自动浇花系统的设计

题 目 自动浇花系统的设计 学生姓名 薛 婵 娟 学号 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程 1201 班 指导教师 刘 亚 锋 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2016 年 6 月 5 日 陕西理工学院本科毕业设计任务书 院 系 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程 通信 1201 学生姓名 薛婵娟 一 毕业设计题目 自动浇花系统的设计 二 毕业设计工作自 2015 年 12 月 9 日 起至 2016 年 6 月 18 日 止 三 毕业设计进行地点 物理与电信工程学院实验室 四 毕业设计应完成内容及相关要求 现代生活的节奏越来越快 很多人喜欢在工作地点 生活区间 公共场所等地方用绿色植物来 点缀 既美化环境又能改善空气质量 但对绿色植物的维护 保养是需要花不少时间去完成的 当 由于种种原因忘记定时对花卉及时浇水时 或浇水的量过多或过少 反而会给人们带来很多麻烦和 损失 因此设计一个家用自动浇花系统就十分必要 本系统采用单片机为核心芯片 利用湿度传感器来采集土壤的湿度 经过信息采集 信息比较 通 过继电器控制信息 驱动水泵控制电路工作 实现自动浇花 五 毕业设计应收集资料及参考文献 1 应收集与课题相关文献 12 篇 其中包括一篇英文文献 文献的发表年限应为 2010 年至 2016 年 2 除了文献之外 所参考的书目不能超过 3 篇 3 所有的参考资料要留存电子版 在交论文时一并打包交予指导教师 六 毕业设计的进度安排 1 必须查阅大量资料 包括一定数量的外文资料 了解课题的研究背景 意义 熟悉设计中要 用到的相关电路知识 完成开题报告 并完成一篇外文文献的全文翻译工作 1 月 1 日 3 月 18 日 2 进行系统的概要设计 3 月 19 日 4 月 10 日 3 熟悉设计软件 并提交中期报告 4 月 10 日 4 月 20 日 4 系统的设计与实现 准备作品的验收 完成论文第一稿 4 月 21 日 5 月 10 日 5 根据要求对对论文及作品进行完善 完成论文第二稿 5 月 11 日 5 月 20 日 6 制作答辩 PPT 准备答辩材料 准备答辩 并完成后续工作 5 月 21 日 6 月 10 日 7 必须定期与指导老师见面 汇报进展情况 按时完成论文的撰写工作 指导教师签名 刘亚锋 专业负责人签名 王战备 学院领导签名 熊晓军 批准日期 2016 01 10 自动浇花系统的设计 薛婵娟 陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业 1201 级 陕西 汉中 指导教师 刘亚锋 摘要 利用单片机技术设计了一个自动浇花系统 该系统由土壤湿度检测显示和控制水泵浇灌两部分组成 土壤湿度检测显示部分是由 YL 69 土壤湿度传感器 ADC0832 模数转换器 STC89C52 单片机和 LCD1602 组成 控制 水泵灌溉部分分为智能和手动两部分 其智能部分是通过单片机程序设计浇水的上 下限值与感应电路送入单片机 的土壤湿度值相比较 当低于下限值时 单片机输出一个信号控制电磁阀打开驱动水泵浇水 高于上限值时再由单 片机输出一个信号使电磁阀关闭停止水泵浇水 手动部分是由通过关闭单片机电源 由外围电路供电进行浇灌 此 系统具有体积小 灵活性强 易于操作 简单实用和价格低廉等特点 关键词 浇花系统 STC89C52 YL 69 LCD1602 The Design of Automatic Watering System Xue Chanjuan Grade 2012 Class 01 Major in Communication Engineering School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology Hanzhong Shaanxi Tutor Liu Yafeng Abstract The automatic watering system is designed by using single chip technology The system is composed of two parts which are the soil moisture detection display and the control of the water pump Soil moisture detection display is composed of YL 69 soil moisture sensor ADC0832 analog digital converter STC89C52 microcontroller and LCD1602 Control pump irrigation part is divided into two parts of intelligent and manual the intelligent part is by SCM programming watering the lower limit value and induction circuit into SCM soil moisture values compared when the lower limit value the output of the single chip a signal controls the solenoid