《校園用水智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》9100字（論文）

一、緒論1.1研究背景與意義水是一切生命的源泉。水資源提供了人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)體系發(fā)展所需的生產(chǎn)和消費(fèi)品。它是人類和所有生物生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。改善生態(tài)環(huán)境是不可替代和寶貴的自然資源。水資源保護(hù)的目標(biāo)包括地表水和地下水的質(zhì)量和數(shù)量。淡水資源并非“取之不盡用之不竭”的。”聯(lián)合國(guó)曾說過，一個(gè)地方如果它的水一天的供給量低于1000公升，這個(gè)地方就是貧水地區(qū)。所以，我國(guó)是個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家。雖然從總體上水資源量2.8萬億立方米但人均只有2200立方米僅，為世界人均水平的1/4。是世界貧水的13個(gè)國(guó)家之一。由于城市缺水日益嚴(yán)重，雖然目前我國(guó)對(duì)水資源的管理雖有顯著成績(jī)，有關(guān)水資源保護(hù)的法制建設(shè)也在加快步伐，相繼制定了有關(guān)法律法規(guī)，但仍有許多問題存在。水資源短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的突出問題。我國(guó)作為世界高等教育大國(guó)，高校數(shù)量眾多，校園作為大型公共場(chǎng)所，用水量巨大，從日常學(xué)生的生活用水到校園內(nèi)綠化灌溉，水資源的利用率呈直線趨勢(shì)增長(zhǎng)。由于高校用水結(jié)構(gòu)多樣，涉及生活用水、科研用水、綠化用水等多個(gè)方面，導(dǎo)致高校用水存在較多的問題。高校衛(wèi)生器具落后、浴室洗浴水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，高校用水分為公共衛(wèi)生用水、經(jīng)營(yíng)性用水、綠化用水以及教學(xué)實(shí)驗(yàn)用水四部分。對(duì)于公共衛(wèi)生用水，個(gè)人清潔用水、樓內(nèi)清潔用水和廁所清潔用水消耗量大。對(duì)于經(jīng)營(yíng)性用水，一些老舊的設(shè)備導(dǎo)致大量的水資源浪費(fèi)被直接排放。對(duì)于綠化用水，目前很多高校仍是采用傳統(tǒng)的灌溉方式，即以自來水為水源，進(jìn)行粗放式灌溉。在有限的水資源條件下，有效的減少水資源的浪費(fèi)和合理利用水資源成為當(dāng)下熱門的話題。在校園推廣智能用水控制系統(tǒng)可有效遏制用水浪費(fèi)，提高用水效率。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀習(xí)近平總書記指出，當(dāng)前我國(guó)水安全方面最突出的新問題是“水資源短缺、水生態(tài)損害、水環(huán)境污染”。針對(duì)水安全“三大新問題”，習(xí)近平總書記指出，“堅(jiān)持和落實(shí)節(jié)水優(yōu)先方針?！薄爸嗡贾危贾蔚膬?nèi)涵之一是要善用系統(tǒng)思維統(tǒng)籌水的全過程治理，分清主次、因果關(guān)系，找出癥結(jié)所在。當(dāng)前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是節(jié)水，從觀念、意識(shí)、措施等各方面都要把節(jié)水放在優(yōu)先位置”。習(xí)近平總書記提出“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)期治水方針，為進(jìn)一步開展節(jié)水型社會(huì)建設(shè)指明方向。節(jié)約用水是良治之法，是全過程治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、根本性舉措，也是長(zhǎng)久之策。節(jié)水型載體創(chuàng)建工作是節(jié)水型社會(huì)創(chuàng)建工作的重要內(nèi)容之一，校園作為人員密集、教書育人的場(chǎng)所，開展節(jié)水型載體建設(shè)，對(duì)于節(jié)水理念和方法的推廣具有重要意義。自1972年斯德哥爾摩在人類環(huán)境會(huì)議上，最早提出綠色學(xué)校的理念以來，我國(guó)越來越多的學(xué)者開始關(guān)注高校節(jié)水的問題。通過高校用水狀況的調(diào)查，分析高校用水存在的問題和節(jié)水潛力，提出高校節(jié)水的具體措施是針對(duì)該問題的一種普遍的研究方法。現(xiàn)階段隨著水資源的不斷匱乏，節(jié)約用水智能用水、節(jié)水成為當(dāng)今社會(huì)主題。1.3主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排目前我國(guó)校園數(shù)量眾多，校園用水量十分龐大，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。主要體現(xiàn)在教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水等方面。