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第十一屆“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽 作品設(shè)計(jì)報(bào)告 室內(nèi)自動(dòng)澆花系統(tǒng) Auto-watering System in our House 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 隊(duì)伍編號(hào)： 參賽學(xué)校： 西北民族大學(xué) 作 者： 沙苗 宋開強(qiáng) 周乾斌 指導(dǎo)教師： 鄧克巖 賀艷萍 組 別：□碩士組 □本科組 □高職組 摘 要 在這個(gè)信息技術(shù)高速發(fā)展的社會(huì)中，智能控制為人們的生產(chǎn)生活帶來了諸多便利。在家庭中，很多花草養(yǎng)殖愛好者由于工作、出差等原因?qū)ú萑鄙僬疹櫠捎诋a(chǎn)生許多煩惱。如何利用智能控制對此產(chǎn)生便利便是我們要加以研究的一個(gè)問題。 本系統(tǒng)是基于AT89C51單片機(jī)的家庭智能澆花系統(tǒng), 使用YL-69作為土壤濕度傳感模塊，LCD1602作為顯示數(shù)據(jù)的模塊，蜂鳴器作為通知模塊，按鍵是用來設(shè)定報(bào)警的數(shù)值。通過YL-69濕度傳感器進(jìn)行土壤濕度的采集，單片機(jī)AT89C51進(jìn)行信息處理，輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)通過控制繼電器控制水泵電源是否通斷，從而完成自動(dòng)澆水，澆水的同時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音提示。 關(guān)鍵詞： AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵 Abstract In the society,with the development Key words: AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵 目 錄 1 引言 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2.1 方案論證 3 2.1.1總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1.2 芯片的選擇 4 2.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4 2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)置 5 2.2.1 AT89C51主要性能參數(shù) 5 2.2.2 時(shí)鐘電路 6 2.2.3 AT89C51的復(fù)位電路 7 2.2.4 YL-69土壤濕度傳感器 8 2.2.5 ADC0832功能特點(diǎn)及引腳 9 2.2.6 ADC0832 的控制原理 10 2.2.7繼電器 11 2.2.8 蜂鳴器及按鍵 11 2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 12 2.3.1 系統(tǒng)流程圖 12 2.3.2 LCD1602顯示程序 13 2.3.3按鍵程序 14 2.3.4 ADC0832芯片接口程序 15 3 仿真設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試 15 3.1 16 3.2 仿真設(shè)計(jì) 15 3.3 硬件測試與調(diào)試 16 4 結(jié)論 16 參考文獻(xiàn) 18 致謝 19 附錄 19 第1章 緒論 隨著人們生活水平的提高，花卉逐漸收到人們的青睞，陶冶情操，凈化空氣。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款家庭智能澆花器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花，節(jié)省人力，方便人們出差的時(shí)候，不至于影響花卉的生長，如果在家也可以關(guān)斷澆花器，手動(dòng)澆花。澆花器設(shè)置為根據(jù)土壤濕度澆花。采用這種方式定量澆花時(shí)，數(shù)碼管顯示時(shí)間和流水時(shí)間。 因?yàn)椴煌幕ê椭参镄枰牟煌攸c(diǎn)，所以合理地澆水會(huì)使植物生長良好，也能達(dá)到節(jié)約用水的目的，因此，高效的灌溉系統(tǒng)是能夠根據(jù)人們的意愿進(jìn)行適量、適時(shí)的方向發(fā)展。所以，本設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面，一是測量，獲取土壤水分信息，并根據(jù)土壤水分、濕度和植物需水特性的多少來確定澆水的水量。這將擺脫過去，只有澆水的經(jīng)驗(yàn)，給植物澆水要在科學(xué)基礎(chǔ)上的決策。