基于89C51RC自动控制浇花系统毕业设计任务书.docx
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基于89C51RC自动控制浇花系统毕业设计任务书
毕业设计任务书
基于89C51RC自动控制浇花系统
毕业设计指导须知
一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。
是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。
二、导师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。
经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。
三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。
要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。
四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。
论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。
字数、图纸数量符合有关要求。
并在规定的时间内完成。
五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。
六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。
学号
姓名
学制
三年
专业
年级
教学班负责人
班级
指导教师姓名
职务或职称
设计题目
基于89C51RC自动控制浇花系统
指导教师评语：
成绩：
指导教师签名：
工作单位年月日
系复审意见：
成绩：
复审人签名：
职称：
公章年月日
教务处终审意见：
公章年月日
答辩情况记录
答辩题目
答辩情况
正确
基本正确
经提示
回答
不正确
未回答
此表由主持答辩的同志填写。
答辩委员会（或小组）评语：
成绩：
主持答辩人签名：
职称：
月日
一、毕业设计的任务和具体要求：
任务：
1.巩固和提高学生学过的基础理论和专业知识。
2.提高学生运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力。
3.培养学生掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能。
4.增强学生对实际电路的认识，掌握单片机基本应用方法及单片机简单的编程
具体要求：
要求实现用单片机控制浇花系统根据外部条件自动运行。
二、毕业设计应完成的图纸：
表2-1系统技术指标，见3页（宋体小四号，行间距1.5倍）
图2-2闭环控制逻辑原理框图，见3页
表2-3系统的硬件结构，见4页
表3-1STC89C51RC系列单片机部分型号参数，见5页
图3-2STC89C51RC的主要特性，见8页
图3-3STC89C51RC外部引脚，见8页
图3-4时钟电路，见9页
图3-5按键复位电路，见9页
图3-6传感器的原理,见10页
图3-7DS18B20内部结构，见12页
图3-8DS18B20外部引脚,见12页
图3-9温度检测电路,见13页
图3-10湿度传感器电路组成,见14页
图3-11光照检测电路,见15页
图3-12电磁阀控制电路,见17页
图4-1系统主程序,见18页
图4-2土壤湿度判定程序流程图,见19页
三、其他要求：
认真做好设计前期准备，构思好设计流程。
四、毕业设计的期限：
自2011年8月29日至2011年11月4日
五、毕业设计（论文）进度计划：
起至日期
工作内容
备注
2011.08.2—2009.09.09
2011.09.10—2011.10.30
2011.10.01—2011.10.25
2011.10.26—2011.11.04
根据工作岗位，确定毕业设计题目
熟悉岗位，准备涉及课题的相关资料
完成论文的初稿和修订工作
打印论文，装订成册，准备答辩
自动控制浇花系统
摘要
设计了家庭智能浇花器，实现花卉的自动浇水。
利用单片机STC89C51RC系列实现自动浇花，根据土壤湿度定时定量浇花。
利用湿度传感器检测花卉（也可以用于蔬菜等）的湿度，采集的湿度传送到单片机处理单元，单片机根据湿度控制是否浇水，如果需要浇水，单片机将引继电器置为闭合，线圈通电，敞开触点闭合，打开电磁阀，实现定时定量的自动浇水，设定时间到，电磁阀自动闭合，并且水量可根据花卉所需要的土壤湿度来调节定时器，进而调节电动机喷水时间。
根据湿度控制是否浇水就先置单片机电池阀出点为0，湿度传感器检测湿度，传送单片机，当检测到湿度不够时，单片机就把这个触电置为1，把继电器吸合，常开触点闭合，使得电磁阀线圈得电，此时电磁阀门有闭合变成断开，水流经过，给花卉浇水。
第一章前言
