一种智能浇花系统的设计与实现

第一章绪论研究背景和意义充足的水分是保证植物正常生长的重要条件之一，是植物细胞扩张生长的动力。当土壤水分含量太低，导致干旱，此时植物是无法正常进行光合作用的，植物不能很好的合成自身所需的营养物质，这将直接导致降低作物的产量和品质。在植物细胞扩张生长的时候，保持充足的水分是极其重要的，这样细胞才能产生膨胀压力，如果土壤不能提供充足的水分，便会使植物细胞扩张生长受到阻碍，植株变矮。处在严重缺水是，植物会凋零甚至死亡。当土壤的湿度过高时，导致土壤透气不良，影响了根的呼吸和阻碍了根的生长，进而影响到植物地上部分的生长。农作物的耕作方法和种植质量也会受到土壤水分含量的影响。随着国家各级政府对农业种植生产越来越重视，农业生产在我国的经济发展中逐渐突显出其重要的地位，吃饱饭永远是一件大事，只有吃饱了才能有力气去创造更多的有价值的东西。许多的科研单位为了加大促进农产品的产量和对品质的追求，因此开展了许多的研究。在温室栽培中，通常都是些名贵的品种，非常需要保证其生长过程中所需的水分，土壤水分的高低都会对其产生影响，不能保证给植物充足的、适当的水分时，将会导致植物生长质量不好，或者会严重减产，导致亏损。近年来人们的生活水平一直在提高，越来越多的人开始对生活环境重视起来，也慢慢地学会了享受生活，用植物来装饰家居环境，用植物来愉悦自己渐渐的变得更加常见。工作辛苦的上班族回到家都会想要休息，这时便有可能忽视了养的植物，所以他们很需要一种智能浇花系统来帮助他们更好的照顾植物。人们越来越重视健康问题，所以更重要的是如何避免甲醛对人体的伤害，他们需要像绿萝这样可以高效的吸收空气中甲醛的植物，但人总不可能长期的去刚装修的房子里去浇花，因为甲醛有造成白血病的风险，所以这个时候就极其需要一款能自动根据土壤湿度浇花的系统，不需要看管，便能自动浇花，既能让植物一直保持生机勃勃地高效吸收甲醛，又能让人们避免受到甲醛的伤害。因此，无论是大范围的农业种植、温室培养，还是家居种植都非常需要一款低成本、使用方便且检测数据可靠的智能浇花系统，为浇花水量提供相应的依据。为了解决以上问题，本文设计了高稳定性、低成本的小型智能浇花系统。国内外研究近年来，随着科技的进步发展，智能浇花系统在国内外逐渐普及，出现各种各样的浇花系统，有利用虹吸原理渗透式浇花的，这种浇花方式有很多的弱点，例如不能人为的手动停止浇水，无法根据植物所需的水分进行浇水。虽然成本低，但是不能控制水分的多少。还有比较常见的设备有微灌和微喷，两者虽然字面上看似相似，但却又是不同的两种技术，微灌通过管道输送水分，直接送到植物根部附近的土壤，用少量的水便能达到保持植物附近土壤湿度平衡，不过因为需要很多的管道来输送水分，所以成本不低。而微喷是在微灌的基础上发展升级而来，对比微灌，微喷技术往往可以做到更加的省水，它拥有雾化喷头，把水雾化成细小的水滴洒落，结构相比于微灌更加的简单，更加省水，而且低成本，还比较容易维修。论文结构本文主要分为六大部分，对智能浇花系统的设计的实现进行了具体的论述。各章的主要研究内容如下：第一章绪论。介绍了智能浇花系统的研究背景和意义、国内外发展现状等，并对论文的组织结构进行了规划。第二章系统的总体设计。对智能浇花系统的需求进行分析，在此基础上给出系统的总体框架。第三章系统的硬件设计。完成传感器模块、A/D转换模块、MCU模块、显示模块和蓝牙传输模块的设计方案，对其工作原理进行具体的说明。第四章系统的软件设计。完成智能浇花系统的手机APP的设计，并给出各部分程序的执行流程图。第五章系统展示。对智能浇花系统的实物构成和使用进行具体的说明，对实物实现的功能进行逐一的演示。第六章总结与展望。对智能浇花系统进行总结并展望该系统未来发展道路。第二章系统组成及其工作原理2.1需求分析与功能介绍设计智能浇花系统的目的是可以更加方便，合理的进行植物养殖，能根据实际情况，植物所需的水分进行合理的浇水，既节约了水资源，又能让植物更好生长。智能浇花系统具备以下功能：1.可获取所测土壤的湿度信息，并且显示到液晶LCD1602上。2.该设计通过按键可以设置两个阈值-土壤湿度上下限，设置的数据有掉电存储的功能。3.手动和自动两种工作模式，自动模式下，当士壤温度小于下限值，继电器闭合水泵工作，对应授警指示灯点亮，蜂鸣器报警，开始加水，増大湿度，一直加湿到土壤湿度大于等于湿度上限，继电器断开，水泵停止工作，对应报警指示灯点亮蜂鸣器报警，当土壤湿度介于上下限之间，指示灯不亮，蜂鸣器不报警。手动模式下，不考虑土壤湿度与上下限的关系，指示灯强制关闭，蜂鸣器强制不报警，通过按键强制开关控制继电器水泵。4.单片机将土壤湿度数据通过蓝牙串口模块HC-05发送给已建立连接的安卓手机APP。5.手机APP上有展示所有数据，报警信息，可设置上下限数据。2.2系统的组成及工作原理本文设计的智能浇花系统的组成包括湿度传感器检测模块，单片机，按键电路，时钟电路，复位电路，A/D转换模块，蓝牙模块，与LCD显示模块，如图2.1所示。