二是控制，根據(jù)對土壤研究及植物需水特性進(jìn)行合理的澆水決策，即將傳統(tǒng)的只是憑經(jīng)驗(yàn)由人工手控制灑水器的方式，變化為自動(dòng)進(jìn)行適量的、適時(shí)的、按需的灌溉控制。系統(tǒng)根據(jù)由測量土壤濕度和植物合理的生活環(huán)境，通過抽水裝置控制給水量的多少，從而使得水資源能夠得到高效的使用，同時(shí)也節(jié)省了人力，達(dá)到智能灌溉的目的。 第2章 系統(tǒng)方案 2.1 方案論證 2.1.1總體方案設(shè)計(jì) 在國內(nèi)外都是用自動(dòng)灌溉裝置，其中大部分都是使用虹吸原理進(jìn)行灌溉的，即是使用滲透的方法灌溉，這種灌溉的方法是連續(xù)地、不間斷的。采用這種澆花系統(tǒng)僅僅只能保證花卉不應(yīng)缺水而干枯死，但是對于植物來講并不是其生長的良好環(huán)境，并且浪費(fèi)水資源。 本設(shè)計(jì)提供了一種智能澆灌的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以在沒有人的環(huán)境下在對植物進(jìn)行澆灌，在澆水的過程中,根據(jù)植物需要水分的不同，對植物進(jìn)行澆水控制。這個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)單片機(jī)原理，運(yùn)用土壤濕度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，然后通過按鍵調(diào)整上下限，在通過單片機(jī)對收集數(shù)據(jù)的分析及處理，進(jìn)而判斷外界土壤濕度值，假如土壤濕度低于設(shè)置的下限，單片機(jī)控制水泵澆水同時(shí)蜂鳴器發(fā)出通知，當(dāng)土壤濕度達(dá)到上限就停止?jié)菜瑥亩_(dá)到自動(dòng)澆花的目的。本實(shí)驗(yàn)重要完成以下的幾個(gè)功能：1.用YL-69檢測土壤濕度；2.使用LCD1602顯示測量的數(shù)據(jù)3.通過分析植物生存的最佳環(huán)境設(shè)置澆灌的上下限；4.使用單片機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，在控制水泵是否需要進(jìn)行澆灌。這個(gè)系統(tǒng)是由硬件部分及軟件部分組成的，硬件劃分為單片機(jī)主控、顯示、土壤濕度的檢測、按鍵輸入、水泵澆灌、蜂鳴器發(fā)出通知六大模塊。主控模塊位AT89C51單片機(jī)是負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的分析及處理；YL-69作為濕度檢測模塊；濕度的上下限是通過按鍵模塊輸入；顯示模塊是顯示土壤濕度檢測器檢測出來的濕度數(shù)值及其上限數(shù)值；水泵和蜂鳴器是用來執(zhí)行系統(tǒng)命令的。軟件結(jié)構(gòu)與硬件配置相適應(yīng)，同樣是使用模塊化，它主要包含主程序、濕度采集子程序、顯示數(shù)據(jù)子程序、按鍵輸入子程序、執(zhí)行子程序及系統(tǒng)定時(shí)中斷服務(wù)程序等組成。這個(gè)系統(tǒng)很靈活，有較強(qiáng)的交互性，可以隨時(shí)設(shè)置濕度的上下限；在系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)將軟件和硬件相互結(jié)合起來，并且個(gè)個(gè)部件都使用模塊化的設(shè)計(jì)思路。實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)說明，該系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)誤差小、運(yùn)行穩(wěn)定，有著很可靠的使用效果，所以可以被廣泛的推廣使用。 2.1.2 芯片的選擇 l 芯片的選擇：AT89C51是由Atmel生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，同時(shí)AT89C51有著便宜的價(jià)格，而且它和 MCS-51系列有這很好的兼容性。因此在這個(gè)系統(tǒng)中采用AT89C51作為控制芯片。 l A/D轉(zhuǎn)換：ADC0832是具有雙通道和8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于其性價(jià)比高、體積較小、兼容性很強(qiáng)的特點(diǎn)，因此深受廣企業(yè)歡迎及單片機(jī)愛好者喜愛，目前的普及率已經(jīng)很高。 l 繼電器選擇：設(shè)備在設(shè)計(jì)過程中是需要一個(gè)繼電器來控制電磁閥的工作。由于工作電壓在只需要5V左右，并且成本相對而言比較低。所以在這個(gè)系統(tǒng)中選擇了型號(hào)為松樂SRS-05VDC-SL型號(hào)的繼電器。其工作電壓在 5V，其觸電容值為3A/250VAC/30VDC,而且在市場上的價(jià)格為1.5元左右。 