valve opens driven pump watering above the upper limit again by the MCU output a signal so that the solenoid valve closed to stop watering pump and the manual part is made by turning off the MCU power supply by the external circuit power supply for irrigation This system has the characteristics of small size high flexibility easy to operate simple and practical and cheap price Key words Watering system STC89C52 YL 69 LCD1602 ADC0832 目 录 引言 1 1 方案论证 3 1 1 设计方案的提出 3 1 2 设计方案的比较 3 1 3 设计方案的选择 3 2 系统硬件电路设计 4 2 1 总体设计 4 2 2 STC89C52 单片机 4 2 2 1 STC89C52 单片机的组成 4 2 2 2 STC89C52 的主要性能 5 2 2 3 STC89C52 的管脚说明 5 2 2 4 振荡电路和时钟 7 2 2 5 复位电路 7 2 3 ADC0832 A D 转换 8 2 4 LCD1602 8 2 5 湿度传感器 8 2 6 按键电路 9 2 7 继电器 9 3 系统软件设计 11 3 1 系统控制流程图 11 3 2 子程序流程图 11 4 系统调试 13 4 1 系统的仿真 13 4 2 系统的安装和焊接 13 4 3 系统调试 14 5 结束语 15 致谢 16 附录 A 英文文献原文 18 附录 B 英文文献译文 21 附录 C 实物图 24 附录 D 源程序 25 附录 E 元器件清单 33 陕西理工学院毕业设计 第 0 页 共 33 页 引言 进入 21 世纪以来 人们的生活和工作环境发生着巨大的变化 生活快节奏 工作重压力 无 一不占用我们的时间和精力 随着社会快速发展 生活水平的提高 许多人越来越向往那种悠然自 得的生活方式 越来越多人喜欢花卉等盆栽植物的种植 不仅可以美化环境 而且还可以愉悦我们 的心情 1 但目前困扰人们的巨大问题是没有多余的时间与精力或者由于长时间出行 无法定时打 理照顾这些花卉植物 从而导致这些花卉植物枯萎死亡 对于人类来说 最重要的水资源 对所有生命物体都一样重要 2 所以 为了应对人们们现今 生活和工作状态 而又种植着花卉等盆栽植物的人们来说 设计出一种无人管理的情况下自动控制 浇花系统尤为重要 这样不论在什么时候什么地方 都不会造成花卉枯萎死亡的情况发生 该自动 浇花器具有系统体积小 抗干扰能力强 操作简单灵活和价格低廉等特点 使用此自动浇花器可以 节省人力物力财力 方便人们出行出差的时候 不会影响到花卉盆栽的生长 如果在家也可以关闭 自动模式手动浇花 用户可以自由设定各种基准值来实现自动浇花的功能 从而使盆栽植物健康的 生长 也减轻了养花者的工作 使人们种养盆栽更轻松 能更好地欣赏我们所种植的盆栽植物 3 1 相关领域研究现状 国内外发展趋势 20 世纪的 70 年代 微电子技术正处于快速发展的阶段 随着人们生活水平的提高和生活节奏 的加快 自动浇花系统也随之诞生 成为一种新型的懒人园艺用品 多年前 国外就已经开始使用 但是其价格却特别昂贵 而在国内使用的电子类自动浇花器多数是从国外进口的 价格更加昂贵 但质量比较可靠 不过这并不适用于国内 大多适用于花园 农场等广阔的地方 随着经济与电子 科技的快速发展 人们在注重生活质量的同时 也更加注重休闲养生 种养盆栽将成为人们越来越 喜欢的休闲项目 因此 需要将灌溉用的自动浇花器改良为桌面盆栽用的小型自动浇花器 这也将 会成为种养盆栽者的首选之物 目前这些浇花器的市场也越来越大 市场上的自动浇花器的功能也 在不断发展 在国内外比较流行的是玻璃和陶瓷制作而成的自动浇花器 这种类型的自动浇花器大 多数是在我国山西和浙江等地区加工生产的 价格比较便宜 但其实用性没有电子类自动浇花器好 研究表明 养花最重要的问题就是浇水问题 有调查显示 80 以上的花草死亡是由于浇水不及时引 起的 因此 国内商家已经看到了这种市场需求潜力 目前电子类自动浇花器这类的小居家用品的 厂家主要集中在广东 上海和浙江等地区 现在市场上所出售的自动浇花器 主要有以下几类 1 电子类自动浇花器 电子类自动浇花器又叫时空喷淋装置 系统构成为主机 主管 分 水接头 副管和喷淋管 4 电子类自动浇花器根据电源的不同可以分为交流电自动浇花器和电池自 动浇花器两种 2 玻璃 陶瓷类自动浇花器 玻璃 陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置 它有本身材质 的物理结构构成 根据器皿的物理渗水原理完成自动浇灌 当自动浇水器内部存水 自身会形成一 定的压力 遇到干燥的土壤 水就会自上而下地流出 土壤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 当然也因土壤的疏松情况决定器具内水 流速度 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领域向其他领域渗透 已经和 我们的日常生活息息相关 而且智能家居 5 概念也越来越受人们的推崇 因此 微电脑控制的电子 