基于单片机的盆花自动浇水控制系统设计.docx

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基于单片机的盆花自动浇水控制系统设计

摘要……………………………………………………………………………………1

关键词…………………………………………………………………………………1

1前言…………………………………………………………………………………2

1.1选题的目的和意义………………………………………………………………2

1.2自动浇花器的诞生背景及国内外发展现状……………………………………2

1.3毕业设计采用的研究方法和手段………………………………………………4

2AT89C51单片机………………………………………………………………………4

2.1AT89C51单片机的基本组成………………………………………………………4

2.2AT89C51主要特性…………………………………………………………………5

2.3管脚说明…………………………………………………………………………6

2.4AT89C51单片机的存储器…………………………………………………………8

2.4.1程序存储器……………………………………………………………………8

2.4.2数据存储器……………………………………………………………………8

2.5振荡电路和时钟…………………………………………………………………9

2.6AT89C51的中断系统………………………………………………………………10

2.6.1中断系统结构和中断控制……………………………………………………10

2.6.2中断响应过程…………………………………………………………………11

2.7定时器/计数器…………………………………………………………………12

2.7.1定时器/计数器0和1的简介…………………………………………………13

2.7.2定时器/计数器0和1相关的特殊功能寄存器………………………………13

3温湿度传感器………………………………………………………………………14

3.1数字温湿度传感器SHT-11………………………………………………………14

3.2SHT-11的特性……………………………………………………………………15

3.2.1SHT-11的特点…………………………………………………………………15

3.2.2SHT的详规格……………………………………………………………………16

3.3SHT-11的引脚……………………………………………………………………16

3.4SHT-11的内部命令与接口时序…………………………………………………17

3.4.1SHT-11的命令顺序及命令时序………………………………………………17

3.4.2SHT-11的内部命令……………………………………………………18

3.4.3SHT-11的状态寄存器…………………………………………………………18

3.5硬件接口…………………………………………………………………………19

3.6恢复处理…………………………………………………………………………20

4DS1302时钟芯片……………………………………………………………………20

4.1DS1302时钟芯片的简介…………………………………………………………20

4.2引脚………………………………………………………………………………21

4.3命令字节…………………………………………………………………………21

5液晶显示器LCD……………………………………………………………………24

5.1液晶显示器的分类………………………………………………………………24

5.2ATMPIRE128×64………………………………………………………………25

5.2.1LCD128×64引脚功能……………………………………………………26

5.2.2KSO108控制器指令功能……………………………………………………26

5.2.3应用说明……………………………………………………………………28

6盆花自动浇水系统的设计………………………………………………………28

6.1土壤温湿度检测与控制………………………………………………………28

6.2硬件电路的设计………………………………………………………………29

6.3系统软件的设计………………………………………………………………33

7结论………………………………………………………………………………36

参考文献………………………………………………………………………………36

致谢……………………………………………………………………………………37

附录…………………………………………………………………………………38

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

基于单片机的盆花自动浇水控制系统设计

摘要：

本次设计的盆花自动浇水系统包括土壤温湿度的检测与控制和蓄水箱自动上水及水位报警两大部分。

土壤温湿度的检测与控制部分又包括了土壤温湿度的检测和显示、自动浇水系统。

土壤温湿度的检测和显示以温湿度传感器SHT-11为感应部件，将检测到的土壤温湿度值送入AT89C51单片机，再由其输出到LCD屏进行显示。

自动浇水系统设计为智能和手动两个部分：

智能浇水部分是通过单片机程序设定浇水的上下限值与SHT-11送入单片机的土壤湿度值相比较，当低于下限值时，单片机输出一个信号控制电磁阀打开，开始浇水，高于上限值时再由单片机输出一个信号控制电磁阀关闭，停止浇水；手动部分是由单片机从时钟芯片DS1302读入月份与每天的实时时刻，通过软件程序设定定时浇水的时间与浇水的量。