STC89C52单片机按键电路模拟土壤传感器模块AD模块蓝牙模块LCD显示模块时钟复位电路STC89C52单片机按键电路模拟土壤传感器模块AD模块蓝牙模块LCD显示模块时钟复位电路图2.1智能浇花系统组成框图智能浇花系统的工作原理：传感器将收集到的土壤湿度信号传送到ADC0832中，ADC0832可以将湿度信号转换成数字信号，这是个模数转换的过程，转换成数字信号后便送到STC89C52单片机进行进一步的处理，最后得到的湿度数据在液晶显示器上显示出来，再通过蓝牙传输到手机APP。在手机端的APP还可以通过蓝牙部分控制智能浇花系统。按键是用于设定土壤湿度的数值。最小值和最大值可以自由的设置，当然它的最小值不能大于最大值。如果测得的土壤湿度超过设定的界限时，会触发声光报警。整个设计分为手动和自动两种工作模式，自动模式下，当士壤温度低于下限值时，继电器闭合水泵工作，对应的报警指示灯亮起，蜂鸣器报警，开始加水，増大湿度，一直加湿到土壤湿度大于等于湿度上限，继电器断开，水泵停止工作，对应报警指示灯点亮，蜂鸣器报警，当土壤湿度介于上下限之间，指示灯不亮，蜂鸣器不报警。在手动模式下，不考虑土壤湿度与上下限的关系，指示灯强制关闭，蜂鸣器强制不报警，继电器水泵由按键强制开关控制。第三章硬件系统设计本文设计的智能浇花系统的整体硬件原理图如图3.1所示。图3.1系统整体硬件原理图3.1传感器模块湿度传感器之所以能够接收湿度信号，是因为它的基片上面有一层可以感湿的薄膜，本设计所用的湿度传感器上的薄膜如图3.2所示，是有类似金属质感的银色薄膜，正反面都有覆盖，使得获得的数据更加的精确。当把传感器放进土壤中时，土壤里的水分贴在传感器上，使得介电常数发生变化，介电常数一变化，电容量也跟着变化，通过后续处理收集来的电容量变化就可以得到想要的湿度信息，电容量随着湿度的增加而增大。土壤湿度传感器应该具有的特点：1、响应速度快，测量数据要准确，保证实时监测数据的精度高，还要能够抵抗外界各种因素的干扰，这样能使单片机可以更加快速的作出反应，从而浇花水量控制精确。2、不含任何有毒的化学物质，难以被微生物或者日晒雨淋而析出有毒物质污染土壤，能够适应各种的气候环境，使用成本低，可以广泛普及。3、稳定性高，安装维护简单，使用方法简单。4、耐腐蚀，可长期埋入土壤中使用。如图3.2所示，这是个使用方便的湿度传感器，可以轻易的检测出土壤的湿度变化，土壤越干旱，输出的电压越小，输出的电压会随着土壤里水分含量的增高而增大。之所以选择YL-100是因为其电路简单，使用方便，价格低廉，YL-100实物图3.2如下：图3.2YL-100实物图智能浇花系统的传感器设计电路如图3.3所示：图3.3YL-100电路图将干燥的传感器插入土壤中，需要注意的是要保证传感器上的感湿薄膜大部分都在泥土里，这样做可以让测出来的数据更加的准确。收集到的湿度信号通过AD转换成电压信号，单片机再来处理便测得土壤的水分含量，传感器的形状设计成叉形，方便插入土壤。3.2A/D转换模块ADC0832是美国国家半导体公司生产的，它体积很小，兼容性强，性价比高，拥有双通道A/D转换。全球各地都有很多人喜欢使用它。ADC0832是一款8位分辨率A/D转换芯片，它允许的模拟电压输入是0~5V，它的分辨最高有256级之高，可适应大多数情况下的模数转换使用要求。它稳定性很强，模数转换数据采样频率很快，这就有使得智能浇花系统的数据能精准的显示出实时的土壤湿度，它的模数转换时间非常的短，仅有32μS。而它最大的特点就是输出是双数据输出，数据误差变得有所减少。具有自己的独立芯片，使得控制它以及多个原件和它安装一起的操作简单方便。本智能浇花系统所用的模数转换模块原理图如图3.4所示:图3.4模数转换模块原理图因为通过湿度传感器收集来的是模拟信号（电压），单片机是无法直接处理的，所以需要通过ADC0832把湿度传感器收集来的湿度信号进行模数转换，变成成数字信号之后，再把数字信号传输到单片机进行处理。ADC0832能够将0—5V的电压转化成对应比例关系的0-255（8位是0-255）的数据，单片机直接读取ADC0832的数据获取AD值数据。3.3MCU模块3.3.1功能特征描述本智能浇花系统所使用的是STC89C52单片机，是一款低功耗、运行迅速、可靠性高并具有超强抗干扰能力的单片机。引脚图如下图3.5：图3.5STC89C52的引脚图3.3.2主要特性1、STC89C52其实就是升级版的8051，它的指令代码和传统的8051是一样的，可以根据使用需求任意选择6时钟/机器周期或者是12时钟/机器周期。2、它的工作频率范围在0到40MHz之间。对工作的温度也有要求，一般制作成工业级别的STC89C52单片机的工作温度范围在-40℃～+85℃之间，而当用作一般商业使用的时候的单片机，它的工作温度在0℃～75℃之间，所以在使用智能浇花系统的时候要注意避免系统的主板处在长时间的太阳直射下，避免过热的温度导致单片机发生故障。3、具有三种工作模式：掉电模式、空闲模式、正常工作模式，在不同模式下的功耗不同，很好的降低了功耗是它最大的特点。