类自动浇花系统 有着很好的发展前景 随着科学技术的快速发展 自动化设备越来越普遍 当 然花卉自动浇水系统的应用也很广泛 花卉自动浇水系统可以根据需要调节土壤湿度范围 这也是 根据不同植物的不同需水习性设计的 在今后的生活中 将不再局限于花卉方面的应用 还可以用 于农田以及公路绿化中等等 在生活中常见的滴灌技术其实也是自动浇花系统的变相用法 近 10 年来 滴灌技术 6 在我国发展速度已居世界前列 目前主要应用在大田 棉花 玉米 葡萄 辣椒 等 温室大棚 果园及绿化带等 在最近几年 滴灌技术的应用领域出现新的变化趋势 由温室 大棚小单元滴灌向室外露地的大单元滴灌扩展 由平地大面积滴灌向山区崎岖地势滴灌发展 由蔬 菜单一植物滴灌向多种经济作物滴灌延伸 由农场集中大面积向农村小面积分散发展 由原来的高 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 33 页 附加植作物向一般经济作物普及 此外 公路铁路沿线和荒漠风沙治理绿化也开始陆续采用滴灌技 术 而且还进一步应用在城市绿地 林木 屋顶花园等非农领域 尽管用量较少 但却为滴灌技术 的今后推广提供了更为广阔的市场 相信伴随着社会主义新农村建设的推进和建设节约型社会的发 展要求 滴灌技术的应用范围会越来越广阔 自动化滴灌技术是世界许多发达国家发展高效农业节水的重要举措 在以色列 美国 和印度 等一些国家都已经采用先进的自动化灌溉技术 由传统充分灌溉向非充分灌溉方向发展 通过采用 遥感 传感器来监测土壤墒情和作物生长 对灌溉区用水进行实时监测预报 实现用水管理的全自 动遥控 对灌溉区实行动态管理 实现农业灌溉用水管理的自动化 在农业灌溉区域合理地推广自 动化控制系统 尤其在干旱和半干旱地区 不仅可以提高水资源利用率以及缓解水资源日趋紧张的 矛盾 还可以使农作物的产量增加 使农产品的成本降低 高效农业和精细农业要求我们必须提高 水资源的利用率 要将水源开发 输配水 灌溉技术 水资源合理利用和降雨 蒸发 土壤墒情和 农作物需水规律等方面综合统一考虑 根据多种因素合理调配水资源 因此 研制和推广农业节水 灌溉控制新技术是实现农业现代化的发展需要 2 设计所采用的研究方法和手段 本次设计是一个采用 STC89C52 单片机为核心的微控制浇水系统 系统主要实现自动浇水和能 够根据实际情况设定完成手动控制这两种功能 电路主要可以分成土壤湿度检测显示和控制水泵浇 灌两个模块 以液晶显示器和 A D 模数转换器组作为显示电路 浇水电路利用电磁阀驱动水泵工作 来完成 本次设计包括 STC89C52 单片机及基本外围电路模块 显示电路模块 按键电路模块 继 电器电路模块 电源电路模块等部分组成 本系统的设计将以上述内容为思路 以单片机为控制核 心 设计出一个持续地 有效地为花木浇水的系统 为我们解决无人管理情况下花木枯萎死亡的尴 尬情况 自动浇花系统 主要就是检测土壤湿度 通过土壤湿度传感器检测土壤湿度含量 把检测到的 值传送到 A D 模数转换器中 结束转换后数值反馈给单片机 单片机读取数据 经过软件程序处理 后传送到 LCD1602 显示信息 控制水泵灌溉部分分为智能和手动两部分 其智能部分是通过单片机 程序设计浇水的上 下限值与电路送入单片机的土壤湿度值相比较 当低于下限值时 单片机输出 一个信号控制电磁阀打开驱动水泵浇水 高于上限值时再由单片机输出一个信号使电磁阀关闭停止 水泵浇水 手动部分是通过关闭单片机电源 由外围电路供电进行浇灌 该设计主要包括 1 硬件部分 包括传感器的选择 显示模块的选择 A D 模数转换器的选择 继电器的选择 和土壤湿度信号转换电路的设计 2 软件部分 包括微处理器控制程序的编写 原理图的绘制和电路仿真 3 系统的综合调试与分析 在软硬件完成以后 要对系统进行综合的测试与实验 分析系统 的可靠性与实用性 调整系统的不足之处 系统的组成结构如图 1 1 所示 复位电路 按键模块 晶振电路 单 片 机 A D转换模块 液晶显示模块 继电器驱动模块 湿度采集模块 图 1 1 系统组成结构 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 33 页 1 方案论证 1 11 1 设计方案的提出设计方案的提出 方案一 此方案的设计是以核心控制软件 AT89C52 单片机 LCD12864 液晶显示器 ADC0809 模 数转换器 FC 28 土壤湿度传感器 SRD 05VDC SL C 继电器主要元件构成 电路其他元器件的选择 没有太大区别 方案二 此方案的设计是以 STCC8951 为核心控制软件 LCD12864 液晶显示器 ADC0832 模数 转换器 FC 28 土壤传感器 SRD 05VDC SL C 继电器等主要元器件构成 方案三 此方案的设计是以 STC89C52 为核心控制软件 LCD1602 液晶显示器 ADC0832 模数转 换器 YL 69 土壤湿度传感器 SRD 05VDC SL C 继电器等主要元件构成 1 21 2 设计方案的比较设计方案的比较 方案一 其中 AT 系列的单片机的程序下载方式不太方便 且 LCD12864 液晶显示器虽说不影响 电路功能 但是根据设计简单实用可操作性强的思想不能物尽其用 ADC0809 速度比较快 但是其 外围电路复杂 市场价格比较高 方案二 其中 STC 系列单片机下载程序方式较之 AT 系列单片机比较简单 但是 SCT89C51 单片 机的空间较小 可能没有足够的空间去操作 ADC0832 虽然速度比不上 ADC0809 但是其外围电路 简单 性价比高 方案三 其中 STC89C52 比 