l 顯示器的選擇：在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程需要一個(gè)顯示土壤濕度值的顯示器。LCD1602是一種專門可以顯示英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶，其能夠同時(shí)顯示16*02即32個(gè)字符。市場價(jià)格大概為8元左右。 2.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)有電源接口電路、顯示電路、土壤檢測電路、繼電器控制潛水泵電路、蜂鳴器電路、按鍵設(shè)置六大部分組成。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。 AT 89C51 單 片 機(jī) 電源電路 土壤檢測 LCD1602顯示 蜂鳴器 水泵電路 按鍵 圖1 系統(tǒng)原理圖 2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)置 2.2.1 AT89S51主要性能參數(shù) l 與MCS—51系列徹底兼容； l 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器； l 1000次擦寫周期； l 4.0—5.5V的工作電壓范圍； l 全靜態(tài)工作模式：0HZ—24HZ； l 三級程序加密鎖； l 32個(gè)可以編程的I/O接口； l 低功率空閑和掉電模式； l 有6個(gè)中斷源； l 內(nèi)部RAM字節(jié)為128*8； l 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器； l 全雙工串行UART通道； l 看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針； l 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性； 圖2 AT89C51引腳圖 2.2.2 時(shí)鐘電路 在單片機(jī)AT89C51里面包括了一個(gè)高增益方向的發(fā)達(dá)器，其中XTAL1和XTAL2引腳為放大器的輸入端與輸出端，為了構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激式的振蕩電路，需要在XTAL1與XTAL2引腳上接上晶體振蕩器或是陶瓷振蕩器，該振蕩器電路的輸出可直接送入內(nèi)部時(shí)序電路。單片機(jī)AT89C51產(chǎn)生時(shí)鐘的方式有兩種，即為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 圖3 單片機(jī)AT89C51的時(shí)鐘電路 1) 內(nèi)部時(shí)鐘方式：內(nèi)部時(shí)鐘模式即是由單片機(jī)里面的高增益方相放大器以及外部跨接的晶體、微調(diào)電容結(jié)構(gòu)時(shí)鐘電路產(chǎn)生的方式，如圖3所示為裝置的工作原理。 在內(nèi)部時(shí)鐘方式里，C1、C2通常使用30pF或40pF；C1、C2能夠輕微的調(diào)整頻率，陶瓷諧振器或者晶振的頻率的選擇應(yīng)在1.2MHZ~12MHZ之間。為了能夠保護(hù)振蕩器的可靠性、穩(wěn)定性、減少寄生電容產(chǎn)生，在安裝的時(shí)候應(yīng)該將電容及振蕩器安裝在離單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2更近的地方。單片機(jī)系統(tǒng)中大多數(shù)使用外部電路連接簡單的內(nèi)部時(shí)鐘方式。在現(xiàn)實(shí)中常常使用FSOC來表示內(nèi)部時(shí)鐘方式產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的頻率（晶振固有頻率）。如果fsoc為12*106HZ，那么應(yīng)該選擇12MHZ的晶振。 2) 外部時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘方式的產(chǎn)生是在發(fā)生單片機(jī)之外的電路中，其直接連接到單片機(jī)的XTAL1引腳端口，不與XTAL2引腳端口相連，電路圖如圖3所示： 2.2.3 AT89C51的復(fù)位電路 AT89C51單片機(jī)的復(fù)位端RST端口，在單片機(jī)上有電通過的時(shí)候，時(shí)鐘電路就會(huì)進(jìn)行運(yùn)作，如果在運(yùn)作過程中有大于2個(gè)周期的高電平存在并通過RST端口，那么單片機(jī)將會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作。還有一種方式能夠使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作的，那就定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出。