1.1引言................................................1
1.2原理................................................1
第二章系统整体概述
2.1系统技术指标........................................3
2.2系统测控原理........................................3
2.3系统总体设计........................................3
2.4系统的工作原理......................................4
第三章系统的硬件设计
3.1单片机的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.2STC89C51RC的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.3时钟电路与复位电路的设计............................8
3.4传感器的选择........................................9
3.5湿度传感器的选择....................................14
3.6光照检测电路的选择..................................15
3.7输出控制电路的设计..................................16
3.8硬件的抗干扰设计....................................17
3.9电磁阀控制电路......................................18
第四章软件系统的设计
4.1总体设计思想........................................18
4.2传感器控制模块设计..................................19
第五章结束语
5.1论文总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
5.2工作展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
第一章前言
1.1引言
水是生命之源，也是经济发展的命脉，人类生存的命脉，水的重要性已成为国际共识，水资源的开发、利用和保护己为世界各国所重视。
而就如何合理高效利用有限的淡水资源，充分发挥资源效益己成为一个全球性急需解决的重要课题。
在诸多缺水国家之中，我国是水资源严重短缺的国家之一。
水资源的利用率和利用效率低下使水资源在节流方面呈现巨大的挖掘潜力，因此节水成为历史发展的必然。
伴随着人们快节奏的生活、工作、学习，人们已没有很多时间去精心照顾自己种的花卉植物等，因此市场上急需一种可以代替人类劳动的产品。
由于现在市场上很多的喷灌设备主要是是针对温室、露天农作物、森林等大面积植物喷灌，而对于家庭小面积喷灌系统设备几乎没有，也没有达到自动化的水平。
现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，由于现代生活节奏的加快，人们往往忙于工作而忘记定期、及时地为花卉补充水分及养料，或者由于放假回家而将花放在办公室没有人管理导致花木枯死。
已有的浇水器需要有人控制或者定时的浇灌，不能根据植物正常生长所需要的光照、水分、温度来实时调节植物生长环境的参数，不利于花木的成长，而且现在的名贵花如果因为以上原因而死亡得不偿失。
随着现代高科技的发展，各种智能家电、数码产品走进人们的生活，网络已经成为人们现代生活中人际交往和获取知识的一个不可或缺的平台。
鉴于现在高科技的发展，未来自动浇灌控制系统的发展也有望朝这些方面发展.传感技术、计算机技术和自动控制技术的不断发展，温室计算机环境控制系统的应用将由简单的以数据采集处理和监测，逐步转向以知识处理和应用为主。
因此软件系统的研制开发将不断深入完善，其中以专家系统为主的智能管理系统已取得了不少研究成果，而且应用前景非常广阔。
鉴于以上情况，市场上急需提供一种能够根据土壤湿度及光照的变化自动将水分补充给花木，达到定期、及时浇灌花木的花木自动浇灌器。
1.2原理
1、本系统将对温室环境中土壤湿度、光照强度、温度因子的调控进行自动化控制，以期达到最佳的控制效果。
2、系统硬件设计，完成硬件原理图。
硬件将通过调研对比分析，选用高性价比元件，采用一些成熟电路设计，达到提高系统的稳定性、可靠性与精度，降低成本，提高市场竟争力的目标。
3、程序设计流程与程序清单。
软件设计将采用C语言设计，提高系统的修改、调试与升级（增加控制因子）的能力。
用单片机测控来实现花卉生长环境因子信息数据的实时采集、处理，而后输出控制执行机构，以实现环境湿度、温度和光照强度的测控，达到节水节能，省时省工的效果。