STC89C51 单片机的空间大了一倍 且程序下载方式简单易操作 LCD1602 的功能能够满足本次设计的需求 且物尽其用 市场价格不贵 YL 69 和 FC 28 两者相比 功能没有太大差别 且价格相差不大 1 31 3 设计方案的选择设计方案的选择 根据上述三种方案的优缺点 还有自身掌握的专业知识 从各个方面综合考虑 决定选择第三 种方案来实现本次设计所要达到的目的 具体实现过程为 以 STC89C52 单片机为核心 YL 69 土壤湿度传感器所采集到的数据传送到 ADC0832 中 当 STC89C52 单片机需要数据时 就会给 A D 模数转换器发送一条工作指令 当转换 结束后 单片机读取数据后 通过软件程序处理之后传送到 LCD1602 液晶显示器上显示信息 自动 浇水部分功能的实现为 单片机读取数据后 经过软件程序的对比处理后 发送信号到 SRD 05VDC SL C 继电器来驱使水泵工作或者关闭 当土壤湿度检测值低于设定值时 水泵工作 当土 壤湿度检测值等于或者高于设定值时 水泵停止工作 而自动浇水功能的实现则为关掉单片机电源 电路 由外围电路供电来实现浇水 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 33 页 2 系统硬件电路设计 2 12 1 总体设计总体设计 自动浇花系统利用单片机为核心来实现 自动浇花系统的湿度检测电路是利用土壤湿度传感器 土进行信息采集 再经过 A D 转换器处理 输送到单片机内处理之后转变为数字信号 发送到 LCD 显示屏去显示 通过这种方式我们便可以对土壤湿度变化进行检测和控制 也可以对湿度范围重新 设置 手动灌溉系统用单片机接受到的数据处理之后发送指令到继电器以控制水泵浇灌 自动浇花 系统的硬件电路由单片机系统电路 电源的电路 湿度传感器电路 LCD 显示电路 控制按键的电 路等电路共同构成的 自动灌溉系统的软件程序选用 C 语言编程 自动浇花系统灵活可靠 操作简 单 制作成本比较低 在灌溉中的应用范围很广泛 系统总框图如图 2 1 所示 湿度传感器 A D转换器 单 片 机 LCD显示 电磁阀水泵 图 2 1 系统总框图 2 22 2 STC89C52STC89C52 单片机单片机 STC89C52 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 低功耗 超强抗干扰的低电压 高性能 CMOS8 位微控制器 7 具有 8K 系统可编程可擦除 Flash 只读存储器 STC89C52 使用经典的 MCS 51 内核 但做了大量的改善使得芯片具有许多传统 51 单片机不具备的功能 指令代码完全兼容传统 51 单片 机 12 时钟 机器周期和 6 时钟 机器周期随意选择 采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制 造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 存储器组合在一个芯片上 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案 2 2 12 2 1 STC89C52STC89C52 单片机的组成单片机的组成 STC89C52 由一个 8 位微处理器 128KB 片内数据存储器 RAM 1 个特殊功能寄存器 SFR 3KB 片 内程序存储器 Flash ROM 64KB 可寻址片内外一编址的 ROM 64KB 可寻址片外的 RAM 4 个 8 位并 行 I O 接口 P0 P3 一个全双工通用异步串行接口 UART 两个 16 位的定时器及计数器 具有 位操作功能的布尔处理机及位寻址功能的五个中断源 两个优先级的中断控制系统以及片内振荡器 和时钟产生电路 8 其基本组成框图如图 2 2 所示 图 2 2 STC89C52 单片机的组成 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 33 页 2 2 22 2 2 STC89C52STC89C52 的主要性能的主要性能 9 9 增强型 51 单片机 完全兼容传统 51 单片机指令代码 6 时钟 机器周期和 12 时钟 机器 周期任意选择 工作电压 5 5V 3 3V 5V 单片机 3 8V 2 0V 3V 单片机 工作频率范围 0 40MHz 相当于普通 51 的 0 80MHz 实际工作频率可达 48MHz 8K 用户应用程序空间 片上集成 512 字节 RAM 通用 I O 口 32 个 复位后为 P1 P2 P3 P4 是准双向口 弱上拉 P0 口是漏极开路输 出 作为总线扩展用时 不用加上拉电阻 作为 I O 口用时 需加上拉电阻 ISP 在系统可编程 IAP 在应用可编程 不需要专用的编程器和仿真器 用户可通 过串口 RxD P3 0 TxD P3 1 直接下载程序 省时省力 具有 EEPROM 功能 具有看门狗功能 共 3 个 16 位定时器 计数器 T0 T1 T2 外部中断 4 路 下降沿中断或低电平触发电路 Power Down 模式可由外部中断低电平触 发中断方式唤醒 通用异步串行口 UART 可用定时器软件实现多个 UART 工作温度范围 40 85 工业级 0 75 商业级 PDIP 塑料双列直插式 封装 2 2 2 3 2 3 STC89C52STC89C52 的管脚说明的管脚说明 STC89C52 的引脚图如图 2 3 所示 图 2 3 STC89C52 单片机引脚 各引脚功能 1 电源 VCC 40 引脚 电源 接 5V