4、STC89C52单片机拥有着超强的抗干扰能力，因为无论是在输入输出口，还是在单片机内部电源供电系统、时钟电路、复位电路都经过特殊的处理，从而减少来自外部或者内部的干扰，使得单片机运行更顺畅，数据更准确。使用宽电压，防止电源抖动所带来的干扰。3.3.3外部中断当单片机正在主程序里无休止的循环时，突然发生了一个紧急事件，程序就“飞”到了另一处（发生突发事件的地方）执行，处理完紧急事件后再自己“飞”回到主程序继续执行。表6-5中断允许寄存器IED7D6D5D4D3D2D1D0EAET2ESET1EX1ET0EX0STC89C52单片机有6个事件是可以中断单片机正在执行的主程序：1、定时器/计数器T0溢出。2、T1计数容器溢出。3、外部引脚P3.2上的信号中断。4、外部引脚P3.3上的信号中断。5、串口通讯中断。6、定时器T2中断。当有事情发生时，中断允许寄存器IE是用来判断是否告诉单片机的CPU中断当前任务并马上去处理新的任务。下面分别来介绍在中断允许寄存器IE中各自的功能。1、EX0当EX0=1(SETBEX0)，同时在单片机P3.2引脚上出现中断信号时，单片机会中断主程序的执行“飞”往中断服务子程序去执行，执行完中断程序后通过中断返回指令RETI自动返回主程序继续执行。当EX0=0(CLREX0)，即使单片机P3.2引脚上出现中断信号，程序也不会从主程序跑出去执行。因为此时单片机的CPU接收不到P3.2引脚上的中断信号。2、ET0当ET0=1(SETBET0)时，单片机的CPU能够在定时器/计数器T0的计数容器发生溢出，此时的单片机CPU可以马上去中断主程序的执行，然后转而去运行所对应的中断服务子程序。而当ET0=0(CLRET0)时，单片机的CPU不能够在定时器/计数器T0的计数容器发生溢出时中断主程序而去执行相应的中断服务子程序。3、EX1当EX1=1(SETBEX1)时，中断信号出现在外部P3.3引脚上时，此时的单片机CPU会因为跑去了执行所对应的中断服务子程序，从而中断主程序。而当EX1=0(CLREX1)时，即使中断信号出现在外部P3.3引脚上，此时的单片机是不能够中断主程序，也不能够因为中断了主程序所以去执行中断服务子程序。4、ET1当ET1=1(SETBET1)时，当定时器/计数器的计数容器T1发生溢出时，单片机CPU可以中断主程序并执行相应的中断服务子程序。当ET1=0(CLRET1)时，即使定时器/计数器T1的计数容器溢出，单片机也不能中断主程序而去执行相应的中断服务子程序。5、ES当ES=1(SETBES)时，串口发送完或接收完一个字节数据时，单片机的CPU可以中断主程序并执行相应的中断服务子程序。当ES=0(CLRES)时，即使单片机的串口发送完数据或者是接收完毕，都不会导致单片机CPU中断主程序。6、EAEA是总中断允许控制位，将EA位设置成0关中断。3.3.4串口通信最小系统的原理图3.6如下：最小系统的意思就是指确保单片机能够保持正常工作的最少电路组成部分。一般来说，单片机的最小系统应该包括以下4个：晶振电路、电源电路、复位电路、下载电路。图3.6最小系统的原理图复位电路：能够让单片机重新启动并开始工作。当单片机在使用的过程当中因为各种的外界因素，或者是发生卡顿使得单片机无法正常运行工作时，可以通过复位电路让单片机重新启动解除卡顿状态。复位电路在实践中比较常见的应用有按键手动复位和上电自动复位两种。上电自动复位电路：在利用外部复位电路的电容充放电，来实现自动上电复位。电路简单，使用快捷。按键手动复位：本智能浇花系统也有设置按键手动复位。一般情况下遇到设备有故障关掉电源再开就可以解决问题了，但是也要考虑到特殊情况的使用，所以加上按键手动复位，它相当于一个用来重启设备的按钮。它通过RST（9）端与电源Vcc接通从而来实现电平复位。智能浇花系统的按键手动复位电路如下图3.7所示。图3.7按键手动复位电路时钟电路：如同时钟一般精确运行的振荡电路，有外部时钟和内部时钟两种产生方式。内部时钟模式如图3.8所示。STC89C52单片机内部存在有一个振荡电路，它能在单片机内部产生时钟脉冲信号，它的产生是因为将石英晶体接在了单片机的XTAL1（18）和XTAL2（19）引脚上，由此组成了一个自激振荡器，作用是给单片机提供工作脉冲。图3.8所示是内部时钟模式电路图，图中的电容C1和C2是用来稳定频率和快速起振的。图3.8内部时钟模式下载接口：不需要购买通用的编程器，无需将单片机从已焊接好的成品上拆下来烧录，只需直接在用户的目标系统上下载到单片机中即可，可以非常直观的测试程序能否运行，是否有错误。具体如下图3.9所示：图3.9下载程序接口的原理图3.4显示模块液晶显示器是由液晶显示屏、电阻、电容等组成，利用液晶的物理特性来显示出图形，它的显示区是被电压所控制的，在电压的控制下使得液晶分子呈现不同的状态，以此来达到显示的目的，应用的领域非常广泛。LCD1602液晶显示器属于字符型液晶显示模块，同时它也是点阵类型的液晶模块。