基于单片机的智能浇灌系统设计

第十一届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛作品设计报告室内自动浇花系统Auto-wateringSysteminourHouse设计报告队伍编号：参赛学校：西北民族大学作者：沙苗宋开强周乾斌指导教师：邓克岩贺艳萍组别：□硕士组□本科组□高职组摘要在这个信息技术高速发展的社会中，智能控制为人们的生产生活带来了诸多便利。在家庭中，很多花草养殖爱好者由于工作、出差等原因对花草缺少照顾而由于产生许多烦恼。如何利用智能控制对此产生便利便是我们要加以研究的一个问题。本系统是基于AT89C51单片机的家庭智能浇花系统,使用YL-69作为土壤湿度传感模块，LCD1602作为显示数据的模块，蜂鸣器作为通知模块，按键是用来设定报警的数值。通过YL-69湿度传感器进行土壤湿度的采集，单片机AT89C51进行信息处理，输出控制信号，控制信号通过控制继电器控制水泵电源是否通断，从而完成自动浇水，浇水的同时蜂鸣器会发出声音提示。关键词：AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵AbstractInthesociety,withthedevelopmentKeywords:AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵目录1引言....................................................2系统设计................................................2.1方案论证...........................................2.1.1总体方案设计.................................2.1.2芯片的选择...................................2.1.3系统结构.....................................2.2系统硬件设置.......................................2.2.1AT89C51主要性能参数..........................2.2.2时钟电路.....................................2.2.3AT89C51的复位电路............................2.2.4YL-69土壤湿度传感器..........................2.2.5ADC0832功能特点及引脚........................2.2.6ADC0832的控制原理...........................2.2.7继电器.......................................2.2.8蜂鸣器及按键.................................2.3系统软件设计.......................................2.3.1系统流程图...................................2.3.2LCD1602显示程序..............................2.3.3按键程序.....................................2.3.4ADC0832芯片接口程序..........................3仿真设计与硬件调试......................................3.1..................................................3.2仿真设计...........................................3.3硬件测试与调试.....................................4结论....................................................参考文献..................................................致谢......................................................附录......................................................第1章绪论随着人们生活水平的提高，花卉逐渐收到人们的青睐，陶冶情操，净化空气。利用单片机设计了一款家庭智能浇花器实现自动浇花，节省人力，方便人们出差的时候，不至于影响花卉的生长，如果在家也可以关断浇花器，手动浇花。浇花器设置为根据土壤湿度浇花。采用这种方式定量浇花时，数码管显示时间和流水时间。因为不同的花和植物需要水的不同特点，所以合理地浇水会使植物生长良好，也能达到节约用水的目的，因此，高效的灌溉系统是能够根据人们的意愿进行适量、适时的方向发展。所以，本设计主要包括两个方面，一是测量，获取土壤水分信息，并根据土壤水分、湿度和植物需水特性的多少来确定浇水的水量。这将摆脱过去，只有浇水的经验，给植物浇水要在科学基础上的决策。二是控制，根据对土壤研究及植物需水特性进行合理的浇水决策，即将传统的只是凭经验由人工手控制洒水器的方式，变化为自动进行适量的、适时的、按需的灌溉控制。系统根据由测量土壤湿度和植物合理的生活环境，通过抽水装置控制给水量的多少，从而使得水资源能够得到高效的使用，同时也节省了人力，达到智能灌溉的目的。第2章系统方案2.1方案论证2.1.1总体方案设计在国内外都是用自动灌溉装置，其中大部分都是使用虹吸原理进行灌溉的，即是使用渗透的方法灌溉，这种灌溉的方法是连续地、不间断的。采用这种浇花系统仅仅只能保证花卉不应缺水而干枯死，但是对于植物来讲并不是其生长的良好环境，并且浪费水资源。