VSS 20 引脚 接地 2 I O 口线 P0 口 P0 0 P0 7 39 32 引脚 P0 口是一个 8 位漏极开路双向 I O 口 也称为数据总 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 33 页 线口 对端口 P0 写入 1 时 作为高阻输入 作为输出时 每个引脚可驱动8 个负载 用 于外部程序数据存储器 时 内部为上拉电阻状态 可以作为数据和地址低 8 位复用总线 FIASH 编程时 P0 口作为原码输入口 当 FIASH 进行校验时 外部必须接上拉电阻 此时 P0 口输出原码 P1 口 P1 0 P1 7 1 8 引脚 P1 口是一个内部 带有上拉电阻的 8 位双向 I O 口 专门 供用户使用 P1 口的输出缓冲器能接收 4TTL 生存时间 门电流 当 P1 口管脚写入 1 后 内部上拉电阻把端口拉到高电位 可用作输入 由于内部上拉电阻的存在 P1 口被外部信号 下拉为低电平时 将作为输出口 P2 口 P2 0 P2 7 21 28 引脚 P2 口是一个内部带有上拉电阻的 8 位双向 I O 口 也 可作为用户使用的 I O 口接线 P2 口的输出缓冲器可接收 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写入 1 时 内部上拉电阻 把端口拉到高电位 拉高作为输入 同时由于内部上拉电阻的存在 被 外部信号拉低的 P2 端口将输出电流 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储 器进行存取时 P2 口输出地址的高八位 当对外部 8 位地址数据存储器进行读写时 P2 口输 出其特殊功能寄存器的内容 且在整个访问期间不会变 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八 位地址信号和控制信号 P3 口 P3 0 P3 7 10 17 引脚 P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P3 口的输出缓冲器 可接收 4 个 TTL 门电流 当 P3 口被写入 1 后 P3 端口被内部上拉电阻 上拉为高电平 并用作输入 STC89C52 单片机的 P1 口个别管脚和 P3 口还有一些特殊功能 其中 P1 0 可以作为定时器 计数器 2 的外部计数输入 P1 1 可以作为定时器 计数器 2 的触发输入 具体如表 2 1 所示 表 2 1 P1 0 和 P1 1 引脚复用功能 引脚复用功能 P1 0 T2 定时器 计数器 2 外部计数输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时器 计数器 2 捕获 重装触发和方向控制 P3 口也可作为 STC89C52 的一些特殊功能口 具体如表 2 2 所示 表 2 2 P3 引脚复用功能 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 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 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 P3 口同时为 Flash 编程和编程校验接收一些控制信号 3 控制线 RST 9 引脚 复位信号的输入端 需保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 30 引脚 地址锁存允许 片内 EPROM 编程脉冲 访问外部存储器时 用于锁 存地址的低 8 位 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 PSEN 29 引脚 外部 ROM 读选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期 出现两次 PSEN 信号有效 但在访问外部数据存储器时 PSEN 信号将不出现 EA VPP 31 引脚 访问外部程序存储器的控制信号 当 EA 保持低电平时 即接地 不 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 33 页 管是否有内部程序存储器 在此期间外部程序 存储器 0000H FFFFH 都能读取指令 注意加 密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时 执行内部程序存储器 4 时钟 XTAL1 19 引脚 振荡器电路的输入端 XTAL2 18 引脚 振荡器电路的 输出端 2 2 2 2 4 4 振振荡荡电电路路和和时时钟钟 在 STC89C52 芯片内部 有一个振荡电路和时钟发生器 内部时钟电路则是 单片机里面的 高增益反相放大器用来构成振荡器 引脚 XTAL1 是输入端 引脚 XTAL2 是输出端 在两个端的引脚 接入跨界石英晶体和两端引脚分别接入微调电容 共同组成一个稳定的自激振荡器 也可以使用 外部振荡器 由外部振荡器产生的信号直接加载到振荡器的输入端 作为CPU 的时钟源 称为 外部时钟方式 采用外部时钟方式时 XTAL1 作为振荡器电路的输入端 接至 外部振荡器的 输 出端 XTAL2 悬空 我们这次设计选用的是内部时钟方式 为了保证振荡器稳定 可靠的工作 在安装中 我们就需要把石英晶体 电容和芯片的安装距离尽量缩短 可以防止产生寄生电容 除 此之外我们尽量选用温度稳定性较好的电容 