使用时需要英文字母、符号、数字等的，都可以令其显示出来。之所以叫1602LCD是因为它显示的内容只能显示2行，每行可以显示16个字符。1602LCD显示器的特点：1、显示质量高，显示的字母、数字清晰，稳定发光，屏幕不会闪烁，可调节对比度。2、体积小，重量轻，功耗低，仅有电极和驱动IC耗电，节省电能，因此使用成本低。3、数字式接口，和单片机相接操作方便简单。4、自带复位电路，还具有清屏、字符闪烁、显示移位等多种功能。LCD1602液晶显示器实物如图3.10所示：图3.10LCD1602实物图正面图3.101602字符型液晶显示器实物图背面图3.11LCD显示模块原理图本智能浇花系统的显示模块原理图如图3.11所示3.5蓝牙传输模块本智能浇花系统所使用到的蓝牙串口通讯模块有以下两种的工作模式：命令响应和自动连接。两者的区别就像是手动和自动，当蓝牙的工作模式正处在命令响应的状态时，它就像是手动模式，使用者可以对他下达命令让其执行，而处在自动连接的工作模式时，蓝牙可通过之前设置的方式来进行自动连接。该蓝牙特性如下：1、体积小不占地方，重量只有3.5g，能够防静电。2、在空旷的场所使用它时，要注意它的有效距离是10米，10米以上的距离就会断开也有可能信号变得很弱，影响数据传输。3、在蓝牙上的LED是用来显示工作状态的，当LED快速闪烁时，此时蓝牙没有和任一设备连接，而慢速闪烁则指示蓝牙进入AT模式，双闪则表示蓝牙已经连接并准备完毕。4、具有防反接的功能,不小心接反也不用怕，模块不会工作，这样可以防止接反给元件带来的损害。5、可以直接连接各种的单片机，接口电平为3.3V，不过要注意的是输入电压不能超过7V。本智能浇花系统设计中的蓝牙无线传输的电路图如下图3.12所示：图3.12蓝牙无线传输电路图在使用APP的时候，要先在手机的蓝牙设置中找到它并配对成功，初次配对可能需要花些时间搜索到蓝牙，配对之后以后每一次使用都可以很迅速的连接上，配对密码是“1234”。然后再回到APP里与其配对即可，配对成功后智能浇花系统上的湿度数据都会同步到APP上。第四章系统软件设计系统软件设计部分包括接收系统传送来的湿度数据信息、显示当前土壤湿度值、执行报警程序、手机端将设置的湿度数据实时传送到浇花系统。4.1主程序模块图4.1主程序流程图图4.1展示的是该智能浇花系统的主程序流程图，整个程序的思路是：传感器收集到的湿度数据通过模数转换之后传送到单片机进行进一步的处理，然后在液晶显示器上显示出来，同时通过蓝牙串口模块HC-05将湿度数据信息发送给已经和智能浇花系统连接的安卓手机APP，在APP中显示出来，使用者可以在APP上设置湿度的上下限，此时的智能浇花系统上的湿度上下限会根据APP上的设置而跟着变化。假如此时传感器处于自动状态下，并且湿度小于所设置的湿度下限，就会同时触发APP和浇花系统的报警系统，然后水泵会开始工作，一直加水直到到达所设置的湿度上限，水泵停止，报警指示灯点亮并且蜂鸣器报警。4.2湿度传感器采集显示程序流程图设计图4.2湿度传感器采集显示程序流程图如图4.2是湿度传感器采集显示程序流程图。系统控制软件主要包括ADC0832的驱动程序，它负责控制传感器来收集湿度信号并把信号转成单片机能够处理的电压信号。LCD1602液晶屏的驱动程序，把土壤湿度数据实时显示出来。4.3按键程序流程图设计图4.3按键程序流程图如图4.3是按键程序设计流程图，APP与浇花系统主板上的按键功能设计成一致，通过三个按键就可以使用智能浇花系统，简单方便，没有复杂的操作也无需学习按键用法。本智能浇花系统采用STC89C52单片机来做控制整个系统的主心骨，系统通过分析传感器测出的土壤湿度来进行控制继电器，进而控制水泵的开启和关闭。同时手机APP可以让使用者对土壤湿度进行实时监测，随时检测土壤的湿度状态以达到智能化浇花的目的。第五章系统展示本章将展示实物图片并说明智能浇花系统的具体用法。5.1系统实物展示与用法说明系统的整体如图5.1所示，智能浇花系统主要分为三部分，由传感器、系统主板和水泵组成。图5.1系统的整体图5.2打开电源按下白色的电源开关启动智能浇花系统，图5.2是刚打开电源所看到的画面，此时图中“Humidity：0%”显示的是所测得的土壤中的湿度，“State：Manual”意味着此时是手动模式。按下按键1，进入图5.3所显示的湿度上下限设置界面。按下按键2，将切换成自动模式如图5.4，再次按一下键2可以停止自动模式。按下按键3，直接可以开启水泵工作，再次按下键3可以停止水泵工作。图5.3湿度上下限设置界面如图5.3所示，此时已进入湿度上下限的设置界面，此时可以通过使用图中的按键1、2、3来设置湿度的上下限数值，按键1是用来选择（切换）湿度高低限制设置的地方，按键2是增加数值，每按一下加1%，按键3是减少数值，每按一下减1%。图5.4自动模式如图5.4此时图中“State：Auto”意味着此时是自动模式。此时是自动状态，自动状态下默认使用手动设置下的湿度上下限数据，图中状态因为测得的湿度是0%所以触发声光报警。