盆花自动浇水系统毕业论文VIP

题 目 盆花自动浇水系统的设计与实现 学生姓名 * 学号 1013014014 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子* 指导教师 * _ _完成地点 陕西理工学院 2014 年 6 月 16 日陕西理工学院毕业论文 盆花自动浇水系统的设计与实现摘要水本次设计的盆花自动浇水系统用 STC89C52RC 单片机为主控芯片，用 DHT11 温湿度传感器进行土壤温湿度的检测，用时钟芯片 DS1302 进行定时控制，并通过雨水检测器进行雨水检测，再将温湿度采集结果及当前时间在 LCD1602 显示屏上进行显示。如遇雨天自动停止浇水，否则若湿度低于设定的下限值时，单片机输出一个控制信号，蓝灯亮，继电器工作，开始浇水；若湿度高于上限值时，单片机输出一个控制信号，蓝灯灭，继电器关闭，停止浇。关键词STC89C52RC ；温湿度传感器 DHT11 ；时钟芯片 DS1302 ；液晶显示器 LCD ；继电器目 录引言 .11 设计方案选择 .31.1 温湿度检测模块 .31.2 显示模块 .42 主要元器件介绍 .52.1 STC89C52 单片机 .52.2DHT11 温湿度传感器 .62.3 液晶显示器 LCD.82.4 DS1302 时钟芯片 .103 硬件电路设计 .133.1 晶振电路 .133.2 复位电路 .133.3 DHT11 温湿度传感器模块 .133.4 LCD 显示模块 .143.5 定时器模块 .143.6 按键模块 .153.7 雨水检测器模块 .153.8 继电器电路 .154 软件设计 .174.1 土壤温湿度的检测与浇水控制系统 .174.2 定时器的设置与浇水控制系统 .17陕西理工学院毕业论文 5 安装与调试 .195.1 土壤温湿度检测与浇水控制系统 .195.2 定时器的设置与浇水控制系统 .20总结 .23致谢 .24参考文献 .25附录 A 外文翻译 .26附录 B 整理电路图 .33附录 C 实物图 .34附录 D 元器件清单 .35附录 E 程序 .36江苏省徐州技师学院 权跃第 1 页 共 58 页引言“有喜有忧，有笑有泪，有花有果，有香有色”这是老舍先生对养花的乐趣和对生活热爱的朴实表述。和老舍先生一样，许多城乡居民喜欢在家中种植一些花草，养盆花不仅可以陶冶情操、丰富生活。同时盆花可以通过光合作用吸收二氧化碳，净化室内空气，在有花木的地方空气中阴离子聚集较多，所以空气也特别清新，而且许多花木还可以吸收空气中的有害气体。生活中我常见的盆花如下图 a,b 所示。图 a 马蹄莲 图 b 君子兰盆花生长所需的水分，大部分是从土壤中吸收来。盆花能否良好的生长就在于土壤湿度的适合度。但是，在生活中人们总是会有无暇顾及的时候，比如工作太忙、出差、旅游等。花儿生长问题大部分都是由花儿浇灌问题引起的。虽然市场上有卖盆花自动浇水器，但价格十分昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给盆花自动适时适量浇水。因此，我想设计一种集盆花土壤温湿度检测和自动浇水于一体的盆花自动浇水系统。根据土壤湿度传感器设计的盆花自动浇水系统能根据不同的盆花对土壤湿度适合度的不同需要，随时调整控制盆花土壤湿度，让盆花能够良好生长。微喷灌是利用直接安装在毛管上，或与毛管连接的微喷头将压力以喷洒状湿润土壤。微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型灌溉设施，主要是利用水流通过管道系统以一定速度从特制的喷头喷出，在空气中分散成细小的水滴着落在花草植物。作物及周围的地面上，从而达到及时补充水分的目的。该系统具有用水量少、冲击力小的灌溉特性，适用于栽培密度大、植被柔软细嫩的植物。自动浇水器的诞生时随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品。它把微喷的概念应有家庭盆花浇灌中，通过相应地改进，达到合理给盆花自动浇水的目的。早在很多年前，国外就已经开始普及，国内实用的电子类自动浇水器多数从国外进口的，价格昂贵，但质量比较可靠。不过这不太适用于国内，目前国内外比较流行的是玻璃制作的自动浇水器。这种类型的浇水器多数在我国山西和浙江一带生产的，价格比较低廉，实用性没有电子类自动浇水器好。