内部时钟方式的电路连接方法如图 2 4 所示 12MHz C2 30P C3 30P XTAL2 XTAL1 GND Y1 图 2 4 STC89C52 振荡器的连接方法 2 2 2 2 5 5 复复位位电电路路 单片机中的复位电路和电脑的重启键的作用是一样的 当电脑出现死机情况时 按下重启键电 脑内部程序从头开始运行 单片机的复位电路是让 CPU 和自动浇花系统中其他功能部件全部都处于 初始状态 然后从初始状态开始工作 不管单片机是刚开始通电源 或者切断电源后 还是突然故 障之后都需要复位 单片机复位需要满足 RES VPD 和 RST 引脚持续 2 个周期及以上的高电平这一条 件 复位电路有上电自动复位的方式和按键复位的方式 本次设计采用的是按键复位方式 选用按 键手动电平的复位是通过 RST 端 经过电阻与电源 VCC 的接通方式来实现 其电路连接如图 2 5 所 示 VCC C1 10uf R4 10K 4 3 RST SW PB 2 1 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 33 页 图 2 5 复位电路的连接方法 2 32 3 ADC0832ADC0832 A DA D 转换转换 A D 转换的作用就是把采集到的模拟信号转变为我们可用的数字信号 ADC0832 是一个 8 位分 辨率的 A D 转换芯片 它分辨吕最高可以达到 256 级 相对其它的转换芯片来说体积比较小 而且 兼容性也比较好 在市场里面它的性价比高 一般模拟量的转换要求都能够满足 由于它的内部电 源输入和我们选用的参考电压复用 使得 A D 转换芯片的模拟电压输入一般在 0 5V 区间内 A D 转换芯片所需的转换时间很短 仅仅是 32 微秒 它还能双数据输出 可以减少数据误差 所以它 能进行数据校验 总的来说它的优点就是转换速度快 稳定性能强 独立的芯片可以让输入更加方 便 挂接多个器件和处理器控制更加容易 ADC0832 模块电路连接如图 2 6 所示 U1 ADC0832 CS CH0 CH1 GND VCC CLK DI DO 1 2 3 4 8 7 6 5 P13 AD AS AC土壤湿度传感器AD CLK P10 AD DAT P11 VCC 图 2 6 ADC0832 转换器电路连接方法 2 42 4 LCD1602LCD1602 液晶显示在很多家用电子产品中随处可见 它会显示一些数字 特殊符号和图形等 具有体积 小 显示内容丰富和功耗低等特点 10 它可以把单片机处理后的数据进行屏幕显示 它与单片机 的电路连接非常简单 我们只需把一个 8 位 I O 接口和液晶显示模块的 8 位数据段连接在一块 再 把 3 位控制口分别与液晶模块的 RS R W E 三个端口分别连接在一块就可以完成 为了布线可以 变简单以及驱动能力变得更强 我们用的是单片机 P0 口接 8 位数据 用 P2 7 P2 6 分别与单片机 管脚 RS E 相连 因为本次设计中只用到写命令 R W 一直处于低电平状态 所以 R W 管脚接地 11 LCD1602 电路连接如图 2 7 所示 1 3 5 2 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 K VCC GND R2 2 2K P1 VSS VDD VO RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A GND RS LCDEN D0 D1 D2 D3 D5 D4 D6 D7 VCC GND LCD1602 图 2 7 LCD1602 显示器电路连接图 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 33 页 2 52 5 湿度传感器湿度传感器 传感器是一种输出装置 将采集到的信息资料转变为有用信号 它由敏感元件 转换元件和相 对应的电子电路共同构成 在使用的过程中直接响应于被测物理量并且产生可用信号输出 当外界 的湿度变化时 它里面的电阻值也会随之变化 电阻值的变化范围一般为 0 欧 10K 欧 当电阻变 化时 电路的输出电压也会产生变化 因此当电路中变调电阻的大小时 就可以能获得相应的电压 值 满足电路的需求 此次设计用到的是 YL 69 土壤湿度传感器 它的测量范围为 0 100 RH 具有 功耗低 响应时间短的优点 12 其电路连接如图 2 8 所示 2 1 VCC R3 10K AC A D转换器 GND P2 Header2 图 2 8 湿度传感器电路连接方法 2 62 6 按键电路按键电路 S0 复位键 S1 设置 保存 S2 加 模式切换 S3 减 手动灌溉 检测 供电后 水泵会工作 LCD1602 显示当前土壤湿度 将土壤湿度传感器放入水中 湿度 值上升 水泵停止 按下 S2 键 切换为手动浇花模式 按 S3 键就可以手动开关水泵了 设定 按下 S1 设置键 进入预设湿度值调节模式 按 S2 键 预设值加 按 S3 键 预设值减 设 置成功后 再按 S1 设置键退出 返回到正常模式 13 按键电路连接如图 2 9 所示 图 2 9 按键电路连接方法 2 72 7 继电器继电器 电磁式继电器由控制线圈 铁芯 衔铁 触点簧片组成 工作时继电器的线圈会加上额定的电 压 并且产生电流 紧接着电流会产生电磁效应 产生的电磁力会把衔铁吸起来 衔铁的动触点与 静触点吸和 进行动作 14 当线圈失电后 电磁力就没有了 在弹簧作用下衔铁返回原来不通电 的位置 释放切断 所以说依照上述原理 继电器起到了一个开关的作用 它可以配合电路实现预 