統(tǒng)，功耗的使用率也比較低，抗干擾能力強(qiáng)并且穩(wěn)定性強(qiáng)。這款單片機(jī)比8051系列的單片機(jī)功能更加完善，具有兩種模式分別是：6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期，可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求任意選擇，指令或者代碼能夠和傳統(tǒng)8051單片機(jī)共使用REF_Ref4749\r\h[1]；支持的工作電壓在5.5V到3.3V范圍內(nèi)，用戶能夠使用的空間為8K字節(jié)，片上集成的RAM有512字節(jié)具有看門狗功能，共有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器REF_Ref5043\r\h[2]。STC89C52RC單片機(jī)主芯片如圖3-4所示：圖3-4STC89C52RC單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器選型選擇設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)：能夠正常進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，體積小，分辨率高。選型：ADC0832，內(nèi)部具有的AD轉(zhuǎn)換芯片位8位分辨率，而且芯片的分辨率最高可達(dá)256級，可滿足一般開發(fā)情況下的模擬量轉(zhuǎn)換要求REF_Ref12981\r\h[3]。并且芯片的模擬電壓輸入為0-5V之間是因?yàn)樾酒瑑?nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間只有32us，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)驗(yàn)證，為了減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強(qiáng)，獨(dú)立芯片可使輸入，使多設(shè)備掛鉤和處理器控制更加方便REF_Ref13043\r\h[4]。通過DI數(shù)據(jù)輸入終端，可以方便地實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。A/D轉(zhuǎn)換模塊引腳圖如下：圖3-5A/D轉(zhuǎn)換模塊引腳圖3.3.3顯示模塊此模塊是顯示模塊使用LCD顯示器。選擇設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)：能夠清晰顯示信息。設(shè)備選型：LCD1602一共有兩行，分為上行和下行，能夠滿足系統(tǒng)所需要的顯示，每行都可以顯示16個(gè)字母數(shù)字。我們用第一行來顯示CurrentSoilMoist(當(dāng)前土壤濕度)，第二行Re:(土壤此刻濕度)%；M：（OFF，NO）。LCD1602液晶屏如圖3-6所示：圖3-6LCD1602液晶屏主要功能：顯示實(shí)時(shí)檢測的土壤濕度以及是否需要澆水。3.3.4藍(lán)牙控制模塊此模塊包括手機(jī)藍(lán)牙模塊。通過藍(lán)牙模塊傳輸檢測到的數(shù)據(jù)，手機(jī)下載藍(lán)牙串口APP輸入指令完成接收數(shù)據(jù)，同時(shí)輸入相關(guān)指令還可更改土壤濕度閾值。選擇標(biāo)準(zhǔn)：與手機(jī)藍(lán)牙可配對，響應(yīng)靈敏度高。當(dāng)單片機(jī)與藍(lán)牙模塊相鏈接,不僅可以從單片機(jī)上傳輸數(shù)據(jù)到藍(lán)牙模塊，也可以反向傳輸信息；當(dāng)手機(jī)藍(lán)牙與藍(lán)牙模塊匹配后手機(jī)遠(yuǎn)程可以通過藍(lán)牙進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的接收以及及時(shí)調(diào)整土壤濕度閾值。藍(lán)牙模塊如圖3-7所示：圖3-7藍(lán)牙模塊主要功能：與手機(jī)藍(lán)牙相匹配，通過手機(jī)串口助手對土壤濕度閾值的更改。3.3.5電機(jī)澆水模塊選擇標(biāo)準(zhǔn)：使用壽命長，體積小。設(shè)備選型：我們選擇USB直流小水泵，由于盆栽的體積都相對小，而且水在土壤中要慢慢的滲透，選擇一個(gè)小型的水泵就能滿足要求，并且不占用太多地方。主要是在濕度檢測后根據(jù)閾值來進(jìn)行澆水，在濕度小于設(shè)置的閾值時(shí)進(jìn)行澆水，當(dāng)濕度達(dá)到閾值后便停止工作。電機(jī)澆水模塊如圖3-8所示：圖3-8電機(jī)模塊主要功能：抽取水池的水給盆栽澆水。第4章智能澆花系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)4.1濕度檢測電路設(shè)計(jì)濕度檢測使用電容式濕度傳感器。內(nèi)具穩(wěn)壓模塊能夠穩(wěn)定檢測濕度，外觀呈現(xiàn)長條形，更加方便插入土壤。傳感器的引腳比較簡單只有3個(gè)，但每個(gè)引腳的作用非常重要，分別是VCC：通常接在電源的正極，適用電壓為3.3-5.5V的電源，GND：接在電源負(fù)極或者直接接地，AUOT：數(shù)據(jù)輸出，可以連接單片機(jī)REF_Ref13278\r\h[5]。此款傳感器的主要部件是濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路，濕敏電容是兩個(gè)電容成串聯(lián)連接組成的，每個(gè)電容都由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極構(gòu)成，濕敏材料是一種介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對濕度變化而變化的高分子聚合物REF_Ref13363\r\h[6]。