基于現(xiàn)狀結(jié)合實(shí)際需求，本文中設(shè)計(jì)一套校園用水智能控制系統(tǒng)。采用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制模塊，采用RE200B熱釋電紅外傳感器和BISS0001傳感信號(hào)處理集成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)感應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控和控制用水。本文分為五個(gè)章節(jié)：第一章緒論，主要討論系統(tǒng)的研究背景及研究現(xiàn)狀，明確本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。第二章系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，對(duì)智能用水控制系統(tǒng)模塊的原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)所需硬件進(jìn)行說明。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)部分模塊軟件設(shè)計(jì)和工作模式進(jìn)行介紹。第五章系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析，克服系統(tǒng)重點(diǎn)與難點(diǎn)技術(shù)后，將各模塊整合成一個(gè)系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行仿真測(cè)試。結(jié)論，總結(jié)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程、方法及結(jié)果，指出不足之處，并提出未來研究方向。二、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)為了響應(yīng)社會(huì)號(hào)召全民對(duì)于水資源的合理利用與節(jié)約，以達(dá)到水資源重復(fù)利用可持續(xù)發(fā)展的目的。本文將利用校園用水智能控制系統(tǒng)來將校園中的各個(gè)用水單位有效緊密的聯(lián)系在一起，例如：教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水等。將所有用水單元進(jìn)行連接式管理監(jiān)控，以合適的控制方法，以多樣化的管理手段來達(dá)到校園節(jié)約用水的目標(biāo)。2.1校園用水現(xiàn)狀學(xué)生洗手池用水主要分布在兩大地方：宿舍洗手池，現(xiàn)在每間宿舍有兩個(gè)洗手池用水，其開啟的方式都是采用手動(dòng)開關(guān)進(jìn)行控制，無法保證當(dāng)學(xué)生用完水后可以及時(shí)關(guān)閉，這樣就會(huì)造成水資源的浪費(fèi)。教學(xué)樓學(xué)生洗手池，目前而言每棟教學(xué)樓每層配備四個(gè)學(xué)生洗手池，所面臨的情況和宿舍洗手池相同，并且造成的水資源浪費(fèi)比宿舍洗手池要大得多。教學(xué)樓衛(wèi)生間用水的開關(guān)分為兩大類型：手動(dòng)按壓：在學(xué)生上完廁所后手動(dòng)按壓開關(guān)進(jìn)行沖洗，此種方式具有隨機(jī)性，用水量也是隨機(jī)的。自動(dòng)按壓：不同的坑位統(tǒng)一進(jìn)行沖洗，可以是長(zhǎng)時(shí)間的沖洗，也可以是有規(guī)律的沖洗，此種方式具有固定性，用水量也是固定。校園綠植灌溉用水方式根據(jù)不同綠植主要分為兩類：對(duì)于綠化帶常采用噴水車進(jìn)行灌溉，用水量也十分龐大，進(jìn)而水資源的浪費(fèi)也十分驚人。對(duì)于草坪綠植常采用微噴灌溉的方式，相對(duì)于傳統(tǒng)方式微噴灌溉既可以有效的對(duì)綠植進(jìn)行灌溉，也可以有效的降低用水量節(jié)約水資源。2.2系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)2.2.1系統(tǒng)的功能校園用水智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有以下四種功能：水量監(jiān)測(cè)、感應(yīng)信號(hào)、信號(hào)判斷、和結(jié)果執(zhí)行。控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，它將所收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理并發(fā)出相應(yīng)的指令，來控制系統(tǒng)末端的開。感應(yīng)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，它將所感應(yīng)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)反饋到控制模塊以供其做出判斷與發(fā)出指令。顯示模塊可以直觀地展現(xiàn)用水時(shí)間和綠植當(dāng)前周圍土壤的濕度值。水量監(jiān)測(cè)模塊所負(fù)責(zé)的是監(jiān)控用水單元的水量變化，形成數(shù)據(jù)可以直觀展示出來以便與以往數(shù)據(jù)形成直觀的對(duì)比。