随着国内居民消费水平和生活质量的提高，种花容易养花难，浇水问题就暴露出来，因此国内上加已经看到了这种需求潜力。目前这类小居家用品的厂家主要集中在广东、上海、浙江一带。现在市场上所出售的自动浇水器主要有电子类自动浇水器和玻璃、陶瓷类自动浇水器。1）电子类自动浇水器电子类自动浇水器又叫时控喷淋装置，系统构成为：主机（或者） 、主管（可以是花园管也可以是七分之四毫米的微喷淋管） 、分水接头（3 通、4 通、5 通、6 通、分水器） 、副管（五分之三毫米）喷淋管（雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等） 。电子类自动浇水器根据电源的不同分为交流电自动浇水器和电池自动浇水器两种。控制器的一般性能有：电磁阀控制；智能时控电路、微电脑芯片控制；适用电源为 1AC220V/50Hz；最适水压 0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时小于 12VA） ；可控制连续作业时间试1 分钟至 168 个小时；可每天自动完成十次以上浇水，可每天、隔天、隔多天自动循环进行浇水，江苏省徐州技师学院 权跃第 2 页 共 58 页手动自动两用；每天计时误差小于正负 3 秒；电器适应环境温度为-1050 摄氏度；相对湿度小于90%RH。使用自动控制器带来的便利有：自主设定每周、每日的灌溉次数和时间，即使你外出度假也 2无须担心无人照料；实现科学养护，避免普通漫灌溉导致的植物死亡；节约宝贵的水资源，使用本品成本课节约水 80%左右；无须专门维护，课长期使用，安装、调试方便。2)玻璃、陶瓷类自动浇水器玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置。玻璃制彩色自动浇水器如图 c 所示：图 c 玻璃制彩色自动浇水器而玻璃、陶瓷类自动浇水器则由本身材质的物理结构构成，根据器具的物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水自身形成一定压力，当遇到干燥的土壤，水就会至上而下的流出，当突然湿润以后，会形成一个堵塞压力，从而导致水流速度变慢或者停止；器具工艺不同，效果也不一样，当然也因突然疏松情况决定器具内水流速度。玻璃类、陶瓷类自动渗水器简单介绍：工作原理：特殊的玻璃、陶瓷构造帮助实现自动渗水功能，既有效避免花儿因为浇水过度导 1致烂根，又可有效防止花儿缺水；从而大量节约了的浇花用水量。使用方法：把玻璃、陶瓷底部让水充分浸泡十几分钟，然后往浇花器内灌满水，底部插入土 2壤中；它跟据土壤湿度自动分泌水来满足花儿 7 天的用水量；若花盆比较大，只需多插几只浇花器就可以。当前传感器技术与单片机技术发展迅速，其应用逐步由工业、军事等领域向其它领域渗透，已经和我们的日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来越受到人们的推崇，因此，微电脑控制的电子类自动浇水系统有很好的发展前景。本次毕业设计是设计一种基于 AT89C52 单片机的盆花自动浇水系统。其主要由单片机、土壤温湿度检测与显示部分、定时器设置与显示部分以及继电器控制浇水电路等部分构成。单片机选用AT89C52 单片机，软件选用 C 语言编程。土壤温湿度检测与显示部分采用温湿度传感器 DHT11 采集当前的土壤温湿度并通过 LCD 显示。同时把检测到的信息发给单片机，通过单片机所设计的程序判断是否需要给盆花浇水，若需要浇水，则单片机系统发出浇水信号，开始浇水，若不需要浇水，则进行下一次循环检测。定时器设置与显示部分，通过按键开关设置不同的浇水时间段，在时间段以内时，单片机驱动浇水系统，开始浇水，如不在时间段内，则不浇水。江苏省徐州技师学院 权跃第 3 页 共 58 页1 设计方案选择1.1 温湿度检测模块方案一、采用 DS18B20 温度传感器和 HS1100 湿度传感器。DS18B20 温度传感器是 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线式智能温度传感器。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温湿度测量及控制仪器中。它具有小体积，硬件开销低、抗干扰能力强、精度高、接口方便、远距离传输等特点。1）DS18B20 主要性能有：1.独特的单线接口只需一个端口进行通信；2.