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對濕度增大時(shí)，濕敏電容量隨之增大，反之減?。娙萘客ǔＪ?8-56pf間）。傳感器的感應(yīng)段將濕敏電容變化量通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對應(yīng)與相對濕度0-100%RH的變化，傳感器的輸出呈現(xiàn)0-1V的線性變化。檢測出來的模擬信號與ADC轉(zhuǎn)換器連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。電容式濕度傳感器與ADC0832接口電路如圖所示：圖4-1電容式濕度傳感器與ADC0832接口電路4.2A/D轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)1.單片機(jī)對ADC0832的控制原理一般情況下ADC0832與單片機(jī)有4條接口線并且都是數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但是D0和D1再通信時(shí)不能同時(shí)有效，并且和單片機(jī)的接口之間的連接是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一起當(dāng)一根數(shù)據(jù)線使用。當(dāng)ADC0832在沒有工作時(shí)數(shù)據(jù)線CS輸入端應(yīng)為高電平，這時(shí)候AD芯片處于不能工作狀態(tài)，CLK和DO/DI的電平?jīng)]有固定，無論處于哪個(gè)狀態(tài)都可以REF_Ref13484\r\h[7]。但是當(dāng)要使用芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且在轉(zhuǎn)換過程中一直保持低電平保直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。這個(gè)時(shí)候芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用任意一端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號例如：D0。起始信號是在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DO端必須是高電平。接著輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道并且必須在第2、3個(gè)脈沖下沉之前完成。A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)和傳感器之間的連接如圖所示：圖4-2ADC0832接口電路4.3LCD1602顯示電路設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示器中的液晶是一種本身不能夠發(fā)光，但是被別的物質(zhì)處理過后產(chǎn)生一種獨(dú)特的性質(zhì)才能發(fā)光的，所以才能去顯示字符。該液晶模塊之所以被稱作1602的原因是此模塊有兩行，并且每一行可以顯示16個(gè)字符或數(shù)字。LCD1602的結(jié)構(gòu)是點(diǎn)陣字符，每個(gè)兩行顯示的LCD都是由32個(gè)5x7的點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，一共可顯示32個(gè)字符REF_Ref13627\r\h[8]。他們之間并不是緊密相挨的，他們之間每兩個(gè)字符或者每兩行之間都有一定的距離，主要的作用是讓人們能夠清晰的看懂顯示的字符，不容易混淆和檢查，但是也有一個(gè)缺點(diǎn)就是，由于不同字符和不同行之間存在距離，所以不是任何位置都能顯示。LCD1602液晶屏一共有16個(gè)引腳，每個(gè)引腳的功能都不同，如下表4-1所示：表4-1LCD1602引腳功能表編號符號引腳說明1VSS電源地2VCC5V電源正極3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接電源正極對比度弱，接電源負(fù)極對比度高。4RS寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。5RW讀寫信號線，高電平時(shí)為讀操作，低電平時(shí)為寫操作。6E使能端，高電平時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。7~14D0~D78位雙向數(shù)據(jù)端15BLA背光源負(fù)極或空腳。16BLK背光源正極或空腳。1602液晶模塊的接口電路如圖所示：圖4-3LCD接口電路4.4HC-05藍(lán)牙電路設(shè)計(jì)藍(lán)牙串口是以藍(lán)牙為載體，串口為最終應(yīng)用。它是無線串口的一種。它可以替代現(xiàn)有的串口線。它的基本參數(shù)為：采用主流藍(lán)牙芯片，采用的協(xié)議是藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。工作默認(rèn)電壓在3.6到6V之間。波特率有多種，主要是為4800，9600，19200，38400，57600，115200，用戶可自己設(shè)置，默認(rèn)波特率為9600。模塊尺寸大小為28mmx15mmx2.35mm。（5）配對中電流為30-40ma，配對后無通信電流為2-8ma，有通信電流為8maREF_Ref13892\r\h[9]。休眠電流：無休眠。