关键词：

AT89C51单片机SHT-11温湿度传感器LCDDS1302时钟芯片C51程序数字电路

PottedplantwateringcontrolsystembasedonPLC

Abstract：

Thedesignoftheautomaticwateringsystemincludessoilpothumiditydetectionanddisplay,automaticwateringandstorageboxautomaticwaterandwaterlevelalarmthreeparts.S-oiltestinganddisplayoftemperatureandhumiditysystemtakesTemperatureandhumiditysen-sorSHT-11asinductivecomponents,itwilldetectthesoiltemperatureandhumidityvalueandinputthevaluetotheAT89C51microcontroller,thenthetemperatureandhumidityvaluewillbeoutputtoLCDscreendisplayed.Automaticwateringsystemdesignforintelligenceandmanualtwoparts.Intelligentwateringpartthroughthemicrocontrollerprogramsettingtheupperandlo-werwaterattained,thencomparingthisupperandlowerwaterattainedwiththevalethatthroug-hingSHT-11inputtingtothemicrocontroller.WhenbelowthelimitSCMoutputsasignaltoo-peningtheElectromagneticvalve,andStartwatering.ifAbovetheupperlimitvalue,theSCMwilloutputanothersignaltoTurnningofftheElectromagneticvalve,andStopwatering.ManualpartreadthetimefromtheclockchipDS1302bymicrocomputer.Throughsoftwareprogramtosettingtheregularwatering'timeandWateringamount.StorageboxWaterlevelcontrolsystemu-sesPurehardwarecontrol.

Keywords:

AT89C51microcontroller;SHT-11temperatureandhumiditysensor;LCD;clockchipDS1302;C51program;Digitalcircuit

1前言

1.1选题的目的和意义

随着社会生活的进步，人们的生活质量越来越高。

在家里养盆花可以陶冶情操、丰富生活。

同时，盆花通过光合作用可吸收二氧化碳，净化室内空气，在有花木的地方空气中阴离子聚积较多，所以空气也特别清新，而且有许多花木还可吸收空气中的有害气体，因此，养盆花如今被许多的人所喜爱。

盆花浇水量是否能做到适时适量，是养花成败的关键。

但是，在生活中人们总是会有无暇顾及的时候，比如工作太忙或者出差、旅游等。

花草生长问题80%以上是由花儿浇灌问题引起；好不容易种植几个月的花草,因为浇水不及时，长势不好，用来美化家园的花草几乎成了“鸡肋”；不种植了吧，家中没有绿色衬托感觉没有生机；保留吧，花草长得不够旺盛，还影响家庭装饰效果。

虽然目前市面上有卖盆花自动浇水器的，但价格十分的昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给盆花适时适量浇水。

也有较经济的盆花缺水报警器，可以提醒人们及时的给盆花浇水。

可是这种报警器只能报警，浇水还是需要人们亲自动手。

当家里无人时，即使报警也无人浇水，就起不到应有的作用了。

因此，我想通过设计一种集盆花土壤湿度检测，自动浇水以及蓄水箱自动供水于一体的盆花自动浇水系统。

让盆花在人们无暇照顾时也能得到及时的浇灌。

1.2自动浇花器的诞生背景及国内外发展现状

微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型灌溉设施，主要是利用水流通过低压管道系统以一定速度从特制的喷头喷出，在空气中分散成细小的水滴，着落在花草植物、作物及周围的地面上，从而达到及时补充水分的目的。

该系统具有用水量少、冲击力小的灌溉特性，适用于栽培密度大、植株柔软细嫩的植物。

自动浇花器的诞生是随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品。

它把微喷的概念应用于家庭盆花浇灌中，通过相应的改进，达到合理给盆花自动浇水的目的。

早在很多年前，国外就已经开始普及，国内使用的电子类自动浇花器多数从国外进口的，价格昂贵，但质量比较可靠。

不过这并不太适用于国内，目前国内外比较流行的是玻璃制作的自动浇花器。

这种类型的浇花器多数在我国山西和浙江一带加工生产的，价格比较低廉，实用性没有电子类自动浇花器好。

随着国内居民消费水平和生活质量的提高，居家园艺市场异常火爆，但是由于生活节奏加快，种花容易养花难的问题暴露出来，而养花最重要的问题就是浇水问题，研究表明花草80%以上的死亡由于浇水不及时引起，因此国内商家已经看到了这种需求潜力。