復(fù)位后的單片機(jī)，PC=0000H，CPU從程序存儲(chǔ)器的0000H開始取值執(zhí)行單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。 1) 上電復(fù)位電路。如圖4所示，這是一個(gè)最簡單的上電復(fù)位電路，其是由電阻和電容串聯(lián)形成的。在通電的那一瞬間，由于電容的固有特性使得其兩端的電壓不能夠瞬間發(fā)生改變，所以單片機(jī)的RST引腳電壓端VR的電壓為VCC，在電容重點(diǎn)的時(shí)候，RST引腳的電壓會(huì)下降，到圖5所示的t1時(shí)刻，RST端電壓降到3.6V，跟著由時(shí)間的增加電容會(huì)充完點(diǎn)，RST端口的電壓將會(huì)接近0V。如圖5所示為RST引腳的電壓變化。要使得單片機(jī)進(jìn)行成功的復(fù)位操作，t1的時(shí)間不應(yīng)該小于2和機(jī)械周期的時(shí)間之和，在單片機(jī)中，機(jī)器周期是由晶振頻率決定的，圖4中，電阻R不能夠很小，最典型值位 8.2kΩ；圖4中的C3可以通過電阻R和其頻率f算出。 圖4 RC上電復(fù)位電路 圖5 RST引腳電壓-時(shí)間關(guān)系 圖6 組合復(fù)位電路 2) 上電復(fù)位和按鍵復(fù)位組合電路 在圖6組合復(fù)位電路，電阻R2的數(shù)值大多是較小的，僅僅為幾十歐姆，在按下復(fù)位按鈕之后，電容C3快速通過電阻R2進(jìn)行放電，放電完成后VR=（R1*Vcc）/（R1+R2），由于R2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R1，電壓VR與VCC基本相同，使得RST引腳的電壓為高電平，將復(fù)位鍵松開后，過程與上電復(fù)位相同。 3) 實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)位電路。實(shí)際應(yīng)用中常采用兩種復(fù)位電路，即同步復(fù)位電路和采用微處理器復(fù)位、監(jiān)控專用集成電路。 4) 施密特觸發(fā)器復(fù)位電路。在單片機(jī)的系統(tǒng)中，位了能夠使復(fù)位鍵穩(wěn)定的工作，需要將RC電力連接施密特電路以后，再和單片機(jī)復(fù)位鍵相連接，這樣是為了能夠使系統(tǒng)的干擾性大大提高。如果在系統(tǒng)中需要多個(gè)復(fù)位芯片時(shí)，而這些復(fù)位芯片的要求和單片機(jī)的復(fù)位系統(tǒng)相同時(shí)，可以將芯片的復(fù)位端連接到單片機(jī)的復(fù)位端。施密特觸發(fā)器復(fù)位電路如圖 5所示，圖774HCl4為施密特反相器。 5) 微處理器復(fù)位、監(jiān)控專用集成電路。為了保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更可靠地工作，實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位電路也常采用微處理器復(fù)位、監(jiān)控集成電路，如MAX706等。這種專用集成電路除了提供可靠的、足夠?qū)挼母叩碗娖降膹?fù)位信號(hào)外，同時(shí)具備電源監(jiān)控、看門狗定時(shí)器功能，有的芯片內(nèi)部還集成了一定數(shù)量的串行 EEPROM或RAM，功能強(qiáng)大，接線簡單。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常使用。單片機(jī)復(fù)位后，ALE和為輸入狀態(tài)；片內(nèi) RAM 不受復(fù)位影響；P0 ～ P3口輸出高電平，且這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，堆棧指針SP被置成07H，PC被置成0000H，接著，單片機(jī)將從程序存儲(chǔ)器的0000H開始重新執(zhí)行程序。因此，單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可通過復(fù)位使其重新運(yùn)行。 圖7 74HCl4為施密特反相器 2.2.4 YL-69土壤濕度傳感器 YL-69是一個(gè)簡單的土壤濕度傳感器，其原理為濕敏電容，當(dāng)環(huán)境的濕度發(fā)生改變時(shí)，會(huì)使得濕敏電容存在的環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致濕敏電容中的電容數(shù)值產(chǎn)生變化，電容的數(shù)值正比于濕度值。由于濕敏電容有這很高的靈敏度、響應(yīng)速度快、滯后量小的特點(diǎn)，所以濕敏電容很容易小型化和集成化。在系統(tǒng)中，土壤濕度數(shù)據(jù)的采集是有YL-69完成的。其在系統(tǒng)中電路原理圖如圖8，JP2位YL-69探頭。 圖8 YL-69與AD轉(zhuǎn)化電路 2.2.5 ADC0832功能特點(diǎn)及引腳 ADC0832是串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，它是由一家名為NS（National Semiconductor）的公司生產(chǎn)的。