用于導(dǎo)航系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、現(xiàn)場采集和控制系統(tǒng)。（8）可與藍(lán)牙筆記本電腦、PC+藍(lán)牙適配器、PDA等設(shè)備無縫連接藍(lán)牙模塊使用的波特率有兩種類型：通訊波特率：是指最終應(yīng)用的波特率，和使用普通串口線一樣，單片機(jī)、電腦和藍(lán)牙模塊的通訊波特率應(yīng)該完全相同，例如都是4800REF_Ref13944\r\h[10]。調(diào)試波特率：是指在使用之前對模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)的波特率。單片機(jī)可以與電腦和手機(jī)進(jìn)行通信傳輸信息，但本系統(tǒng)采用與手機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)手機(jī)端想接收藍(lán)牙模塊傳輸?shù)男畔r(shí)，手機(jī)端需要下載藍(lán)牙串口助手APP。連接時(shí)需要按下藍(lán)牙模塊上的啟動(dòng)按鍵，再打開手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行搜索配對，配對成功后，藍(lán)牙模塊上的LED燈先快閃2次，后慢閃1次。此時(shí)便在單片機(jī)與手機(jī)之間的無線串口通道，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)到手機(jī)，手機(jī)到單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙模塊的電路設(shè)計(jì)如圖所示：圖4-4藍(lán)牙接口電路4.5閾值設(shè)置電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)對代碼或者系統(tǒng)的內(nèi)容作轉(zhuǎn)換或者調(diào)整最簡單的是加入按鍵，但是由于按鍵個(gè)數(shù)和單片機(jī)接口的不同，會有很多種不同的設(shè)計(jì)方法，而且每種都有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。而在系統(tǒng)中我選擇的是最簡單的也是最常見的，也就是一個(gè)I/O口對應(yīng)一個(gè)按鈕開關(guān)。系統(tǒng)中我使用P0到P3作為按鍵的I/O端口，在按鍵上每個(gè)都外接一個(gè)上拉電阻，也就是這個(gè)上拉電阻在控制著開關(guān)的狀態(tài)，在按鍵沒變化的時(shí)候，是高電平，一旦有按鍵按下，上拉電阻就發(fā)揮作用，下拉變成低電平。通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)對閾值的調(diào)控，首先按下設(shè)置鍵即進(jìn)入設(shè)置模式，然后根據(jù)具體數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，按加號鍵一次閾值增加百分之一，按減號鍵一次閾值減少百分之一，最后按下確定鍵即完成閾值設(shè)置。具體接口電路如下：圖4-5閾值設(shè)置接口電路圖4.6系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)STC89C52RC型號單片機(jī)具有超強(qiáng)的抗干擾能力，并且耗能相對較小，是最新研究的運(yùn)行速度快的一代單片機(jī)。有5個(gè)端口P0,P1,P2,P3,P4。P0口引腳范圍是P0.0-P0.7，這里面的八個(gè)引腳口最基礎(chǔ)的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出，除此之外還可以把他們當(dāng)成地址和數(shù)據(jù)的復(fù)用總線使用。P1口引腳范圍是P1.0-P1.7，P1最簡單的功能是一個(gè)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)?位帶上拉電阻的引腳，還有兩個(gè)口還有其他的功能，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入和觸發(fā)輸入REF_Ref14045\r\h[11]。P2口引腳范圍是P2.0~P2.7，P2口和P1口有類似的功能，都是帶上拉電阻的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸口,還有一個(gè)功能就是高8位地址總線(A8-A15)。P3口引腳范圍是P3.0~P3.7，P3的基礎(chǔ)功能和P1，P2相同，同時(shí)P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入，P3口除作為一般i/0口外，還有其他一些復(fù)用功能，能夠滿足更多的需求REF_Ref14153\r\h[12]。在系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所有的程序代碼都是在單片機(jī)內(nèi)運(yùn)行的，同時(shí)也進(jìn)行著相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。一方面單片機(jī)與處理數(shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換器連接，接收到處理結(jié)束的數(shù)據(jù)，另一方面連接著顯示器LCD，按鍵和藍(lán)牙模塊。傳感器將采集到的濕度信息通過AUOT口傳輸?shù)紸DC0832轉(zhuǎn)換器里面進(jìn)行模數(shù)處理。處理過的數(shù)字信號再通過D0口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理。