目前这类小居家用品的厂家主要集中在广东，上海，浙江一带。

现在市面上所出售的自动浇花器主要有以下几类：

⑴电子类自动浇花器

电子类自动浇花器又叫时控喷淋装置，系统构成为：

主机（或者控制器）、主管（可以是花园管也可以是4/7mm的微喷淋管）、分水接头（3通、4通、5通、6通、分水器）、副管（3/5mm）喷淋管（雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等）。

电子类自动浇花器根据电源的不同分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。

控制器的一般性能有：

电磁阀控制；智能时控电路•微电脑芯片控制；适用电源为AC220V/50HZ；最适宜水压0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时＜12VA）；可控制连续作业时间是1分钟至168个小时；可每天自动完成十次以上浇水作业，可每天、隔天、隔多天自动循环进行浇水，手动自动两用；每天计时误差小于正负3秒；电器适应环境温度为-10～50℃；相对湿度＜90%RH。

⑵玻璃、陶瓷类自动浇花器

玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置，它由本身材质的物理结构构成，根据器具的物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水，自身形成一定的压力，当遇到干燥的土壤，水就会自上而下的流出，当土壤湿润以后，会形成一个堵塞压力，从而导致水流速度变慢或者停止。

器具工艺不同，效果也不一样，当然也因土壤的疏松情况决定器具内水流的速度。

当前传感器技术与单片机技术发展迅速，其应用逐步由工业、军事等领域向其他领域渗透，已经和我们的日常生活息息相关。

而且智能家居概念也越来越受人们的推崇，因此，微电脑控制的电子类自动浇花系统有很好的发展前景。

1.3毕业设计所采用的研究方法和手段

本次毕业设计是设计一种单片机控制的自动浇水系统,实现室内盆花浇水的自动化系统。

该系统可对土壤的温湿度进行监控,并对作物进行适时、适量的浇水。

其核心是单片机和温湿度传感器以及浇水驱动电路构成的检测控制部分。

主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。

检测部分，单片机选用AT89C51单片机，温湿度传感器选用SHT11温湿度传感器。

SHT-11采用COMSens专利传感器技术将温度湿度传感器、A/D转换器、数字接口、校准数据存储器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。

软件选用C51语言编程。

土壤温湿度传感器可将检测到的土壤温湿度模拟量放大转换成数字量通过单片机内程序控制精确的将温度与湿度分别显示在LCD显示屏上，同时通过单片机内的中断服务程序判断是否要给盆花浇水,若需浇水,则单片机系统发出浇水信号,并经放大驱动设备,开启电磁阀进行浇水,若不需浇水,则进行下一次循环检测。

在浇水系统中也同时设计一个手动浇水部分，系统工作时通过设置键的按下与否来选择浇水系统的工作方式。

土壤浇水驱动电路采用继电器开关电路，蓄水箱水位报警以及自动上水部分采用纯硬件控制。

2AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.1AT89C51单片机的基本组成

AT89C51由一个8位的微处理器，128KB片内数据存储器RAM，21个特殊功能寄存器SFR，4KB片内程序存储器FlashROM，64KB可寻址片内外统一编址的ROM，64KB可寻址片外的RAM，4个8位并行I/O接口（P0—P3），一个全双工通用异步串行接口UART，两个16位的定时器/计数器，具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能的五个中断源、两个优先级的中断控制系统以及片内振荡器和时钟产生电路。

其基本组成框图如图2-1所示。

图2-1AT89C51的基本组成

2.2AT89C51主要特性

AT89C51主要特性有：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：

1000写/擦循环

·数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

2.3管脚说明

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：

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该论文已经通过答辩

2.4AT89C51单片机的存储器

在单片机中，存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM，并且两个存储器是独立编址的。

AT89C51单片机芯片内配置有8KB（0000H～1FFFH）的Flash程序存储器和256字节（00H～FFH）的数据存储器RAM，根据需要可外扩到最大64KB的程序存储器和64K