图5.5手机APP上的显示打开手机APP，打开蓝牙，搜索并连接智能浇花系统的蓝牙，此时手机APP里的数据将同步智能浇花系统显示器上显示的数据，此时的按键用法与智能浇花系统使用方法一样，可以让使用的人无需分开记住使用方法便能很好的上手。5.2设计过程中遇到的问题及解决方法1、一开始焊接的时侯没有认真研究清楚LCD1602液晶显示器，导致使用了较大的电阻焊接上去，没法点亮背光灯后来认真查资料后才重新换了电阻。2、电路板焊接时一定要仔细，以免造成虚焊。3、在调试的过程中，不知道是什么原因蜂鸣器不响了，经过多方排查，最终把蜂鸣器换掉以后就恢复正常使用了。第六章总结与展望淡水资源是地球上十分珍贵的资源之一，无论是人是动物还是植物都离不开淡水，而随着科学技术的不断发展进步，越来越多的城镇工业化如雨后春笋般蓬勃发展，对淡水的需求越来越大。近几年来因为全球变暖和厄尔尼诺现象导致全球多地的土地越来越干旱，再加上很多的人类活动破环热带雨林，淡水也变得越来越紧缺，所以要珍惜毎一滴水。因此，必须采取一系列措施，保护水资源。智能浇花系统能通过传感器检测土壤湿度来判断植物是否缺水，能够合理的浇灌花卉，节省水资源。本文设计的智能浇花系统使用了小巧的ADC0832芯片来转换湿度信号,它小巧好用并且不占地方，使用了LCD1602液晶显示器来显示湿度数据信息，让使用者直观的享受操作的方便快捷，采用轻便的YL-100传感器，使用方法简单。拥有多种供电方式，可以使用电脑USB口、手机充电头、电池来供电。本智能浇花系统最大的特点就是可以不需要上位机来给他发送信号来控制它运行，所以在日常生活中可以非常方便的使用，既节省了能源又提高了浇花的效率。系统整体组成的结构简单，降低了体积重量和成本，非常适合居家植物使用。本文设计的智能浇花系统虽然功能都能够实现，但还是有做得不够好的地方，还是有很多的细节方面需要进一步的完善，存在的问题以及完善的设想如下：提升APP的使用以及美观程度。后续会更加的完善APP的使用观感。浇花喷头的设计。现在因为没有喷头导致浇花时水分并不均匀，需要设计一个更加好的出水口，这样既可以使土壤均匀湿润，还能更好的测出湿度值。提升湿度传感器的材质，使其更耐腐蚀。参考文献张洪润.传感器应用设计300例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.周旭.现代传感器技术.北京：国防工业出版社，2007.刘迎春、叶湘滨.传感器原理设计与应用.长沙：国防科技大学出版社，2004.林军.干湿球湿度计测量原理与影响因素研究[J].中国计量，2008.冉彦中.基于单片机的军需仓库温湿度测控系统研究.中国学术期刊(光盘版)电子杂志社，2008.李林功、吴飞青、王兵、丁晓.单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，2007.南建辉、熊鸣、王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例.北京：清华大学出版社，2003.李光忠.基于单片机的温湿度检测系统的设计.中国学术期刊(光盘版)电子杂志社，2008.王福瑞．单片微机测控系统设计大全[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1998．杜刚．电路设计与制板：Protel应用教程[M]．北京：清华大学出版社，2006.聂荣等．实例解析PCB设计技巧[M]．北京：机械工业出版社，2006.姜培安．印制电路板的可制造性设计[M]．北京：中国电力出版社，2007.张萍、黄增双.基于555定时器的数字化测湿方法的研究.自动化技术与应用，2006.王宝库．多功能检测控制系统的设计[J]．微计算机信息，2006．史军勇，冀捐灶，杨宝强．基于AT89C2051的温湿度控制仪[J]．电子技术，2004．张志利，蔡伟．基于ADS90的温度测控装置研究[J]．自动化与仪器仪表，2001．赵亮，赵国锐．单片机C语言编程与实例[M]．北京：人民邮电出版社，2003．致谢通过这段时间对智能浇花系统的深入了解、学习与研究，毕业论文已经顺利完成。在论文的写作过程中我遇到了无数的困难和阻碍，每一次所遇到的难关都像是一道道的坎，很害怕失败，很怕自己把买来的元件搞砸，每天躺在床上都在想我的浇花系统的进度，第二天醒来到处地查资料解决现有的问题，第一次感觉到培养自学能力的重要性。虽然问题百出，但很开心的是，通过问论文指导老师以及查资料，解决了很多的问题，再次对帮助过我的所有人都表示衷心的感谢，其次，感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。感谢在这四年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。最后我想送给我的大学朋友们一句话“愿你无论身处何方都能够宽宏大量，愿试炼的终点花开万里，愿你始于微弱，终于耀眼。”

