基于单片机地智能浇灌系统设计文档格式.docx
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2.2系统硬件设置......................................7
2.2.1AT89C51主要性能参数..........................7
2.2.2时钟电路.....................................8
2.2.3AT89C51的复位电路............................9
2.2.4YL-69土壤湿度传感器.........................11
2.2.5ADC0832功能特点及引脚.......................11
2.2.6ADC0832的控制原理..........................12
2.2.7继电器......................................13
2.2.8蜂鸣器及按键................................14
2.3系统软件设计.....................................15
2.3.1系统流程图..................................15
2.3.2LCD1602显示程序.............................16
2.3.3按键程序.....................................17
2.3.4ADC0832芯片接口程序.........................18
3
3仿真设计与硬件调试....................................19
3.1.................................................20
3.2仿真设计.........................................19
3.3硬件测试与调试...................................20
4结论..................................................21
参考文献................................................22
致谢....................................................23
附录....................................................19
4
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
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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CMOS位8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。
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电源电路LCD1602显示
AT
89C51
土壤检测
单
片
蜂鸣器
机
按键水泵电路
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（WD）T及双数据指针；
掉电标识和快速编程特性；
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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
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
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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~12MH之Z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*10
6HZ，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。
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图4RC上电复位电路图5RST引脚电压-时间关系图6
组合复位电路
2）上电复位和按键复位组合电路
在图6组合复位电路，电阻R2的数值大多是较小的，仅仅为几十欧姆，在
按下复位按钮之后，电容C3快速通过电阻R2进行放电，放电完成后VR（=R1*Vcc）
/（R1+R2），由于R2远远小于R1，电压VR与VCC基本相同，使得RST引脚的
电压为高电平，将复位键松开后，过程与上电复位相同。
3）实际应用中的复位电路。
实际应用中常采用两种复位电路，即同步复位
电路和采用微处理器复位、监控专用集成电路。
4）施密特触发器复位电路。
在单片机的系统中，位了能够使复位键稳定的
工作，需要将RC电力连接施密特电路以后，再和单片机复位键相连接，这样是
为了能够使系统的干扰性大大提高。
如果在系统中需要多个复位芯片时，而这些
复位芯片的要求和单片机的复位系统相同时，可以将芯片的复位端连接到单片机
的复位端。
施密特触发器复位电路如图5所示，图774HCl4为施密特反相器。
5）微处理器复位、监控专用集成电路。
为了保证单片机应用系统更可靠地
工作，实际应用系统的复位电路也常采用微处理器复位、监控集成电路，如
MAX706等。
这种专用集成电路除了提供可靠的、足够宽的高低电平的复位信号
外，同时具备电源监控、看门狗定时器功能，有的芯片内部还集成了一定数量的
串行EEPROM或RAM，功能强大，接线简单。
在单片机应用系统中经常使用。
片机复位后，ALE和为输入状态；
片内RAM不受复位影响；
P0～P3口输出高
电平，且这些双向口皆处于输入状态，堆栈指针SP被置成07H，PC被置成0000H，
接着，单片机将从程序存储器的0000H开始重新执行程序。
因此，单片机运行出
错或进入死循环时，可通过复位使其重新运行。
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图774HCl4为施密特反相器
2.2.4YL-69土壤湿度传感器
YL-69是一个简单的土壤湿度传感器，其原理为湿敏电容，当环境的湿度发
生改变时，会使得湿敏电容存在的环境中的介质发生改变，导致湿敏电容中的电
容数值产生变化，电容的数值正比于湿度值。
由于湿敏电容有这很高的灵敏度、
响应速度快、滞后量小的特点，所以湿敏电容很容易小型化和集成化。
在系统中，
土壤湿度数据的采集是有YL-69完成的。
其在系统中电路原理图如图8，JP2位
YL-69探头。
图8YL-69与AD转化电路
2.2.5ADC0832功能特点及引脚
ADC0832是串行接口8位A/D转换器，它是由一家名为NS（National