期的效果而且它的控制精度和灵活性都比较可靠 继电器起到开关作用 需要连接一个三极管 三 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 33 页 极管和单片机的 P1 6 相连 当引脚被置高电平的时候 继电器工作驱动水泵灌溉 如图 2 10 所示 15 图 2 10 继电器电路连接方法 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 33 页 3 系统软件设计 3 13 1 系统控制流程图系统控制流程图 自动浇花系统软件的设计 设计中采用结构化 模块化的方法是为了便于功能的扩展 自动灌 溉系统用 C 语言来进行软件设计 当自动浇花系统打开运行之后 首先它进行初始化 并获取我们设定的湿度值 经过信息处理之 后 输送到液晶显示屏显示信息 主循环判断当前环境的湿度值 对比当前的土壤湿度值是否低于 设定值 如果低于设定值 继电器就会驱动水泵进行抽水灌溉 如果高于设定值 则不用工作 系 统流程图如图 3 1 所示 开始 初始化 湿度采样 A D转换 LCD显示 判断湿度值是 否低于设定值 结束 继电器驱动灌溉 Y N 图 3 1 系统流程图 3 23 2 子程序流程图子程序流程图 在自动浇花系统运行之后 首先获取当前土壤湿度值 即 YL 69 土壤湿度传感器已经工作 初 始化后 采集到的数据输送到单片机中 单片机中对比处理之后 传送到 LCD 显示器上显示出来 其进行流程如图 3 2 所示 而按键电路的工作原理即为程序软件处理过程 其流程如图 3 3 所示 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 33 页 开始 I2C初始化 YL 69初始化 通过I2C接口读 取湿度值 对读取到的数据 进行处理 数据显示在LCD上 屏蔽高四位取列 值 屏蔽低四位取行 值 根据行列值求取 键值 返回按键值 图 3 2 YL 69 湿度传感器流程图 图 3 3 按键流程图 ADC0832 的工作就是把模拟信号转换成数字信号 把传感器采集到模拟信号转换为数字信号后 单片机读取数据后根据软件程序的设定做出相应的指令 其工作流程如图 3 4 所示 LCD1602 液晶 显示器的作用主要是显示出我们设定的湿度值以及检测到的当前土壤湿度值 其工作流程如图 3 5 所示 ADC0832初始化 ADC0832起振 ADC0832读取时 间 LCD1602显示读 取的数据 开始 系统初始化 LCD1602初始化 写指令 写数据 开始 写数据计数器为零 结束 N Y 图 3 4 ADC0832 流程图 图 3 5 LCD1602 流程图 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 33 页 4 系统调试 4 14 1 系统的仿真系统的仿真 此次自动浇花系统的软硬件仿真均是在 Proteus 仿真软件中完成的 Proteus 是目前我们接触 到的最好的仿真单片机以及外围器件的 EDA 工具器件 可以轻松地实现从概念到产品的完整设计 按照所设计的方案搭建的硬件电路如图 4 1 所示 图 4 1 系统仿真图 4 24 2 系统的安装和焊接系统的安装和焊接 在安装系统之前我们要检查元器件 例如 晶体管的型号是否匹配 电容器的耐压是否正确 以及电容器的极性问题 再次确定原理图 安装电路位置 检查极性是否正确 在安装过程中最好 导线条理清晰 焊接时需保证元器件按照电路原理图安装正确 先找好电源和接地点 切不可正负极焊接错误 或者管脚焊接错误 电烙铁过热 停留时间太长 焊锡过多都会造成电路板上的覆铜翘起 从而破坏电路板 焊接完成后 不要立即移动元器件 否则会造成虚焊或者脱焊 焊接晶体三极管时对其他晶体同样适用 温度不可过高 时间不宜太长 否则会毁坏晶体 焊接完成后 系统焊接如图 4 2 所示 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 33 页 图 4 2 系统焊接图 4 34 3 系统调试系统调试 在安装时 我们要采用按照单元电路逐级的安装调试 联合的调试的方法 具体的步骤 1 依据系统原本设计 把所需组成元件找好并进行焊接 2 依据原件说明书 清楚每个组成元件的动作原理 并且调试每个功能模块 3 然后把每个功能模块编写成独立的源程序文件 再次进行调试成功之后 我们就可以再把 各个部分组合在一起 4 在调试各个模块之后 我们就可以把各个源程序段组合起来综合调试 实物图如图 4 3 所示 图 4 3 系统实物图 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 33 页 5 结束语 本次自动浇花系统的设计是以电子类的自动浇花器的工作原理为参考 运用传感器技术和 单片机控制技术构成一个土壤温湿度采集与 浇水控制系统 再用数字电路控制自动给水系统及 时供水 本次设计中土壤温湿度的采集和显示 是以 ADC0832 配合成感应电路 将检测到的 当 前土壤温湿度值送入 STC89C52 单片机 单片机经过信息对比处理之后 输出到 LCD1602 液晶显 示进行信息显示 同时此土壤湿度值也是判定是否给植物浇水的参考值 它设计为自动和手动 两个部分 智能浇水系统是通过单片机程序设定浇水的上 下限值并与感应电路送入单片机的 土壤湿度值相比较 当传感器检测到的 土壤湿度值低于设定的下限值时 单片机输出一个信号 给继电器驱动水泵工作开始浇水 高于设定的上限值时由单片机输出一个信号给继电器使水泵 停止浇水 手动部分是关闭单片机电路 