多个 DS18B20 可并联在惟一的三线上，可以实现多点组网的功能；3.无须外部元件；4.可通过数据线供电，电压范围为3.0V5.5V；5.零待机功耗；6.温度以 3 位数字显示；7.用户可自定义报警设置；8.电压特性，电源极性接反时，温度计不会因为发热而烧毁，但不能进行正常工作。 2） DS18B20 的内部结构DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装，如图 1.1 示。 引 脚 说 明 ：地 数 据 线可 选图 1.1 DS18B20 封装HS1100 湿度传感器是基于独立工艺设计的电容元件，具有完全呼唤性，高可靠性和长期稳定性，相应时间迅速的特点。应用于办公自动化，车厢空气质量控制系统等。HS1100 湿度传感器的主要特性有：全互换性；在标准环境下不需校正；长时间饱和下快速脱湿；可以自动化焊接，包 括 波 峰 焊 或 水 浸 ； 高可靠性与长时间稳定性；专利的固态聚合物结构；可用于线性电压或频率输出回炉；快速反应时间。HS1100 是电容式湿度传感器，由于电容不可直接测量，故选用 555 多谐振电路检测到频率，然后又单片机计算的电容值，再根据电容值算出相应的湿度值。方案一温湿度检测模块的框图如图 1.2 所示。显示模块STC89C52单片机DS18B20 温度传感器HS1100 湿度传感器图 1.2 方案一温湿度检测模块框图方案二、采用 DHT11 温湿度传感器。DHT11 是一款集温度传感器和湿度传感器于一体的数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器内部包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，以确保产品具有极高的可靠性和卓越的稳定性。DHT11 的主要特性：相对湿度和温度测量；全部校准，数字输出；卓越的长期稳定性；无需额外部件；超长的信号传输距离；超低能耗；4 引脚安装；完全互换等。江苏省徐州技师学院 权跃第 4 页 共 58 页特点：品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高。方案二温湿度检测模块框图如图 1.3 所示。图 1.3 方案二温湿度检测模块框图考虑到该系统要同时测量温度、湿度，而 DHT11 温湿度传感器具有综合作用，集温度湿度于一体。而且成本低且使用方便。故采用方案二。1.2 显示模块方案一、采用 LED 数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高低温，对外界环境要求低，易于维护，同时精度比较高，操作简单，编程容易，资源占用较少的优点。但数码管存在不足之处，显示内容局限，需要外围驱动电路。方案二、采用 LCD 液晶显示屏显示。LCD 具有轻薄短小、耗电量低，平面直角显示以及影响稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等优势。特点：成本相对 LED 较高，显示内容也较丰富，且可以与单片机接口直接接线使用。考虑到本系统需要显示时间、温湿度等，显示内容比较多。要同时达到同样的显示效果，采用数码管显示可能比使用 LCD 液晶显示屏的成本要高且电路复杂。目前市场上 LCD1602 已经十分普遍，LCD1602 是两行 16 字符型液晶显示屏，显示亮度高，且可显示内容丰富，故采用 LCD1602 液晶显示当前的时间、温湿度是最佳方案。本 次 毕 业 设 计 选 用 STC89C52RC 单 片 机 为 主 要 控 制 芯 片 ， DHT11 温 湿 度 传 感 器 进 行 土 壤温 湿 度 检 测 ， 时 钟 芯 片 DS1302 进 行 定 时 控 制 ， 通 过 雨 水 检 测 器 进 行 雨 水 检 测 ， 再 将 当 前 时间 及 温 湿 度 采 集 数 据 在 LCD1602 上 进 行 显 示 。本 次 设 计 的 盆 花 自 动 浇 水 系 统 主 要 由 晶 振 电 路 、 复 位 电 路 、 DHT11 温 湿 度 传 感 器 、LCD 显 示 、 定 时 器 、 按 键 模 块 、 雨 水 检 测 器 和 继 电 器 电 路 这 八 模 块 组 成 。盆花自动浇水系统的具 体 模 块 设 计 框 图 1.4 所 示 。