怎样提高电脑系统运行速度WindowsXP的启动速度比Windows2000要快30%左右，但相对于Windows98仍然要慢了不少，不过，我们可以通过优化设置，来大大提高WindowsXP的启动速度。加快系统启动速度主要有以下方法：尽量减少系统在启动时加载的程序与服务；对磁盘及CPU等硬件进行优化设置；修改默认设置，减少启动等待时间等。这些方法大部分既可减少系统启动的时间，又可以节省系统资源，加快电脑运行速度。1.加快系统启动速度WindowsXP的启动速度比Windows2000要快30%左右，但相对于Windows98仍然要慢了不少，不过，我们可以通过优化设置，来大大提高WindowsXP的启动速度。加快系统启动速度主要有以下方法：尽量减少系统在启动时加载的程序与服务；对磁盘及CPU等硬件进行优化设置；修改默认设置，减少启动等待时间等。这些方法大部分既可减少系统启动的时间，又可以节省系统资源，加快电脑运行速度。(1)MsconfigWindowsXP的启动速度在系统安装初期还比较快，但随着安装的软件不断增多，系统的启动速度会越来越慢，这是由于许多软件把自己加在了启动程序中，这样开机即需运行，大大降低了启动速度，而且也占用了大量的系统资源。对于这样一些程序，我们可以通过系统配置实用程序Msconfig将它们从启动组中排除出去。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框中键入“Msconfig”，回车后会弹出“系统配置实用程序”对话框，选择其中的“启动”选项卡(如图1)，该选项卡中列出了系统启动时加载的项目及来源，仔细查看每个项目是否需要自动加载，否则清除项目前的复选框，加载的项目越少，启动的速度就越快。设置完成后需要重新启动方能生效。(2)BootvisBootvis是微软提供的一个启动优化工具，可提高WindowsXP的启动速度。用BootVis提升WindowsXP的启动速度必须按照正确的顺序进行操作，否则将不会起到提速的效果。其正确的操作方法如下：启动Bootvis，从其主窗口(如图2)中选择“工具”菜单下的“选项”命令，在“符号路径”处键入Bootvis的安装路径，如“C:\ProgramFiles\Bootvis”，单击“保存”退出。从“跟踪”菜单中选择“下次引导”命令，会弹出“重复跟踪”对话框，单击“确定”按钮，BootVis将引导WindowsXP重新启动，默认的重新启动时间是10秒。系统重新启动后，BootVis自动开始运行并记录启动进程，生成启动进程的相关BIN文件，并把这个记录文件自动命名为TRACE_BOOT_1_1。程序记录完启动进程文件后，会重新启动BootVis主界面，在“文件”菜单中选择刚刚生成的启动进程文件“TRACE_BOOT_1_1”。窗口中即会出现“CPU>使用”、“磁盘I/O”、“磁盘使用”、“驱动程序延迟”等几项具体图例供我们分析，不过最好还是让BootVis程序来自动进行分析：从“跟踪”菜单中选择“系统优化”命令，程序会再次重新启动计算机，并分析启动进程文件，从而使计算机启动得更快。(3)禁用多余的服务WindowsXP在启动时会有众多程序或服务被调入到系统的内存中，它们往往用来控制Windows系统的硬件设备、内存、文件管理或者其他重要的系统功能。但这些服务有很多对我们用途不大甚至根本没有用，它们的存在会占用内存和系统资源，所以应该将它们禁用，这样最多可以节省70MB的内存空间，系统速度自然也会有很大的提高。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框键入“services.msc”后回车，即可打开“服务”窗口。窗口的服务列表中列出了系统提供的所有服务的名称、状态及启动类型。要修改某个服务，可从列表双击它，会弹出它的属性对话框(如图3)，你可从“常规”选项卡对服务进行修改，通过单击“启动”、“停止”、“暂停”、“恢复”四个按钮来修改服务的状态，并可从“启动类型”下拉列表中修改启动类型，启动类型有“自动”、“手动”、“已禁用”三种。如果要禁止某个服务在启动自动加载，可将其启动类型改为“已禁用”。WindowsXP提供的所有服务有36个默认是自动启动的，实际上，其中只有8个是必须保留的(见下表)，其他的则可根据自己的需要进行设置，每种服务的作用在软件中有提示。4)修改注册表来减少预读取，减少进度条等待时间WindowsXP在启动过程中会出现一个进度条，我们可以通过修改注册表，让进度条只跑一圈就进入登录画面。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框键入“regedit”命令后回车，即可启动注册表编辑器，在注册表中找HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\PrefetchParameters，选择其下的EnablePrefetcher键，把它的键值改为“1”即可。(5)减少开机磁盘扫描等待时间当Windows日志中记录有非正常关机、死机引起的重新启动，系统就会自动在启动的时候运行磁盘扫描程序。在默认情况下，扫描每个分区前会等待10秒钟，如果每个分区都要等上10秒才能开始进行扫描，再加上扫描本身需要的时间，会耗费相当长的时间才能完成启动过程。对于这种情况我们可以设置取消磁盘扫描的等待时间，甚至禁止对某个磁盘分区进行扫描。选择“开始→运行”，在运行对话框中键入“chkntfs/t:0”，即可将磁盘扫描等待时间设置为0；如果要在计算机启动时忽略扫描某个分区，比如C盘，可以输入“chkntfs/xc:”命令；如果要恢复对C盘的扫描，可使用“chkntfs/dc:”命令，即可还原所有chkntfs默认设置，除了自动文件检查的倒计时之外。2.提高系统运行速度提升系统运行速度的思路与加快启动的速度类似：尽量优化软硬件设置，减轻系统负担。以下是一些常用的优化手段。(1)设置处理器二级缓存容量WindowsXP无法自动检测处理器的二级缓存容量，需要我们自己在注册表中手动设置，首先打开注册表，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”，选择其下的“SecondLevelDataCache”，根据自己所用的处理器设置即可，例如PIIICoppermine/P4Willamette是“256”，AthlonXP是“384”，P4Northwood是“512”。(2)提升系统缓存同样也是在“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”位置，把其下的“LargeSystemCache”键值从0改为1，WindowsXP就会把除了4M之外的系统内存全部分配到文件系统缓存中，这样XP的内核能够在内存中运行，大大提高系统速度。通常来说，该优化会使系统性能得到相当的提升，但也有可能会使某些应用程序性能降低。需要注意的是必须有256M以上的内存，激活LargeSystemCache才可起到正面的作用，否则不要轻易改动它。(3)改进输入/输出性能这个优化能够提升系统进行大容量文件传输时的性能，不过这只对服务器用户才有实在意义。我们可在中新建一个DWORD(双字节值)键值，命名为IOPageLockLimit。一般情况下把数据设置8~16MB之间性能最好，要记住这个值是用字节来计算的，例如你要分配10MB的话，就是10×?1024×1024，也就是10485760。这里的优化也需要你的机器拥有大于256M的内存。(4)禁用内存页面调度在正常情况下，XP会把内存中的片断写入硬盘，我们可以阻止它这样做，让数据保留在内存中，从而提升系统性能。在注册表中找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”下的“DisablePagingExecutive”键，把它的值从0改为1即可禁止内存页面调度了。(5)关闭自动重新启动功能当WindowsXP遇到严重问题时便会突然重新开机，可从注册表将此功能取消。打开注册表编辑器，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\CrashControl\”将AutoReboot键的Dword值更改为0，重新启动后设置即可生效。