由外围工作电路供电按键控制浇灌 整个系统经过试 验之后 能够根据不同的土壤湿度环境作出判断 来决定是否浇水 在本系统功能实现的同时 系统的自动控制和手动模式也正常工作 可以根据个人喜好来选定模式 操作简单 功能实用 在本系统试验之后 发现误差较小 在 1 RH 左右 通过本次设计 能够进一步了解微电脑智能控制的强大功能和操作方式 在现实生活中 自 动浇花系统的应用很广泛 不仅可以应用在花卉盆栽等小植株 经过改良之后 还可以用在农 田 温室大棚和公路绿化带等区域较大或不规则等地方 随着技术的发展 自动浇花系统会更 加完善 功能更加强大 操作更加简单 比如 在系统中引入语音模块 就会减少人们动手的 次数 实现语音控制 或者也可以加入辅助配乐软件 这样就可以实现花式浇水 还可以做成 浇花机器人的形式来增添更多乐趣 经过本次设计 懂得了设计应该注意的一些问题 比如 可操作性 实用性 安全性等 也对以后的生活和工作帮助巨大 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 33 页 致谢 本次设计对我帮助最大的就是我的导师刘亚锋老师 衷心感谢刘老师的付出及帮助 此次设计 的自动浇花系统所涉及的内容在我大学的学习中接触较少 也可以说是从零开始 首先是刘老师给 出我要查找咨询的方向 避免了无处下手 四处碰壁的困境 在每次检查时 刘老师都会帮助我查 漏补缺 提出宝贵的意见并且指出我的问题帮助我分析解决问题 还会鼓励我克服困难 同时无论 需要什么帮助 刘老师都会热心的帮助我 在此设计期间 刘老师对我的论文提出了许多宝贵的修 改意见 从而进一步增强了本论文的可读性和严密性 所以 再次衷心感谢刘老师 同时 也特别 感谢班主任龙老师和所有的代课老师 感谢你们在我们学习生涯中的辛勤付出 谢谢同学们的答疑 解惑和支持 可以使我不断进步 知道怎么熟悉并且完善此次设计 通过本次设计 可以给予我学习和生活很大的帮助 让我们懂得学习去做一样东西的时候 应 该具备什么能力和如何掌握不曾接触的新知识 正如古话说的好 老师是一盏明灯 指引我前进的 方向 同时和同学们相处的时候 我学到了互帮互助 团结协作 也学到了他们学习中的一些好的 方法 积累了许多学习和生活上的重要经验 衷心感谢在百忙之中参与论文评阅和参加答辩的各位老师 致谢人 2016 年 月 日 陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 33 页 参考文献 1 刘冠丽 智能化浇灌系统的设计与实现 J 现代电子技术 2012 23 95 198 2 刘明真 陈鸿 基于单片机智能节水灌溉系统设计 J 学术问题研究 2010 01 75 80 3 杨杜鹃 基于单片机的自动浇花系统设计 J 科技致富向导 2014 12 225 4 张跃东 姚卫 传感器应用技术 M 北京 电子工业出版社 2015 5 5 张伟宏 论物联网下智能家居发展及趋势 J 电脑与信息技术 2014 03 60 63 6 郑重 马富裕 滴灌自动控制与智能化管理技术 M 北京 科学出版社 2015 2 7 朱兆优 陈坚 邓文娟 单片机原理与应用 基于系列增强型单片机 M 第 2 版北京 电子工业出版 2012 8 刘川 张小成 高进渊 马金刚 和晓雲 李晓勤 智能自动浇花系统的控制设计研究 J 科技世界 2015 18 87 88 9 袁建荣 基于 HS1101 的土壤湿度传感器的智能化研究 J 山东青年 2015 7 10 金炜 电磁阀的控制原理与图符解析 J 贵州电力技术 2011 2 67 70 11 雷文礼 任新成 曹新亮 基于单片机的自动气象监测系统的设计与实现 J 现代电子技术 2015 19 121 124 12 王清珍 董健 杨宇 基于单片机的门禁系统多级菜单设计 J 现代电子技术 2015 12 55 61 13 ZHANG Lili YANG Hua YANG Qingge An Indoor Temperature Control System Based on Microcomputer Research and Exploration in Laboratory 2015 No 7 63 66 71 14 Nilesh R Patel Rahul B Lanjewar Microcontroller Based Drip Irrigation System Using Smart Sensor J 2013 8 13 15 SenLin Zhang ZiXiang Wang MeiQin Liu MeiKang Qiu Energy aware routing for delay sensitive underwater wireless sensor networks Science in China Series F Information Sciences 2014 No 10 1 14 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 33 页 附录附录 A A 英文文献原文英文文献原文 Effects of watering potato plants before harvest and of curing conditions on development of tuber diseases during storage G A HIDE KATHRYN J BOORER and SHARON M HALL Institute of Arable Crops Research Rothamsted Expe