ADC0832與單片機(jī)通過三根線連接，其有著性價(jià)比高、耗能低的特點(diǎn)，適合使用在小型的智能設(shè)備中。ADC0832是8位分辨率的，所以其分辨率最高級能夠達(dá)到256級，一般的模擬量都不成問題。ADC0832的數(shù)據(jù)校對是通過雙數(shù)據(jù)輸出來完成的，這是為了達(dá)到減少誤差的目的，轉(zhuǎn)換的速度快并且有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。ADC0832為了減少數(shù)據(jù)的誤差，其校對數(shù)據(jù)是使用具雙數(shù)據(jù)的，有較快轉(zhuǎn)換速度并且穩(wěn)定性強(qiáng)。ADC0832能夠獨(dú)立輸入，因此處理器能夠更方便的控制多個(gè)器件。使用DI端進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，可以讓通道功能的選擇變的簡單。其主要特點(diǎn)如下： l 8位分辨率，基準(zhǔn)電壓為5V； l 功耗低僅僅為15mW。 l 5V的電源供電； l 輸入和輸出電平與CMOS及TTL兼容； l 輸入模擬信號(hào)的電壓范圍在0到5V之間； l 有兩種可以供給選擇的模擬輸入通道； l 在時(shí)鐘頻率為250KHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間是32us； ADC0832有DIP和SOIC兩類，DIP的ADC0832引腳排列如圖9所示。各引腳說明如下： l CS——片選端，低電平有效。 l CH0，CH1——兩路模擬信號(hào)的輸入端。 l DI——數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 l DO——數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 l CLK——串行時(shí)鐘輸入端。 l Vcc/REF——電源的輸入和參考電壓輸入。 l GND——電源地。 圖9 ADC0832引腳圖 2.2.6 ADC0832 的控制原理 ADC0832在通常的情況下有4個(gè)引腳與單片機(jī)相連，這4個(gè)引腳分別為CLK、DI、CS、DO。由于ADC0832的在通信并不是會(huì)同時(shí)使用DO端口和DI端口，并且DO和DI端口與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在設(shè)計(jì)電路中可以用一根線將DO端和DI端連接到一起。在ADC0832沒有運(yùn)行時(shí)，它的端口CS為高電平，這個(gè)時(shí)候芯片將會(huì)禁止，DO/DI和CLK可以為任意電平。如果需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，那么CS端口必須為低電平并且需要保持到A/D轉(zhuǎn)換完成為止。在芯片開始工作的時(shí)候，處理器將會(huì)向ADC0832的時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DI端口將會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的選擇 ，在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)來到前，DI端口一定要是高電平，這就表示ADC0832啟動(dòng)。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來以前，DI端口應(yīng)該輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)如表1所示。 表1 ADC0832的配置位 輸入形式 配置位 選擇通道 CH0 CH1 CHO CH1 差分輸入 0 0 + - 0 1 - + 單端輸入 1 0 + 1 1 + 如表1所看到的，在配置位CH0與CH1的數(shù)字為1、0時(shí)，僅僅可以對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。在配置位CH0與CH1數(shù)字為1、1時(shí)，僅僅可以對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。在配置位CH0與CH1數(shù)字為0、0時(shí)，正輸入端IN+為CH0和負(fù)輸入端IN-為CH1，將其兩者進(jìn)行輸入。在配置位CH0與CH1數(shù)字為0、1時(shí)，負(fù)輸入端IN-位CH0，正輸入端IN+位CH1，將其兩者進(jìn)行輸入。 