Semiconductor）的公司生产的。
ADC0832与单片机通过三根线连接，其有着性价
比高、耗能低的特点，适合使用在小型的智能设备中。
ADC083是28位分辨率的，
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所以其分辨率最高级能够达到256级，一般的模拟量都不成问题。
ADC0832的数据
校对是通过双数据输出来完成的，这是为了达到减少误差的目的，转换的速度快
并且有很强的稳定性。
ADC0832为了减少数据的误差，其校对数据是使用具双数
据的，有较快转换速度并且稳定性强。
ADC083能2够独立输入，因此处理器能够
更方便的控制多个器件。
使用DI端进行数据输入，可以让通道功能的选择变的简
单。
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9ADC0832引脚图
2.2.6ADC0832的控制原理
ADC0832在通常的情况下有4个引脚与单片机相连，这4个引脚分别为CLK、DI、
CS、DO。
由于ADC0832的在通信并不是会同时使用DO端口和DI端口，并且DO和DI
端口与单片机的接口是双向的，所以在设计电路中可以用一根线将DO端和DI端连
接到一起。
在ADC0832没有运行时，它的端口CS为高电平，这个时候芯片将会禁
止，DO/DI和CLK可以为任意电平。
如果需要进行A/D转换，那么CS端口必须为低
电平并且需要保持到A/D转换完成为止。
在芯片开始工作的时候，处理器将会向
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ADC0832的时钟输入端CLK提供时钟脉冲，DI端口将会进行数据信号的选择，在
第1个时钟脉冲信号来到前，DI端口一定要是高电平，这就表示ADC0832启动。
在
第2、3个时钟脉冲到来以前，DI端口应该输入2位数据用于选择通道功能，其功
能项如表1所示。
表1ADC0832的配置位
输入形式配置位选择通道
CH0CH1CHOCH1
差分输入00+-
01-+
单端输入10+
11+
如表1所看到的，在配置位CH0与CH1的数字为1、0时，仅仅可以对CH0进行单
通道转换。
在配置位CH0与CH1数字为1、1时，仅仅可以对CH1进行单通道转换。
在配置位CH0与CH1数字为0、0时，正输入端IN+为CH0和负输入端IN-为CH1，将其
两者进行输入。
在配置位CH0与CH1数字为0、1时，负输入端IN-位CH0，正输入端
IN+位CH1，将其两者进行输入。
在第三个脉冲来到以后，DI端口就失去了输入电平的功能，在这以后DI/DO
端就会开始通过DO数据输出端进行转换数据的读取。
从第四个时钟脉冲起，转
换数据的最高位D7将由DO端口输出。
直到最低位数据从第11个脉冲发出时，
这就完成了一个字节数据的输出。
与此同时相反字节数据也将输出，这是从第
11个时钟脉冲开始输出的。
从第11个到第19个输出8个时钟脉冲，到19个时
钟脉冲输出之后，A/D转换即完成了一次。
在将CS设置为高电平，使得芯片不
能够使用，最后对转换的数据进行预订的处理就可以了。
2.2.7继电器
继电器作为一种电控制的器件，是当输入量（激励量）的变化抵达器件规定
的要求时，在电气输出的电量里会被控制发生预定阶跃变化的一种电器。
继电器
的控制系统（输入回路）与被控制系统（输出回路）之间是相互有着联系的。
继
电器常常被应用其控制自动化的电路中，其实际上可以看做是用小电流去控制较
大的电流工作的一类“自动开关”。
因此继电器在电路中起着保护电路、自动开
关的作用。
继电器种类很多，本系统采用的是电磁继电器，电磁继电器大多数是由线圈、
铁芯、衔铁及触点簧片等构成的。
只要有一定的电流在线圈的两端流过，继电器
内部就会产生电磁效应产生磁力，在磁力吸引的作用下，衔铁快克服了弹簧拉力
的作用，将会吸附在常开触点上，使得电机M开始工作。
在线圈没有通上电的时
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候，电磁效应也会同时消失，衔铁快会在弹簧拉力的作用下回到其原有的位置即
断开触点，通过控制线圈的通电与断电，从而达到衔铁快与两触点之间的选择连
接，使得达到电路断开及导通的目的。
图10继电器控制水泵
图10中Q2PNP型三级管的b基级低电位时，三极管导通，继电器控制K1
单刀双掷开关向右边偏离，电机M水泵通电，D2的LED灯亮起，水泵开始工作。
2.2.8蜂鸣器及按键
蜂鸣器：
蜂鸣器位本系统中涉及的报警系统部分，其电路图结构如图11所
示。
当PNP三极管导通时，蜂鸣器响起。
图11蜂鸣器报警
按键：
按键设计如图12所示。
S1位复位键、S2位设置湿度值的按键、S3
湿度值调整加键、S4湿度值调整减键。
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图12按键电路
2.3系统软件设计
2.3.1系统流程图
系统软件设计包括对土壤湿度检测程序、对采集到的数据进行处理的程序、
设置湿度上下限的程序、显示程序、蜂鸣器程序等。
主程序流程如图3所示。
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开始
初始化及显示启
动界面
设置湿度上下限
检测土壤湿度
数据处理
否判断是否浇花？
是
启动报警
开启水泵
判断浇花是否结束？
否
关闭水泵
图13程序流程图
2.3.2LCD1602显示程序
液晶显示器LCD1602的显示是通过液晶的物理特性原理来实现的，使用电压
能够控制显示区域，当有电的时候，液晶就能够显示图像。
液晶显示器很薄，能
够在大规模电路下直接被驱动运行，很容易实现彩色显示，当前已经被广泛使用
在平板电脑、智能相机、移动通信工具等方面，LCD1602液晶显示器的写指令以
及写数据程序如下所示：
voidwrite_com（ucharcom）/写指令
{
rs=0;
rd=0;
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lcden=0;
P0=com;
delay（5）;
lcden=1;
}
voidwrite_date（uchardate）/写数据
rs=1;
P0=date;
2.3.3按键程序
按键是有机械特性。
但按键闭合式，并不能马上保存良好的接触，二十来回
弹跳。
这个时间很短，我们的手根部感觉不出来。
但是对于每秒能够执行上百万
次指令的单片机来说，这个时间相对来说还是很长的。
在这段上下抖动的时间里，
单片机会读到很多次的高低电平。
如果不对其进行适当的处理，那么系统会认为
按键被按了多次。
而事实上，我们是手一直按这并么有重复多次。
若是要想正确
的判断按键是否按下，系统就需要避开这段时间。
根据一般按键的机械特征，这
段时间一般在10ms~30ms之间。
按键流程图如图14所示。
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开始键还按下？
读取键值
键按下？
延时30ms
等待释放
图14按键流程图
unsignedcharv_readkey_
升级会员 