具体功能如下:
●实现按需灌溉功能。
按照花卉的需求开启和关闭灌溉系统，实现一般的控制。
具有结构简单，成本低，操作方便。
●通过传感器检测花卉生长的环境温度、土壤湿度和光照强度，依据设定的植物要求的温度、湿度和光照强度的上下限值，由单片机来控制开关窗户、电磁阀和窗帘，从而调节温度、湿度和光照。
当空气温度高于上限值时，自动打开窗户进行自然降温，达到要求值时则自动关闭。
●室内环境中土壤湿度是重要因子，要求当土壤含水量过低己不能满足花卉最低需求时，就打开电磁阀进行灌溉，当湿度满足要求是关闭电磁阀。
第二章系统总体概述
2.1系统技术指标
系统技术指标（夏天）要求具体见表2-1所示，其控制范围亦可据具体作物的需要来设定，%RH（RelativeHumidity）为相对百分数，其中硬件成本由于单个制作跟批量生产有一定的差值。
控制参数
土壤湿度
%RH
温度°C
控制范围
60～80
20～30
表2-1系统技术指标
2.2系统测控原理
在控制技术方面，有诸如开环、闭环反馈控制，模糊控制，自适应控制，神经网络控制等现代控制技术。
模糊控制技术当前应用最广泛，一般用于有上、下位机的单片机控制系统。
本系统采用传统的闭环控制技术，系统控制原理逻辑框图见图2-2所示：
图2-2闭环控制逻辑原理框图
2.3系统总体设计
（1）本文针对实际需要，设计了一套温度、湿度和光照检测与控制系统，保证花卉在生长的各个时期有适宜的生长环境，整个测控系统由传感器、控制器和执行机构三部分构成.整个系统的结构如下图所示：
图2-3系统的硬件结构
（2）硬件电路以STC89C51RC单片机为核心，系统输入由采集土壤水分传感器、光照传感器和温度传感器及传感器信号处理电路组成，输出控制由继电器、执行器构成。
（3）软件用C语言作为编程语言，采用模块式结构设计。
2.4系统的工作原理
系统的工作中，有太阳能电池给电池充电，电池的输出经过稳压模块，避免电压的较大变化，电池为整个系统提供电能。
经过湿度及光照检测的传感器把被测对象的湿度转换成电压信号，转换为0-1数字信号后送入单片机中，与给定的所要控制的湿度值进行比较，根据单片机STC89C51RC中设置的参数，输出相应温度、湿度值对应的被控对象电机和电磁阀的值，带动动力系统作相应的运动，不断减少与单片机中设置值的差值，温度过高时，单片机控制直流电机驱动器打开窗户，进行自然散热，温度适合时关闭窗户。
当土壤湿度过低时，单片机通过继电器控制电磁阀使其打开进行浇水，浇水后湿度适中时关闭电磁阀。
光照检测电路将光照强度转换成0-1代码，输入单片机，湿度不断地检测、控制，使之达到一个动态的平衡。
第3章系统的硬件设计
3.1单片机的选择
电子技术飞速发展，使得计算机不断更新换代。
其中单片机更是一枝独秀，广泛应用于各个领域，使其自动化程度大提高。
单片机具有体积小，价格低廉，功能强大，稳定可靠，运算速度快，功耗低，扩展容易，抗干扰能力强，系列齐全，使用方便灵活等优点，广泛应用于工业过程控制、自动监测、智能仪器仪表、家用电器等领域。
单片机成为当今世界上销售量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机产品。
目前世界上最具实力的单片机开发公司有:
美国的Intel，ATMEL，荷兰的PhilipS，德国的SiemenS等。
其中Intel公司一直处于领先地位，主要有MCS-48、MCS-51和MCS-96三大系列，其中MCS-51系列是1980年推出的高档8位单片机，代表着单片机的发展方向，成为单片机领域中的主流产品。
ATMEL公司的89系列Flash单片机以Intel80C51/52作为内核，并采用可重复编程FlashROM技术，是一种源于8051而又优于8051的单片机，己成为广大MCS-51用户进行电子设计与开发的优选单片机品种。
根据实际情况与要求，本系统选用ATMEL公司89系列标准型单片机STC89S51RC，其价格适中功能强大，这应当是比较符合我国国情的选择。
1、ST89C51RC简介:
STC89C51RC系列单片机具有成本低、性能高的特点，支持ISP（在系统编程）及IAP（在应用编程）技术。
使用ISP技术可不需要编程器，而直接在用户系统板上烧录用户程序，修改调试非常方便。
利用IAP技术能将内部部分专用Flash当作EEPROM使用，实现停电后保存数据的功能，擦写次数为100000次以上，可省去外接EEPROM（如93C46、24C02等）。
而且与传统8051单片机程序兼容，硬件无需改动。
表3-1中为STC89系列单片机部分型号参数。
S
表3-1STC89C51RC系列单片机部分型号参数
3.2STC89C51RC特性
STC89C51RC的主要特性如下表所示：
兼容MCS—51指令系统
32个可编程I/O线
4k字节可编程闪烁存储器
可编程UARL通道
三个16位可编程定时/计数器中断
时钟频率0-24MHz
2个外部中断源，共8个中断源
256×8bit内部RAM
2个读写中断口线