在第三個(gè)脈沖來到以后，DI端口就失去了輸入電平的功能，在這以后DI/DO端就會(huì)開始通過DO數(shù)據(jù)輸出端進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第四個(gè)時(shí)鐘脈沖起，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的最高位D7將由DO端口輸出。直到最低位數(shù)據(jù)從第11個(gè)脈沖發(fā)出時(shí)，這就完成了一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的輸出。與此同時(shí)相反字節(jié)數(shù)據(jù)也將輸出，這是從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖開始輸出的。從第11個(gè)到第19個(gè)輸出8個(gè)時(shí)鐘脈沖，到19個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出之后，A/D轉(zhuǎn)換即完成了一次。在將CS設(shè)置為高電平，使得芯片不能夠使用，最后對轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)訂的處理就可以了。 2.2.7繼電器 繼電器作為一種電控制的器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化抵達(dá)器件規(guī)定的要求時(shí)，在電氣輸出的電量里會(huì)被控制發(fā)生預(yù)定階躍變化的一種電器。繼電器的控制系統(tǒng)（輸入回路）與被控制系統(tǒng)（輸出回路）之間是相互有著聯(lián)系的。繼電器常常被應(yīng)用其控制自動(dòng)化的電路中，其實(shí)際上可以看做是用小電流去控制較大的電流工作的一類“自動(dòng)開關(guān)”。因此繼電器在電路中起著保護(hù)電路、自動(dòng)開關(guān)的作用。 繼電器種類很多，本系統(tǒng)采用的是電磁繼電器，電磁繼電器大多數(shù)是由線圈、鐵芯、銜鐵及觸點(diǎn)簧片等構(gòu)成的。只要有一定的電流在線圈的兩端流過，繼電器內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生電磁效應(yīng)產(chǎn)生磁力，在磁力吸引的作用下，銜鐵快克服了彈簧拉力的作用，將會(huì)吸附在常開觸點(diǎn)上，使得電機(jī)M開始工作。在線圈沒有通上電的時(shí)候，電磁效應(yīng)也會(huì)同時(shí)消失，銜鐵快會(huì)在彈簧拉力的作用下回到其原有的位置即斷開觸點(diǎn)，通過控制線圈的通電與斷電，從而達(dá)到銜鐵快與兩觸點(diǎn)之間的選擇連接，使得達(dá)到電路斷開及導(dǎo)通的目的。 圖10 繼電器控制水泵 圖10中Q2PNP型三級管的b基級低電位時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器控制K1單刀雙擲開關(guān)向右邊偏離，電機(jī)M水泵通電，D2的LED燈亮起，水泵開始工作。 2.2.8 蜂鳴器及按鍵 蜂鳴器：蜂鳴器位本系統(tǒng)中涉及的報(bào)警系統(tǒng)部分，其電路圖結(jié)構(gòu)如圖11所示。當(dāng)PNP三極管導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器響起。 圖11 蜂鳴器報(bào)警 按鍵：按鍵設(shè)計(jì)如圖12所示。S1位復(fù)位鍵、S2位設(shè)置濕度值的按鍵、S3濕度值調(diào)整加鍵、S4濕度值調(diào)整減鍵。 圖12 按鍵電路 2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2.3.1 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括對土壤濕度檢測程序、對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的程序、設(shè)置濕度上下限的程序、顯示程序、蜂鳴器程序等。主程序流程如圖3所示。 開始 初始化及顯示啟動(dòng)界面 設(shè)置濕度上下限 檢測土壤濕度 數(shù)據(jù)處理 啟動(dòng)報(bào)警 開啟水泵 判斷澆花是否結(jié)束？ 關(guān)閉水泵 是 否 是 否 判斷是否澆花？ 圖13 程序流程圖 2.3.2 LCD1602顯示程序 液晶顯示器LCD1602的顯示是通過液晶的物理特性原理來實(shí)現(xiàn)的，使用電壓能夠控制顯示區(qū)域，當(dāng)有電的時(shí)候，液晶就能夠顯示圖像。液晶顯示器很薄，能夠在大規(guī)模電路下直接被驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，很容易實(shí)現(xiàn)彩色顯示，當(dāng)前已經(jīng)被廣泛使用在平板電腦、智能相機(jī)、移動(dòng)通信工具等方面，LCD1602液晶顯示器的寫指令以及寫數(shù)據(jù)程序如下所示： void write_com(uchar com)/寫指令 { rs=0; rd=0; lcden=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; } void write_date(uchar date)/寫數(shù)據(jù) { rs=1; rd=0; lcden=0; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; } 2.3.3按鍵程序 按鍵是有機(jī)械特性。