如圖2.1所示為校園用水智能控制系統(tǒng)功能圖。圖2.1校園用水智能控制系統(tǒng)功能圖2.2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)校園用水智能化控制系統(tǒng)依據(jù)實(shí)際要求所要實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)將系統(tǒng)共分為四大模塊：控制模塊、感應(yīng)模塊、顯示模塊和水量監(jiān)測(cè)模塊。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為核心處理器，通過RE200B熱釋電紅外傳感器感應(yīng)控制衛(wèi)生間和學(xué)生洗手池沖水，再通過濕度傳感器監(jiān)測(cè)土壤濕度判斷是否需要進(jìn)行綠植灌溉，最后將所用水量反饋至串口端口以便直觀的計(jì)算總用水量。在實(shí)際運(yùn)用中，要根據(jù)不同的現(xiàn)實(shí)情況來進(jìn)行一些調(diào)整，因?yàn)槭侵悄芑到y(tǒng)，涉及到一些自動(dòng)開關(guān)等硬件設(shè)施，對(duì)于維護(hù)整修十分困難，因此在調(diào)試時(shí)要注意實(shí)際情況和主控制器的相互聯(lián)系，做到對(duì)水量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以便系統(tǒng)終端可以有效、快捷、準(zhǔn)確的做出判斷并發(fā)出指令。2.3本章小結(jié)本章基于水資源的節(jié)約和有效的提高水資源的利用率為目標(biāo)，提出了如何使校園用水更好的監(jiān)控和管理，從而達(dá)到校園用水的節(jié)約。首先設(shè)想的校園用水智能控制系統(tǒng)的功能，其次闡述此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能的方式，最后確定校園用水智能控制系統(tǒng)的總體方案。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)校園用水智能控制系統(tǒng)硬件部分包括：控制模塊、感應(yīng)模塊、顯示模塊、水量監(jiān)測(cè)模塊。將四個(gè)模塊有效的結(jié)合在一起，以控制模塊為核心依次有序的進(jìn)行工作。如圖3.1所示為系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)圖。圖3.1校園用水智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3.1控制模塊3.1.1AT89C51單片機(jī)控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，它將所收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理并發(fā)出相應(yīng)的指令，來控制系統(tǒng)末端的開關(guān)。在本設(shè)計(jì)中控制模塊采用的是一款CMOS8位微處理器——AT89C51單片機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)有功率損耗小、實(shí)用性能高、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間大、片內(nèi)資源豐富、語言兼容能力強(qiáng)、調(diào)試靈活和具有靈活的編程方式等。AT89C51單片機(jī)的基本特性有：能夠與MCS-51系列進(jìn)行良好兼容，含80C51內(nèi)核。片內(nèi)資源豐富，含有4KB可重擦寫的FLASH程序閃存存儲(chǔ)器，可擦寫字1000次以上。全靜態(tài)操作邏輯，工作的頻率范圍非常廣：0～24MHZ。三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，128B片內(nèi)RAM和32個(gè)可編程I/O端子。包含兩種省電的工作方式：閑置模式（功率損耗小）和掉電模式。兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、有5個(gè)中斷矢量以及6個(gè)中斷源和一個(gè)可編程的全雙工UART通道。如圖3.2所示為AT89C51單片機(jī)引腳圖。圖3.2AT89C51單片機(jī)引腳圖AT89C51單片機(jī)常用引腳功能說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：是一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向口，其能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其每個(gè)引腳可以吸收8TTL門電流，在P0口處于高阻輸入的狀態(tài)時(shí)需要對(duì)P1端口的管腳進(jìn)行寫“1”的操作。在FIASH進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，P0口分別作為原碼輸入口和輸出原碼。