最終將接收到的信號通過P0接口顯示在LCD1602上，同時(shí)也通過TX接口將數(shù)字信息傳輸至藍(lán)牙模塊。在藍(lán)牙端需要寫進(jìn)單片機(jī)的信息通過RX口再寫入單片機(jī)內(nèi)部，同時(shí)按鍵的輸入也通過P2口傳遞進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部。整個(gè)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)如下圖：圖4-6系統(tǒng)硬件電路圖第5章智能澆花系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)智能澆花系統(tǒng)分為五個(gè)模塊，濕度采集模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、閾值設(shè)置模塊以及藍(lán)牙控制模塊。濕度采集模塊主要是如何獲取濕度數(shù)值程序；A/D轉(zhuǎn)換模塊主要是數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬信號到數(shù)字信號過程的程序；液晶顯示模塊是LCD上顯示初始化和濕度的程序；閾值設(shè)置模塊是按鍵調(diào)整閾值的程序；藍(lán)牙模塊的程序即是展示如何將單片機(jī)與與藍(lán)牙模塊連接。5.1濕度采集模塊信息的采集通過傳感器進(jìn)行，首先是將傳感器檢測端插入土壤，等待相關(guān)信號傳出到與之連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過串口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部進(jìn)行后續(xù)的處理。采集流程圖如下：圖5-1濕度采集程序流程體電容式濕度傳感器通過濕敏原件原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并且將采集到的相應(yīng)濕度信息通過AUTO數(shù)據(jù)管口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。程序代碼（部分代碼如下）。voidUsartRX(void){unsignedintlen=0; if(USART_RX_STA&0x8000) {len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收數(shù)據(jù)的長度 if((USART_RX_BUF[0]=='R')&&(USART_RX_BUF[1]=='E')&&(USART_RX_BUF[2]=='A')&&(USART_RX_BUF[3]=='D')){TX_Humidity(); USART_RX_STA=0; }elseif((USART_RX_BUF[0]=='M')&&(USART_RX_BUF[1]=='O')&&(USART_RX_BUF[2]=='D')&&(USART_RX_BUF[3]=='I')&&(USART_RX_BUF[4]=='F')&&(USART_RX_BUF[5]=='Y')){ LCD1602_Rest(); Display_Flag=1; TX_Humidity1(); USART_RX_STA=0; } else5.2A/D轉(zhuǎn)換模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊一邊連接傳感器AUTO接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，另一邊連接單片機(jī)的D0接口將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的濕度信息傳遞到單片機(jī)進(jìn)行處理。AD轉(zhuǎn)換模塊工作主要通過CS端口和CLK端口的值來確定。通道值讀取部分代碼如下：ucharADC0832_ADC(charCH){uchari,dat1=0,dat2=0; CS=0;CLK=0;DIO=1;_nop_();_nop_(); CLK=1;_nop_();_nop_(); CLK=0;DIO=1;_nop_();_nop_(); CLK=1;_nop_();_nop_(); if(CH==0){ CLK=0;DIO=0;_nop_();_nop_();CLK=1;DIO=1;_nop_();_nop_();} if(CH==1){ CLK=0;DIO=1;_nop_();_nop_();CLK=1;DIO=0;_nop_();_nop_();} CLK=0;DIO=1;_nop_();_nop_(); for(i=0;i<8;i++) { CLK=1;_nop_();_nop_(); CLK=0;_nop_();_nop_(); dat1=dat1<<1|DIO;} for(i=0;i<8;i++) { dat2=dat2|((uchar)(DIO)<<i); CLK=1;_nop_();_nop_(); CLK=0;_nop_();_nop_();} CS=1; } ……5.3液晶屏顯示模塊LCD1602液晶顯示屏為兩行顯示液晶屏，每行顯示的內(nèi)容都不同，首先要對顯示屏進(jìn)行初始化，并且初始化顯示的內(nèi)容為CurrentSoilMoist(當(dāng)前土壤濕度)。液晶屏初始化部分代碼如下：voidLCD1602_Init(){ lcdrw=0; lcden=0; Write_Cmd(0x38); Write_Cmd(0x0e); Write_Cmd(0x06); Write_Cmd(0x01); Write_Cmd(0x80); Write_Cmd(0x0c);}LCD1602，第一行顯示初始化內(nèi)容；第二行顯示實(shí)時(shí)濕度，為%形式，同時(shí)顯示是否需要澆水。