但按鍵閉合式，并不能馬上保存良好的接觸，二十來回彈跳。這個(gè)時(shí)間很短，我們的手根部感覺不出來。但是對于每秒能夠執(zhí)行上百萬次指令的單片機(jī)來說，這個(gè)時(shí)間相對來說還是很長的。在這段上下抖動(dòng)的時(shí)間里，單片機(jī)會(huì)讀到很多次的高低電平。如果不對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，那么系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為按鍵被按了多次。而事實(shí)上，我們是手一直按這并么有重復(fù)多次。若是要想正確的判斷按鍵是否按下，系統(tǒng)就需要避開這段時(shí)間。根據(jù)一般按鍵的機(jī)械特征，這段時(shí)間一般在10ms~30ms之間。按鍵流程圖如圖14所示。 開始 鍵按下？ 延時(shí)30ms 鍵還按下？ 讀取鍵值 等待釋放 圖14 按鍵流程圖 unsigned char v_readkey_f(void);/////延時(shí)程序 { unsigned char key; if(P17=0) { delay(30); /延時(shí)30ms if(P17=0) { key=1; while(!P17)/等待釋放 } else key=0 } } 2.3.4 ADC0832芯片接口程序 為了能夠讓信息的流通變得快速有效，系統(tǒng)需要使用C語言進(jìn)行接口程序的編寫。模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置ADC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間只有32us，因此A/D轉(zhuǎn)換的頻率會(huì)非常快，這也保證了A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在一些特定場合的要求。數(shù)據(jù)在程序中是以子程序的方式形成的，這樣可以方便程序的移植。ADC0832讀取數(shù)據(jù)流程圖如圖15所示。 開始 產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 能使芯片 輸入通道控制字 讀取2字節(jié)數(shù)據(jù) 字節(jié)數(shù)據(jù)矯正 將值送入指定寄存器 結(jié)束 圖15 ADC0832讀取數(shù)據(jù)流程圖 第3 章 仿真設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試 3.1 仿真設(shè)計(jì) 本次仿真實(shí)現(xiàn)了通過對右邊可變電阻模擬濕度傳感器，使得LCD顯示相應(yīng)的數(shù)值。再通過對中間按鍵模塊輸入相應(yīng)的溫濕度上下限，當(dāng)濕度低于一定數(shù)值時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行通知處理。提示濕度已經(jīng)低于一定數(shù)值，需要進(jìn)行澆水，單片機(jī)控制電磁閥進(jìn)行澆水。當(dāng)濕度達(dá)到一定值時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥關(guān)閉澆水。仿真如圖14所示。 圖14 仿真圖 3.2 硬件調(diào)試 根據(jù)電路原理圖，焊接出實(shí)物，在將程序燒錄到AT89C51單片機(jī)中。接通電源，改變土壤濕度值，觀察實(shí)物是否正常運(yùn)行。若正常運(yùn)行則不需要進(jìn)行硬件的調(diào)試工作，反之需要進(jìn)行硬件的調(diào)試。調(diào)試步驟如下： 1、 檢查電路板電路焊接是否正確及各部件是否松動(dòng)和安裝正確； 2、 用萬用表檢查是否有虛焊、引腳短路現(xiàn)象； 3、 測試元件是否毀壞； 4、 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試； 測試結(jié)果及結(jié)論 1、 本系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行檢測，工作正常，說明本系統(tǒng)穩(wěn)定性良好； 2、 系統(tǒng)可以在不同的土壤濕度條件下進(jìn)行正常的工作，與理論相符，說明程序正確； 3、 系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確的測量出土壤的濕度，因此認(rèn)為系統(tǒng)在響應(yīng)時(shí)間上能滿足要求。 