P1口、P2口和P3口：是一個(gè)上拉電阻的上雙向口，其輸出緩沖即可驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)P0口處于高阻輸入的狀態(tài)時(shí)需對(duì)其管腳進(jìn)行寫“1”的操作，將其端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。而P3口除了作為一般的引腳外，其還有其他的主要通途。如表3.1所示為P3口其他功能表。3.1.2復(fù)位電路在AT89C51單片機(jī)中復(fù)位電路也是其最小系統(tǒng)組成之一。復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，它的操作原理與計(jì)算器有著異曲同工之妙，只是啟動(dòng)原理和手段有所不同。復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。和計(jì)算器清零按鈕有所不同的是，復(fù)位電路啟動(dòng)的手段有所不同。一是在給電路通電時(shí)馬上進(jìn)行復(fù)位操作;二是在必要時(shí)可以由手動(dòng)操作;三是根據(jù)程序或者電路運(yùn)行的需要自動(dòng)地進(jìn)行。復(fù)位電路都是比較簡(jiǎn)單的大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了，再復(fù)雜點(diǎn)就有三極管等配合程序來進(jìn)行了。如圖3.3所示為AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路。圖3.4AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路表3.1P3口其他功能表引腳名第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）3.1.3通信技術(shù)在本設(shè)計(jì)中通信技術(shù)建立數(shù)據(jù)傳輸通道以便數(shù)據(jù)傳輸，有效的將校園內(nèi)教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水相結(jié)合?？刂颇K可以快速便捷的接收并處理所有用水單元所收集到的信息數(shù)據(jù)。如圖3.5所示為通信模塊電路圖。圖3.5通信模塊電路圖3.2感應(yīng)模塊在本設(shè)計(jì)中感應(yīng)模塊中采用的是紅外傳感器和濕度傳感器，傳感器發(fā)出信號(hào)波根據(jù)設(shè)定值來反饋信息再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊。在實(shí)際仿真中將各類傳感器用開關(guān)來代替。3.2.1RE200B熱釋電紅外傳感器本設(shè)計(jì)所采用的是RE200B熱釋電紅外傳感器主要原理為熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)的方法來抑制環(huán)境中溫度變化而帶來的干擾，可以大大提高傳感器的穩(wěn)定性。工作原理：普通人體會(huì)發(fā)射10um左右的特定波長(zhǎng)紅外線，用專門設(shè)計(jì)的傳感器就可以針對(duì)性的檢測(cè)這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生控制信號(hào)。這種專門設(shè)計(jì)的探頭只對(duì)波長(zhǎng)為10μm左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測(cè)信號(hào)。如圖3.6所示紅外傳感器工作原理圖。下表為主要工作參數(shù):表3.2RE200B主要工作參數(shù)工作電壓2.2-15V工作波長(zhǎng)5-14μm源極電壓0.4-1.1V(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)工作溫度-30℃-+70℃保存溫度-40℃-+80℃平均透過率＞75%視場(chǎng)138°×125°圖3.6紅外傳感器工作原理圖3.2.2DHT11濕度傳感器本設(shè)計(jì)所采用的是DHT11濕度傳感器，其包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。采用單線制串行接口，只需加適當(dāng)?shù)纳侠娮瑁盘?hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。DHT11濕度傳感器的供電電壓為3－5.5V，VDD和GND之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。DHT11濕度傳感器接通電源后要等待1秒，以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。如圖3.7所示為濕度傳感器工作原理圖。下表為DHT11引腳定義：表3.3DHT11引腳定義Pin引腳名稱引腳功能1VDDDC3.3-3.5V，電源正極2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC懸空4GND接地，電源負(fù)極圖3.7濕度傳感器工作原理圖3.3顯示模塊顯示模塊可將感應(yīng)模塊檢測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示到屏幕上。