(6)改变视觉效果WindowsXP在默认情况下启用了几乎所有的视觉效果，如淡入淡出、在菜单下显示阴影。这些视觉效果虽然漂亮，但对系统性能会有一定的影响，有时甚至造成应用软件在运行时出现停顿。一般情况下建议少用或者取消这些视觉效果。选择桌面上“我的电脑”图标，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开“系统属性”对话框。选择“高级”选项卡，在其中的“性能”栏中单击“设置”按钮，会弹出“性能选项”对话框(如图4)，可选择“调整为最佳性能”单选框来关闭所有的视觉效果，也可选择“自定义”然后选择自己需要的视觉效果。(7)合理设置页面虚拟内存同样也是在“性能选项”对话框中，选择“高级”选项卡，在其中的“虚拟内存”栏中单击“更改”按钮，接下来选择虚拟内存为“自定义大小”，然后设置其数值。一般情况下，把虚拟设为不小于256M，不大于382M比较合适，而且最大值和最小值最好一样。(8)修改外观方案WindowsXP默认的外观方案虽然漂亮，但对系统资源的占用也多，可将其改为经典外观以获得更好的性能。在桌面空白位置单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，会打开“显示属性”对话框，在“主题”选项卡选择主题为“Windows经典”，即可将外观修改为更为经济的Windows经典外观。(9)取消XP对ZIP支持WindowsXP在默认情况下打开了对zip文件支持，这要占用一定的系统资源，可选择“开始→运行”，在“运行”对话框中键入“regsvr32/uzipfldr.dll”，回车确认即可取消XP对ZIP解压缩的支持，从而节省系统资源。(10)关闭Dr.WatsonDr.Watson是WindowsXP的一个崩溃分析工具，它会在应用程序崩溃的时候自动弹出，并且在默认情况下，它会将与出错有关的内存保存为DUMP文件以供程序员分析。不过，记录DUMP文件对普通用户则毫无帮助，反而会带来很大的不便：由于Dr.Watson在应用程序崩溃时会对内存进行DUMP记录，将出现长时间硬盘读写操作，要很长一断时间程序才能关闭，并且DUMP文件还会占用大量磁盘空间。要关闭Dr.Watson可打开注册表编辑器，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\WindowsNT\CurrentVersion\AeDebug”分支，双击其下的Auto键值名称，将其“数值数据”改为0，最后按F5刷新使设置生效，这样就取消它的运行了。同样，我们可以把所有具备调试功能的选项取消，比如蓝屏时出现的memory.dmp，可在“系统属性”对话框中选择“高级”选项卡，单击“启动和故障恢复”栏中的“设置”按钮，并在弹出的“启动和故障恢复”对话框中选择“写入调试信息”为“无”(如图5)。(11)启动硬盘/光驱DMA模式打开“系统属性”对话框，选择“硬件”选择卡中的“设备管理器”按钮，打开“设备管理器”窗口，在设备列表中选择“IDEATA/ATAPI控制器”，双击“主要IDE通道”或“次要IDE通过”，在其属性对话框的“高级设置”选项卡中检查DMA模式是否已启动，一般来说如果设备支持，系统就会自动打开DMA功能，如果没有打开可将“传输模式”设为“DMA(若可用)”。(12)关掉不用的设备WindowsXP总是尽可能为电脑的所有设备安装驱动程序并进行管理，这不仅会减慢系统启动的速度，同时也造成了系统资源的大量占用。针对这一情况，你可在设备管理器中，将PCMCIA卡、调制解调器、红外线设备、打印机端口(LPT1)或者串口(COM1)等不常用的设备停用，方法是双击要停用的设备，在其属性对话框中的“常规”选项卡中选择“不要使用这个设备(停用)”。在重新启动设置即可生效，当需要使用这些设备时再从设备管理器中启用它们。(13)关闭错误报告当应用程序出错时，会弹出发送错误报告的窗口，其实这样的错误报告对普通用户而言几乎没有任何意义，关闭它是明智的选择。在“系统属性”对话框中选择“高级”选项卡，单击“错误报告”按钮，在弹出的“错误汇报”对话框中，选择“禁用错误汇报”单选项，最后单击“确定”即可。另外我们也可以从组策略中关闭错误报告：从“运行”中键入“gpedit.msc”，运行“组策略编辑器”，展开“计算机配置→管理模板→系统→错误报告功能”，双击右边设置栏中的“报告错误”，在弹出的“属性”对话框中选择“已禁用”单选框即可将“报告错误”禁用。(14)关闭自动更新“自动更新”功能对许多WindowsXP用户而言并不是必需的，可将其关闭以节省系统资源。在“我的电脑”上单击鼠标右键，从快捷菜单中选择“属性”命令，选择“系统属性”对话框中的“自动更新”选项卡，勾选“关闭自动更新，我将手动更新计算机”单选框，单击“确定”按钮即可关闭自动更新功能。如果在“服务”已经将“AutomaticUpdates”服务关闭，“系统属性”对话框中的“自动更新”选项卡就不能进行任何设置了。(15)去掉菜单延迟去掉菜单弹出时的延迟，可以在一定程度上加快XP。要修改的键值位置在“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”。修改其下的“MenuShowDelay”键，把默认的400修改为0，按F5刷新注册表即可生效。(16)清除预读文件WindowsXP的预读设置虽然可以提高系统速度，但是使用一段时间后，预读文件夹里的文件数量会变得相当庞大，导致系统搜索花费的时间变长。而且有些应用程序会产生死链接文件，更加重了系统搜索的负担。所以，应该定期删除这些预读文件。预计文件存放在WindowsXP系统文件夹的Prefetch文件夹中，该文件夹下的所有文件均可删除。(17)关闭自动播放功能在WindowsXP中，当往光驱中放入光盘或将USB硬盘接上电脑时，系统都会自动将光驱或USB硬盘扫描一遍，同时提示你是否播放里面的图片、视频、音乐等文件，如果是拥有多个分区的大容量的USB硬盘，扫描会耗费很长的时间，而且你得多次手动关闭提示窗口，非常麻烦。这种情况下我们可以将WindowsXP的自动播放功能关闭。运行“组策略”程序。在组策略窗口左边栏中，打开“计算机配置”，选择“管理模板”下的“系统”，然后在右边的配置栏中找到“关闭自动播放”并双击它，会弹出“关闭自动播放属性”对话框。在其中“设置”选项卡中选择“已启用”，“关闭自动播放”下拉列表中选择“所有驱动器”(如图6)。这样以后就不用担心WindowsXP的“自动播放”功能带来的麻烦了。如果你只是想禁止系统扫描某个驱动器(如USB硬盘)上的文件，可采用下面的方法。先连上你的USB硬盘，让系统将它识别出来。然后打开“我的电脑”，选择USB硬盘上的某个分区，按鼠标右键，会弹出磁盘属性窗口，选取“自动播放”选项卡，将所有内容的类型都选择为不执行操作。如果USB硬盘有多个分区，对所有分区都进行同样的操作，这样当你将USB驱动器拔掉再重新接上时，系统会将USB硬盘识别出来，而不会反复问你是否播放USB硬盘中的文件了。3.加快关机速度WindowsXP的关机速度要慢于启动速度，特别有些任务还需要手工结束，更加延缓了关机速度。因此，要加快关机速度，首先要开启WindowsXP的自动结束任务功能。具体步骤是：从注册表中找到“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”，把“AutoEndTasks”的键值设置为1即可。然后再修改“HungAppTimeout”为“4000(或更小)”(预设为5000)，该键值同样也在“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”下；最后一步再找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Control\”，同样把WaitToKillServiceTimeout设置为“4000”；通过这样设置后的关机速度明显要加快了。够全面吧~~◆二、硬件优化设置◆1、关掉不用的设备