STC89C52RC单片机LCD 显示按键模块继电器电路雨水检测器定时器电路复位电路晶振电路DHT11 温湿度传感器图 1.4 盆花自动浇水系统的具 体 模 块 设 计 框 图STC89C52单片机DHT11温湿度传感器显示模块江苏省徐州技师学院 权跃第 5 页 共 58 页2 主要元器件介绍2.1 STC89C52 单片机2.1.1 STC89C52 单片机简介STC89C52 单片机是由 STC 公司生产的一种高性能的、低功耗的 CMOS8 位微控制器，具有 8K 的系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 单片机使用的是经典的 C51 内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机所不具备的许多功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多的嵌入式控制应用系统提供了高灵活的解决方案，成为目前广泛使用的单片机微控制器之一。使用 STC89C52 单片机可以完成所有基本的对于微控制器控制系统的编程和处理方法。STC89C52 单片机拥有如下基本功能：8k 字节的可编程 Flash；32 位的 I/O 输入输入端口；512bit 的 RAM 内核；4 个外部中断；内置 4KBEEPROM；看门狗定时器；3 个 16 位定时器/计数器等等。2.1.2 STC89C52 单片机的结构和引脚功能STC89C52 单片机拥有一共 40 个外部端口，根据功能特性可以划分为主电源模块、多复用功能的 IO 端口、外部连接晶振荡、控制和复位等。它能够完成复杂的控制问题，且成本较低，应用范围广。其结构引脚如图 2.1 所示。图 2.1 STC89C52 引脚图STC89C52 存在 4 个 8 位的并行 I/O 输入输入端口：分别为 P0、P1、P2、P3 端口，相对应的外部接口分别是 P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7，总计 32 条 I/O 线，每一条线能够独立作为输入或输出端口。P0 端口，这个端口功能实现了一个 8 位的双向 I/O 口。而在端口对外部的程序或者输入的数据存储器实现读写时，P0 端口可以作为多路复用的低字节地址/数据总线，只有在这个条件时，P0端口存在内部上拉电阻。P1 端口，这个端口是内部存在上拉电阻的 8 路双向 I/O 输入输出端口，当给该端口写入“1”的时候，内部的上拉电阻把该端口电压置高，在这个时候该端口作为输入口使用。并且，P1.0 和江苏省徐州技师学院 权跃第 6 页 共 58 页P1.1 端口能够设置成定时/计数器，如表 2.1 所示。表 2.1 P1 口引脚复用功能表端口引脚 复用功能P1.0 T2（定时器/计算器 2 的外部输入端）P1.1 T2EX（定时器/计算器 2 的外部触发端和双向控制）P1.5 MOSI（用于在线编程）P1.6 MISO（用于在线编程）P1.7 SCK（用于在线编程）P2 端口，这个端口是内部存在上拉电阻的 8 路双向 I/O 输入输出端口，当给该端口写入“1”的时候，内部的上拉电阻把该端口电压置高，在这个时候该端口作为输入口使用。P3 端口，这个端口是内部存在上拉电阻的 8 路双向 I/O 输入输出端口，当给该端口写入“1”的时候，内部的上拉电阻把该端口电压置高，在这个时候该端口作为输入口使用。在 STC89C52 中，P3 端口也存在着大量的复用功能，如表 2.2 所列。表 2.2 P3 口引脚复用功能表端口引脚 复用功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 的外部输入）P3.5 T1（定时器 1 的外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）1）PSEN 的程序存储允许信号。它是用来读取外部程序存储器。2）RST 复位功能连接端口。在晶振工作的时候，在这个引脚上连续出现两个机器周期的高脉冲时，内部电路将单片机做复位处理。3）ALE/PROG 地址锁存的控制端口。每当从存储器读取数据的时候，该端口发送信号作为锁存低字节地址。在对 Flash 存储器编程时，这个端口可以输入编程脉冲 PROG。4）EA/Vpp 外部读写数据控制端口。为了使单片机可以正确的从地址为 0