主要顯示的是綠植周圍土壤當(dāng)前濕度值和校園內(nèi)教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水時(shí)間值。顯示屏幕所運(yùn)用的是LEDML016L型號(hào)。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，其與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式。如圖3.8所示為顯示模塊原理圖。圖3.8顯示模塊原理圖3.4水量監(jiān)測(cè)模塊水量監(jiān)測(cè)模塊主要用于校園內(nèi)教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水單元的用水量統(tǒng)計(jì)，可以直觀地展示各用水單元在用水時(shí)間段內(nèi)的用水量，方便統(tǒng)計(jì)。同時(shí)也可以與以往用水量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以數(shù)據(jù)展示出本系統(tǒng)是否達(dá)到了用水節(jié)約的目的。此模塊運(yùn)用了XCOM串口調(diào)試助手與仿真軟件Proteus8.9建立聯(lián)系，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各用水單元用水量。如圖3.9所示為XCOM運(yùn)行圖。圖3.9XCOM運(yùn)行圖3.5本章小結(jié)本章針對(duì)校園用水智能控制系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些概述。從控制模塊硬件設(shè)計(jì)到感應(yīng)模塊硬件設(shè)計(jì)再到顯示模塊硬件設(shè)計(jì)，以AT89C51單片機(jī)為核心運(yùn)用一些傳感器等元件完成了本系統(tǒng)部分硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)將水量監(jiān)測(cè)模塊以XCOM為基礎(chǔ)與Proteus建立連接完成設(shè)計(jì)。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)校園用水智能控制系統(tǒng)是將硬件與軟件相互結(jié)合，相輔相成。以硬件作為基礎(chǔ)，軟件作為靈魂使整個(gè)系統(tǒng)具有靈活性智能化，二者的相互配合奠定了整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)安全的運(yùn)行。而在本系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的具有十分重要的意義，軟件的正確與否、簡(jiǎn)單與否直接影響了整個(gè)系統(tǒng)是否可以有效的運(yùn)行和是否可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，所以對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)要嚴(yán)肅認(rèn)真的對(duì)待。同時(shí)在本設(shè)計(jì)中使用的是KeilC51軟件，此軟件可對(duì)51系列單片機(jī)通過C語言進(jìn)行編程。4.1紅外感應(yīng)模塊軟件設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中紅外感應(yīng)模塊所采用的是RE200B熱釋電紅外傳感器，因?yàn)槠浒l(fā)出的是信號(hào)波無法直接傳輸至AT89C51單片機(jī)核心處理器上，所以需要通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸至AT89C51單片機(jī)核心處理器。因此RE200B熱釋電紅外傳感器信號(hào)輸出端口與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊ADC0808的IN0端口相接。當(dāng)有人進(jìn)入衛(wèi)生間或手臂接觸洗手池時(shí)RE200B熱釋電紅外傳感器發(fā)出信號(hào)波探測(cè)人體紅外線，并將信號(hào)通過ADC0808轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)傳輸至AT89C51單片機(jī)，再由AT89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，并向執(zhí)行元件發(fā)出沖水指令。如圖4.1所示為紅外感應(yīng)工作流程圖。圖4.1紅外感應(yīng)工作流程圖4.2LED模塊軟件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)LED燈起到指示作用，當(dāng)RE200B熱釋電紅外傳感器和DHT11濕度傳感器所反饋信息需要用水時(shí)LED燈會(huì)處于常亮狀態(tài)。當(dāng)所無用水信息反饋時(shí)LED燈會(huì)處于常滅狀態(tài)。這樣可以形象直觀的看出系統(tǒng)中各用水單元是否在用水，對(duì)后續(xù)的水量和用水時(shí)間段分析統(tǒng)計(jì)有很大的幫助。如圖4.2所示為L(zhǎng)ED燈工作流程圖。