可直接驱动LED
软件设置睡眠和唤醒功能
低功耗空闲和掉电模式
图3-2STC89C51RC的主要特性
STC89C51RC为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0～P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32～39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
P1口：
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个AL脉冲。
对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN：
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C51RC由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
图3-3STC89C51RC外部引脚
3、引脚配置及功能
STC89C51RC单片机有40个引脚,32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，STC89C51RC可按照常规方法进行编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
3.2时钟电路与复位电路的设计
1、时钟电路设计
AT89S52单片机内部有个振荡器，可以用作CPU的时钟源。
本系统时钟选用内部方式。
AT89S52内部含有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1（输入端）、XTAL2（输出端）外接作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷谐振器）和电容C1，C2组成的并联谐振电路后便构成片内自激振荡器，从而利用它内部的振荡器产生时钟。
连接方法见图3-4所示，其中晶体呈感性，其决定着振荡器的振荡频率；电容Cl，C2对频率有微调作用。
电路中反馈元件选用石英晶体，电容Cl和C2均为22PF，电容与晶体的安装位置应尽量靠近单片机。
图3-4时钟电路
2、复位电路设计
89系列单片机在启动时也需要复位使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始态开始工作。
按下SW，电源对C充电，使RST端快速到达高电平；松开按键，C向芯片内阻放电，恢复为低电平，从而使单片机可靠复位，一般R1选470kΩ，R2选8.2kΩ，C选22uF。
AT89S52的按键复位电路见图3-5，电路简单可靠。
图3-5按键复位电路
3.4传感器的选择
传感器基本概念：
传感器技术和计算机技术及通信机技术构成了信息技术，成为信息时代的三大支柱。
后两者发展迅速，唯有传感器技术发展滞后。
传感器技术是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。
依照中华人民共和国国家标准（GB/T7665-1987传感器通用术语）的规定，传感器的定义为：
“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”，通常由敏感元件和转换元件组成。
其中敏感元件“指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分”，此处的被测量一般为非电量；转换元件是“指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分”。
传感器在我国的设施农业中发挥着重要的作用，主要用于环境参数的获取，根据检测对象分为空气环境和土壤环境。
前者包括温度、湿度、二氧化碳、光照度等；后者包括土壤温度、土壤含水量、土壤PH值。
传感器的原理框图如图3-6所示：
图3-6传感器的原理
3.4.1温度传感器的选择
温度是一个与人类的生活、工作息息相关的物理量，也是现代科学技术中最重要的物理量。
常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶、成温度传感器、热电阻等。
（1）热敏电阻:
利用半导体的电阻随温度变化而显著变化的特性制成的半导体测温元件。
目前使用的多为陶瓷热敏电阻。
它的优点是:
灵敏度高，工作温度范围宽，稳定性好，过载能力强，体积小。
但它的不足之处在于非线性和互换性差。
（2）热电偶:
是利用物理学中的金属热电效应制成的温度传感器。
结构简单，互换性好，是500℃～800℃温区的首选温度传感器。
（3）PN结温度传感器:
实质是一种半导体集成电路，利用晶体二极管、三极
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