在设备管理器中，将PCMCIA卡、调制解调器、红外线设备、打印机端口(LPT1)或者串口(COM1)等不常用的设备停用，在要停用设备属性对话框中的“常规”选项卡中选择“不要使用这个设备(停用)”。当需要使用这些设备时再从设备管理器中启用它们。◆2、内存性能优化

WindowsXP中有几个选项可以优化内存性能，它们全都在注册表下面位置：HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSession

ManagerMemory

Management

1）禁用内存页面调度（Paging

Executive）

XP会把内存中的片断写入硬盘，我们可以阻止它这样做，让数据保留在内存中，从而提升系统性能。256M以上内存才使用这个设置。把“DisablePagingExecutive”的值从0改为1就可以禁止内存页面调度了。

2）提升系统缓存

必须有256M以上的内存，才激活它。把LargeSystemCache键值从0改为1，一般来说，这项优化会使系统性能得到相当的提升，但也有可能会使某些应用程序性能降低。

3）输入/输出性能

内存大于256M才更改这里的值，这个优化只对server（服务器）用户才有实在意义，它能够提升系统进行大容量文件传输时的性能。建一个DWORD（双字节值）键值，命名为IOPageLockLimit，数值设8M－16M字节之间性能最好，具体设什么值，可试试哪个值可获得最佳性能。这个值是用字节来计算的，比如你要分配12M，就是12×1024×1024，也就是12582912。◆3、启动硬盘/光驱DMA模式

“系统属性”－“硬件”－“设备管理器”，在设备列表中选择“IDE

ATA/ATAPI控制器”，双击“主要

IDE

通道”或“次要

IDE

通道”，在其属性对话框的“高级设置”选项卡中检查DMA模式是否已启动，一般来说如果设备支持，系统就会自动打开DMA功能，如果没有打开可将“传输模式”设为“DMA（若可用）”（在BIOS里也应该要先设为支持DMA）。

◆4、关闭自动播放功能

运行“组策略”程序,在组策略窗口左边栏中打开“计算机配置”，选择“管理模板”下的“系统”，然后在右边的配置栏中找到“关闭自动播放”并双击它，会弹出“关闭自动播放属性”对话框，在其中“设置”选项卡中选择“已启用”，“关闭自动播放”下拉列表中选择“所有驱动器”。

◆5、设置二级缓存容量

WindowsXP有时无法自动检测处理器的二级缓存容量，需要我们手动设置。运行注册表编辑器，找到HKCU_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSession

ManagerMemory

Management,选择Dword值SecondLevelDataCache（如果没有就新建这个值），修改这个值（填时使用10进制）为你的CPU的二级缓存的大小，比如你的CPU的二级缓存是256KB，就修改Dword值SecondLevelDataCache为10进制的256即可。二级缓存大小介绍AMD系列Duron

64KB

K6-3

Thunderbird

AthlonXP

256KB

K6-2

Athlon

512KB；Intel系列CeleronA

Celeron2

128KB

P2

Mobile

P3E(EB)

P4

Willamette

256KB

P2

P3(katmai)

P4(Northwood)

512KB。使用Winxp的请务必检查一下：打开注册表，找到HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftWindows

NTCurrentVersion将"RegDone"的数值，由0改成1