第4章 結(jié)論 這次植物自動(dòng)澆灌系統(tǒng)，這系統(tǒng)是根據(jù)電子類自動(dòng)澆水裝置工作原理為基準(zhǔn)，采用現(xiàn)代傳感技術(shù)采集土壤水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，再通過單片機(jī)控制系統(tǒng)對各個(gè)部分進(jìn)行控制，使其澆灌模塊是否進(jìn)行運(yùn)作。這個(gè)植物自動(dòng)澆灌系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是通過檢測土壤數(shù)據(jù)并在LCD1602上進(jìn)行顯示，二是通過系統(tǒng)分析對澆灌系統(tǒng)進(jìn)行控制。YL-69作為土壤濕度檢測的傳感器模塊，在把土壤檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，并通過單片機(jī)是I/O輸出到LCD上進(jìn)行顯示。在LCD上顯示的數(shù)值即是土壤濕度值，這也是判斷是否進(jìn)行澆灌的數(shù)值。自動(dòng)澆花部分和檢測到土壤濕度并顯示部分構(gòu)成了系統(tǒng)的控制部分和數(shù)據(jù)檢測部分。它設(shè)計(jì)為智能性，自動(dòng)澆花部分是通過單片機(jī)分析有YL-69土壤濕度檢測裝置檢測到的土壤數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到土壤濕度值低于設(shè)定的下限值時(shí)，那么系統(tǒng)通過控制繼電器控制澆灌裝置進(jìn)行澆灌，當(dāng)開始澆水一段時(shí)間后，系統(tǒng)通過土壤濕度檢測裝置檢測都土壤濕度數(shù)值高于設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)再次控制繼電器控制澆灌系統(tǒng)停止?jié)菜? 參考文獻(xiàn) [1] 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Patel Rahul B. Lanjewar Microcontroller Based Drip Irrigation System Using Smart Sensor [J],2013.8.13 致謝 在我學(xué)年論文即將完成之際，標(biāo)志我的大學(xué)生活還有半年就將結(jié)束?；叵肫疬@三年半的大學(xué)生涯，我的心情久久不能平靜，我的求學(xué)生涯在家人、師長、同學(xué)朋友的大力支持和幫助下，走的艱辛卻也收獲豐盛。盡管我崇尚偉人、名人，可是今天的我需要將我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師XXX副教授。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式。從論文的選題至論文的寫作到最后的修改，您都給予我中肯的建議和悉心的指導(dǎo)。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 最后再一次感謝所有在我寫論文中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。 Monolithic integrated circuits smart to watering flowers system design Yu Shian Binjiang College，NUIST，Nanjing 210044，China Abstract: The design of automatic watering potted system. AT89C51 microcontroller for the control system is based on the chip, the use of YL-69 chip as temperature and humidity sensor module, LCD1602 display module as the buzzer as the alarm module, the keyboard is used to set the alarm value, by YL-69 temperature and humidity sensor soil moisture collection, SCM AT89C51 information processing, the output control signal. Relay control signal to control the pump power off to complete the action automatically watering flowers, watering before the buzzer alarm. Key words：YL-69; AT89C51 microcontroller; humidity; pumps; LCD1602 附錄 1、實(shí)物圖 2、電路原理圖 附圖1電路原理圖