本设计提供了一种智能浇灌的系统，这个系统可以在没有人的环境下在对植物进行浇灌，在浇水的过程中,根据植物需要水分的不同，对植物进行浇水控制。这个系统是根据单片机原理，运用土壤湿度传感器进行数据的收集，然后通过按键调整上下限，在通过单片机对收集数据的分析及处理，进而判断外界土壤湿度值，假如土壤湿度低于设置的下限，单片机控制水泵浇水同时蜂鸣器发出通知，当土壤湿度达到上限就停止浇水，从而达到自动浇花的目的。本实验重要完成以下的几个功能：1.用YL-69检测土壤湿度；2.使用LCD1602显示测量的数据3.通过分析植物生存的最佳环境设置浇灌的上下限；4.使用单片机对采集到的数据进行分析和处理，在控制水泵是否需要进行浇灌。这个系统是由硬件部分及软件部分组成的，硬件划分为单片机主控、显示、土壤湿度的检测、按键输入、水泵浇灌、蜂鸣器发出通知六大模块。主控模块位AT89C51单片机是负责对数据的分析及处理；YL-69作为湿度检测模块；湿度的上下限是通过按键模块输入；显示模块是显示土壤湿度检测器检测出来的湿度数值及其上限数值；水泵和蜂鸣器是用来执行系统命令的。软件结构与硬件配置相适应，同样是使用模块化，它主要包含主程序、湿度采集子程序、显示数据子程序、按键输入子程序、执行子程序及系统定时中断服务程序等组成。这个系统很灵活，有较强的交互性，可以随时设置湿度的上下限；在系统的开发设计中，应当将软件和硬件相互结合起来，并且个个部件都使用模块化的设计思路。实验检验说明，该系统测量数据误差小、运行稳定，有着很可靠的使用效果，所以可以被广泛的推广使用。2.1.2芯片的选择芯片的选择：AT89C51是由Atmel生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，同时AT89C51有着便宜的价格，而且它和MCS-51系列有这很好的兼容性。因此在这个系统中采用AT89C51作为控制芯片。A/D转换：ADC0832是具有双通道和8位分辨率的A/D转换芯片。由于其性价比高、体积较小、兼容性很强的特点，因此深受广企业欢迎及单片机爱好者喜爱，目前的普及率已经很高。继电器选择：设备在设计过程中是需要一个继电器来控制电磁阀的工作。由于工作电压在只需要5V左右，并且成本相对而言比较低。所以在这个系统中选择了型号为松乐SRS-05VDC-SL型号的继电器。其工作电压在5V，其触电容值为3A/250VAC/30VDC,而且在市场上的价格为1.5元左右。显示器的选择：在系统的设计过程需要一个显示土壤湿度值的显示器。LCD1602是一种专门可以显示英文字母、阿拉伯数字及符号的点阵型液晶，其能够同时显示16*02即32个字符。市场价格大概为8元左右。2.1.3系统结构本系统有电源接口电路、显示电路、土壤检测电路、继电器控制潜水泵电路、蜂鸣器电路、按键设置六大部分组成。系统原理图如图1所示。图1系统原理图2.2系统硬件设置2.2.1AT89S51主要性能参数与MCS—51系列彻底兼容；4K字节可重复擦写Flash闪速存储器；1000次擦写周期；4.0—5.5V的工作电压范围；全静态工作模式：0HZ—24HZ；三级程序加密锁；32个可以编程的I/O接口；低功率空闲和掉电模式；有6个中断源；内部RAM字节为128*8；2个16位定时计数器；全双工串行UART通道；看门狗（WDT）及双数据指针；掉电标识和快速编程特性；图2AT89C51引脚图2.2.2时钟电路在单片机AT89C51里面包括了一个高增益方向的发达器，其中XTAL1和XTAL2引脚为放大器的输入端与输出端，为了构成一个稳定的自激式的振荡电路，需要在XTAL1与XTAL2引脚上接上晶体振荡器或是陶瓷振荡器，该振荡器电路的AT89C51单片机电源电路土壤检测LCD1602显示蜂鸣器水泵电路按键输出可直接送入内部时序电路。单片机AT89C51产生时钟的方式有两种，即为内部时钟和外部时钟。图3单片机AT89C51的时钟电路1)内部时钟方式：内部时钟模式即是由单片机里面的高增益方相放大器以及外部跨接的晶体、微调电容结构时钟电路产生的方式，如图3所示为装置的工作原理。在内部时钟方式里，C1、C2通常使用30pF或40pF；C1、C2能够轻微的调整频率，陶瓷谐振器或者晶振的频率的选择应在1.2MHZ~12MHZ之间。为了能够保护振荡器的可靠性、稳定性、减少寄生电容产生，在安装的时候应该将电容及振荡器安装在离单片机引脚XTAL1和XTAL2更近的地方。单片机系统中大多数使用外部电路连接简单的内部时钟方式。在现实中常常使用FSOC来表示内部时钟方式产生的时钟信号的频率（晶振固有频率）。如果fsoc为12*106HZ，那么应该选择12MHZ的晶振。2)外部时钟方式：外部时钟方式的产生是在发生单片机之外的电路中，其直接连接到单片机的XTAL1引脚端口，不与XTAL2引脚端口相连，电路图如图3所示：2.2.3AT89C51的复位电路AT89C51单片机的复位端RST端口，在单片机上有电通过的时候，时钟电路就会进行运作，如果在运作过程中有大于2个周期的高电平存在并通过RST端口，那么单片机将会进行复位操作。还有一种方式能够使单片机进行复位操作的，那就定时器计数溢出。复位后的单片机，PC=0000H，CPU从程序存储器的0000H开始取值执行单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种。1)上电复位电路。如图4所示，这是一个最简单的上电复位电路，其是由电阻和电容串联形成的。在通电的那一瞬间，由于电容的固有特性使得其两端的电压不能够瞬间发生改变，所以单片机的RST引脚电压端VR的电压为VCC，在电容重点的时候，RST引脚的电压会下降，到图5所示的t1时刻，RST端电压降到3.6V，跟着由时间的增加电容会充完点，RST端口的电压将会接近0V。如图5所示为RST引脚的电压变化。要使得单片机进行成功的复位操作，t1的时间不应该小于2和机械周期的时间之和，在单片机中，机器周期是由晶振频率决定的，图4中，电阻R不能够很小，最典型值位8.2kΩ；图4中的C3可以通过电阻R和其频率f算出。图4RC上电复位电路