顯示代碼如下：voidLCD1602_SetRAM(unsignedcharx,unsignedchary){ucharaddr; if(y==0) addr=0x00+x; else addr=0x40+x; Write_Cmd(addr|0x80);}voidLCD1602_Show(unsignedcharx,unsignedy,unsignedchar*str){LCD1602_SetRAM(x,y); while(*str!='\0') {Write_Dat(*str++); }}voidLCD1602_num(unsignedcharx,unsignedy,unsignedcharj,unsignedinti){LCD1602_SetRAM(x,y);if(j==1) {Write_Dat(i+'0');}if(j==2) {if((i<10)&&(i>=0)) {Write_Dat(0+'0'); Write_Dat(i+'0'); }elseif((i<100)&&(i>=10)) {Write_Dat(i/10+'0'); Write_Dat(i%10+'0');}}if(j==3) {if((i<10)&&(i>=0)) {Write_Dat(0+'0'); Write_Dat(0+'0'); Write_Dat(i+'0'); }elseif((i<100)&&(i>=10)) {Write_Dat(0+'0'); Write_Dat(i/10+'0'); Write_Dat(i%10+'0'); } elseif((i<1000)&&(i>=100)) {Write_Dat(i/100+'0'); Write_Dat(i%100/10+'0'); Write_Dat(i%10+'0'); } }……5.4閾值設(shè)置模塊通過傳感器的信息采集結(jié)合不同盆栽的生長情況，可以手動(dòng)通過按鍵輸入對盆栽的具體濕度閾值進(jìn)行設(shè)置，保證能夠使盆栽正常生長。相關(guān)按鍵輸入代碼如下：voidKEY_IN(void){if((KEY1==0)&&(KEY1_Flag==0)) {KEY1_num=1; KEY1_Flag=1; }if(KEY1)KEY1_Flag=0; if((KEY2==0)&&(KEY2_Flag==0)) {KEY2_num=1; KEY2_Flag=1; }if(KEY2)KEY2_Flag=0; if((KEY3==0)&&(KEY3_Flag==0)) {KEY3_num=1; KEY3_Flag=1; }if(KEY3)KEY3_Flag=0; if((KEY4==0)&&(KEY4_Flag==0)) {KEY4_num=1; KEY4_Flag=1; }if(KEY4)KEY4_Flag=0;}5.5藍(lán)牙控制模塊使用藍(lán)牙模塊不僅可以在手機(jī)端查詢濕度、閾值等信息，還可以修改閾值完成澆水。通過藍(lán)牙之間的互相配對，配對成功后手機(jī)端發(fā)送相關(guān)指令，就可以收到土壤此時(shí)的濕度，并且輸入修改指令便可修改閾值。藍(lán)牙連接具體實(shí)現(xiàn)代碼如下所示：voidUART_ISR(void)interrupt4{ uint8Res; if(RI){ TR0=0; RI=0; Res=SBUF; if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成 { if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d{ if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收錯(cuò)誤重新開始 elseUSART_RX_STA|=0x8000; //接收完成 } else//還沒收到0X0D{ if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000; else{ USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res; USART_RX_STA++; if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，重新開始 }}}}}第6章調(diào)試6.1信息采集及顯示模塊功能調(diào)試信息采集模塊首先是將傳感器插入土壤中，濕度傳感器在接觸到濕敏信號以后開始采集信息。再將傳感器與AD轉(zhuǎn)換器通過引腳線路連接。將采集到的模擬信號傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理。將AD轉(zhuǎn)換器通過引腳線路與單片機(jī)連接后，即可將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)內(nèi)部。LCD1602通過與單片機(jī)的P0接口連接。即可以顯示出相關(guān)的濕度信息。同時(shí)，藍(lán)牙模塊通過TX接口與單片機(jī)的連接，也能進(jìn)行濕度信息的查詢，手機(jī)端通過下載藍(lán)牙串口助手就可查看盆栽土壤濕度相關(guān)信息，還可以更改閾值，即完成智能澆花系統(tǒng)的功能。LCD的顯示屏上顯示如下：第一行來固定顯示CurrentSoilMoist，第二行re:%(土壤此刻濕度)；M：（OFF，NO）是否需要澆水。如圖所示6-1圖6-1LCD參數(shù)顯示6.2按鍵調(diào)節(jié)閾值調(diào)試根據(jù)不同的盆栽在不同時(shí)間下需要的濕度都不同，可以通過按鍵進(jìn)行土壤濕度閾值調(diào)整，進(jìn)而來控制對土壤是否澆水。從上往下一共四個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都有不同的功能。第一個(gè)按鍵是設(shè)置，按下表示進(jìn)