自动浇花系统论文Word文件下载.docx

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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。

二、系统设计

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。

●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。

2.1.3系统结构

系统流程图

2.2系统硬件设置

2.2.1单片机的基本组成

AT89S51是以一种八位的微处理器单片机，128千字节的片内数据存储器随机存储器，64千字节可寻址片内外统一编址的只读存储器，64千字节可寻址片外的随机存储器，四个八位并行的I/O接口（P0—P3），1个全双工通用的异步串行接口通用异步收发传输器，单片机基本构成框图如图所示。

图2.1AT89S51的基本组成

2.2.2振荡电路和时钟电路

时钟电路可以产生所需的时钟信号，时序可以表示当各种指令执行时各地址信号之间的关系。

单片机其实就是一个同步时序电路。

AT89S51单片机各功能部件的都是依靠时钟信号来进行运行，其中时钟频率是很重要的，它会直接影响到工作的速度快慢，其次时钟电路的质量也很重要，它会直接影响到工作的稳定性。

我们这次设计选用的方式是内部时钟。

AT89S51单片机里面有一个用来构成振荡器的高增益反相放大器，放大器的输入端是芯片引脚XTAL1，输出端引脚是XTAL2，在图上位置，两个端的引脚跨界石英晶体和微调电容，共同组成一个稳定自激振荡器。

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以及电容和芯片安装的近点，近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。

图2.2振荡和时钟电路

2.2.3复位电路

单片机的复位的电路是让 

CPU 

和自动灌溉系统中别的功能部件都处于固定初始状态，然后从状态开始动作。

不管单片机刚开始是通电源，还是切断电源后，突然故障之后都需要复位，单片机复位需要一定的条件让 

RES/VPD 

和 

RST 

引脚通上持续2个周期及以上的高电平。

复位电路有上电自动复位的方式，另一种是按钮复位的方式，本次选用按键来手动复位，选用按键手动电平的复位是经过RST端，经过电阻与电源VCC的接通方式来实现

图2.3复位电路

2.2.4湿度传感器

传感器是一种输出装置，它能采集到的信息资料转变为有用信号。

它由敏感元件和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。

并且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。

因此当调变电阻的大小,我们能获得一定值的电压,满足电路的需求。

我们这次设计用到的是YL-69土壤湿度传感器 

。

图2.4湿度传感器

2.2.5ADC0832AD转换器

ADC0832是八位分辨率A/D转换芯片，它分辨最高可以达到256级，它的体积相对其它的比较小，而且它的兼容性也比较好，在市场里面它的性价比比起其他的高出很多，一般的模拟量转换要求它都能适应。

由于它的内部电源输入和我们选用的参考电压的复用，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，总的来说它的转换速度快，仅为32微秒，稳定性能强。

独立的芯片可以让输入方便，挂接多个器件和处理器控制更加容易。

其主要特点如下：

●8位分辨率，基准电压为5V；

●功耗低仅仅为15mW。

●5V的电源供电；

●输入和输出电平与CMOS及TTL兼容；

●输入模拟信号的电压范围在0到5V之间；

●有两种可以供给选择的模拟输入通道；

●在时钟频率为250KHZ时，转换时间是32us；

ADC0832有DIP和SOIC两类，DIP的ADC0832引脚排列如图9所示。

各引脚说明如下：

●CS——片选端，低电平有效。

●CH0，CH1——两路模拟信号的输入端。

●DI——数据信号输入，选择通道控制。

●DO——数据信号输出，转换数据输出。

●CLK——串行时钟输入端。

●Vcc/REF——电源的输入和参考电压输入。

●GND——电源地。

图2.5ADC0832AD转换器

2.2.6液晶显示器LCD

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、特殊符号和一些图形等。

它与单片机电路连接非常简单，可以把主机处理后的数据进行屏幕显示，我们只需把一个8位I/O接口和液晶模块的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连接在一块。

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P2.0、P2.1、P2.2分别于RS、R/W、E相连。

如图所示.

图2.6显示器电路连接图

2.2.7键盘与电源

S0:

复位键 

S1:

设置/保存 

S2:

加/模式切换 

S3:

减/手动灌溉检测：

上电水泵转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。

图2.7按键电路图

2.2.8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，并且产生了电流，紧接着电流产生电磁效应，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。

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，所以说继电器起到了一个开关的作用。

继电器起到开关作用，连接一个三极管，三极管和单片机的p16相连，当引脚被置高电平的时候，继电器动作灌溉。

如图所示

图2.8继电器电路图

YL-69湿度传感器测出湿度模拟数据，然后对测出的进行处理转为二进制值，再经过三线制接口发送给单片机。

为了使采样值变得更加精确，对获得的数据可以进行一些补偿的算法，补偿之后再送到液晶LCD显示器显示。

主要流程图

2.4实物

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，极性是否正确，在安装过程中最好导线条理清晰。

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力的源程序文件，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。

实物如图。

三、仿真设计

3.1仿真设计

本次仿真实现了通过对右边可变电阻模拟湿度传感器，使得LCD显示相应的数值。

再通过对中间按键模块输入相应的温湿度上下限，当湿度低于一定数值时，单片机控制蜂鸣器进行通知处理。

提示湿度已经低于一定数值，需要进行浇水，单片机控制电磁阀进行浇水。

当湿度达到一定值时，单片机控制电磁阀关闭浇水。

仿真如图所示。

仿真图

3.2硬件调试

根据电路原理图，焊接出实物，在将程序烧录到AT89C51单片机中。

接通电源，改变土壤