圖4.2LED燈工作流程圖4.3濕度感應(yīng)模塊軟件設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中濕度感應(yīng)模塊所采用的是DHT11濕度傳感器。DHT11濕度傳感器監(jiān)測(cè)綠植周圍土壤濕度，當(dāng)綠植周圍土壤濕度低于限定值時(shí)，DHT11濕度傳感器將數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸至AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，并向執(zhí)行元件發(fā)出綠植灌溉指令。本系統(tǒng)中將綠植周圍土壤濕度限定值限定為60，通過調(diào)整綠植周圍土壤濕度限定值來進(jìn)行控制灌溉開關(guān)的開啟。綠植灌溉用水開關(guān)運(yùn)行條件有：是否在灌溉時(shí)間、濕度限值、當(dāng)前濕度值，相對(duì)于不同條件控制器的工作狀態(tài)也不同有：關(guān)閉開關(guān)和打開開關(guān)。工作流程為：灌溉時(shí)間設(shè)置為一些固定的時(shí)間段，濕度限值根據(jù)不同的綠植設(shè)置符合其生長(zhǎng)條件的值；在進(jìn)入灌溉時(shí)間段時(shí)測(cè)量當(dāng)前綠植周圍土壤的濕度同固定的濕度限值作比較，當(dāng)所測(cè)濕度值大于固定的濕度限值那么灌溉開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，反之當(dāng)所測(cè)濕度值小于固定的濕度限值那么灌溉開關(guān)就處于打開狀態(tài)，在灌溉的同時(shí)程序也在運(yùn)行中反復(fù)的去測(cè)量土壤的濕度直到所測(cè)濕度值大于固定的濕度限值灌溉開關(guān)關(guān)閉。這樣就有利于對(duì)綠植周圍土壤濕度的監(jiān)測(cè)從而做出判斷綠植是否需要灌溉，大大節(jié)省了水資源的浪費(fèi)。如圖4.3所示為濕度感應(yīng)模塊工作流程圖。圖4.3濕度感應(yīng)模塊工作流程圖4.4本章小結(jié)本章是對(duì)系統(tǒng)部分軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，是基于硬件結(jié)構(gòu)組成所要是實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，分別是對(duì)各紅外傳感器、濕度傳感器和LED燈模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

五、系統(tǒng)仿真與測(cè)試以本文中前面章節(jié)部分所設(shè)計(jì)的整體校園用水智能控制系統(tǒng)中所涉及到的硬件和軟件為基礎(chǔ)，在本章設(shè)計(jì)出一套流程來對(duì)其各單元原件系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性進(jìn)行仿真測(cè)試，是否可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)：使相同情況下學(xué)生的生活用水與校園綠化灌溉得到最基本的節(jié)約，做到方便控制、功能性強(qiáng)。5.1仿真調(diào)試使用Proteus軟件進(jìn)行繪制電路圖并進(jìn)行仿真，將hex文件導(dǎo)入到單片機(jī)中，如圖5.1。Proteus軟件進(jìn)入頁面左下角四個(gè)按鈕進(jìn)行調(diào)試，分別代表：運(yùn)行、單步運(yùn)行、暫停、停止。圖5.1系統(tǒng)仿真圖單擊運(yùn)行鍵，仿真開始運(yùn)行，首先LED屏亮起，顯示當(dāng)前綠植周圍土壤濕度。如圖5.2所示為仿真運(yùn)行測(cè)試圖。對(duì)教學(xué)樓衛(wèi)生間用水控制系統(tǒng)調(diào)試，在本系統(tǒng)中將RE200B熱釋電紅外傳感器用按鍵代替，點(diǎn)擊沖水按鍵可以看到LED屏上除了綠植周圍土壤濕度值還有秒數(shù)，代表沖水時(shí)間。如圖5.3所示為教學(xué)樓衛(wèi)生間用水測(cè)試圖。圖5.2仿真運(yùn)行測(cè)試圖圖5.3教學(xué)樓衛(wèi)生間用水測(cè)試圖對(duì)學(xué)生洗手池用水系統(tǒng)調(diào)試，在本系統(tǒng)中學(xué)生洗手池用水與衛(wèi)生間用水基本相似，不同的是將RE200B熱釋電紅外傳感器用滑動(dòng)開關(guān)代替，點(diǎn)擊沖水開關(guān)可以看到LED屏上除了綠植周圍土壤濕度值還有秒數(shù)，代表沖水時(shí)間。如圖5.4所示為學(xué)生洗手池用水測(cè)試圖。圖5.4學(xué)生洗手池用水測(cè)試圖對(duì)綠植灌溉用水系統(tǒng)調(diào)試，當(dāng)綠植周圍土壤濕度大于60%時(shí)系統(tǒng)不進(jìn)行灌溉，用水指示燈處于常滅狀態(tài)如圖5.5。當(dāng)綠植周圍土壤濕度小于60%時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行灌溉，用水指示燈處于常亮狀態(tài)如圖5.6。圖5.5濕度大于60%綠植灌溉用水測(cè)試圖圖5.6濕度小于60%綠植灌溉用水測(cè)試圖對(duì)教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水系統(tǒng)綜合系統(tǒng)調(diào)試，如圖5.7所示為綜合系統(tǒng)用水測(cè)試圖。圖5.7綜合系統(tǒng)用水測(cè)試圖對(duì)教學(xué)樓衛(wèi)生間用水、學(xué)生洗手池用水和校園綠植灌溉用水系統(tǒng)綜合水量監(jiān)測(cè)模塊調(diào)試，如圖5.8所示為水量監(jiān)測(cè)模塊測(cè)試圖。圖5.8水量監(jiān)測(cè)模塊測(cè)試圖5.2本章小結(jié)在本章中對(duì)校園用水智能控制系統(tǒng)中的各個(gè)主要單元系統(tǒng)進(jìn)行了獨(dú)立的測(cè)試，反復(fù)調(diào)試得出結(jié)果。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，將校園用水智能控制系統(tǒng)中各單元整合做出系統(tǒng)方案進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行并得出結(jié)果。

結(jié)論本文所設(shè)計(jì)的是校園用水智能控制系統(tǒng)，以達(dá)到在相同條件下進(jìn)行相同的任務(wù)時(shí)可以有效的節(jié)約水資源。系統(tǒng)主要是由AT89C51單片機(jī)、RE200B熱釋電紅外傳感器、DHT11濕度傳感器等硬件結(jié)構(gòu)組成，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1.對(duì)于教學(xué)樓衛(wèi)生間用水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，按照設(shè)定好的條件進(jìn)行判斷發(fā)布指令，使控制器工作狀態(tài)可以智能化切換，在不同條件下衛(wèi)生間沖水控制器有不同的狀態(tài)：被動(dòng)動(dòng)和靜默。2.對(duì)于學(xué)生洗手池用水情況進(jìn)行有效的控制，杜絕因遺忘等客觀因素造成水資源浪費(fèi)。3.在綠植灌溉方面依據(jù)不同時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控綠植周圍土壤濕度是否達(dá)到了濕度限值，并發(fā)布指令智能化進(jìn)行灌溉。這樣將會(huì)大大的減少水之源的浪費(fèi)，通過智能化管理，在校園用水的各個(gè)設(shè)施中都可以達(dá)到節(jié)約用水的目的。達(dá)到了設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的初衷：設(shè)計(jì)出在相同情況下學(xué)生的生活用水與校園綠化灌溉得到最基本的節(jié)約，做到方便控制、功能性強(qiáng)的用水、節(jié)水系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中還存在一些不足之處，校園用水覆蓋面廣，只設(shè)計(jì)了校園用水中水資源浪費(fèi)較大的方面，沒有將所有用水情況考慮進(jìn)去。在校園用水領(lǐng)域今后的設(shè)計(jì)會(huì)逐步覆蓋所有用水單元，完全實(shí)現(xiàn)校園用水智能控制。 參考文獻(xiàn)[1]習(xí)近平關(guān)于社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)論述摘編[M].北京：中央文獻(xiàn)出版社，2017.[2]杜娟.校園用水智能控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].蘭州理工大學(xué),2019.[3]孫賀.機(jī)場(chǎng)供水管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)研究[D].中國(guó)民航大學(xué),2019.[4]熊中才.促進(jìn)節(jié)約用水的難點(diǎn)及對(duì)策研究[J].中國(guó)水利,2019(23):15-19.[5]李明柔,陸雋,陳燕群.智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)應(yīng)用與推廣[J].技術(shù)與市場(chǎng),2018,25(10):104-105.[6]鄭瀚,張治江,胡勇,侯新,張明錢.高校節(jié)水實(shí)施路徑探索與思考[J].大眾科技,2019,21(10):141-143.[7]呂娣.一款校園節(jié)水灌溉智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].河北農(nóng)機(jī),2017(08):62.[8]張子博.高校校園節(jié)水項(xiàng)目成本效益研究[D].北京交通大學(xué),2019.[9]劉驍.濕熱地區(qū)綠色大學(xué)校園整體設(shè)計(jì)策略研究[D].華南理工大學(xué),2017.[10]黎玖高,石亞洲,鄭廣天,李有增,張西峰,劉學(xué)偉,王衛(wèi)放,王常軍,徐雪菲.校園節(jié)水模式與新技術(shù)應(yīng)用研究[J].高校后勤研究,2018(S1):54-56.[11]張彩峰,陳艷.高校節(jié)水技術(shù)與節(jié)水管理研究[J].高校后勤研究,2018(01):47-50.[