智能浇花系统设计报告.docx

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智能浇花系统设计报告

青岛农业大学电子设计大赛

基于单片机的智能浇花系统

学院：

机电工程学院

队员：

史殿龙罗英赫董相岗

电话：

15275242866

前言

有些人喜欢养花或是盆景类的观赏性植物，可是他们又经常出差或较长时间外出而不能给它们浇水、照顾它们，因而放弃了这一爱好。

所以如何更加方便，合理的进行植物养殖成为了智能家居设计的一个焦点。

本系统为基于STC89C52单片机的智能浇花系统。

主要由温、湿度采集、土壤湿度采集、光照强度采集、时间显示、浇水设置、浇水六大模块组成。

实现全天性的对植物周围环境的温度、湿度、光照强度信息采集。

判断出是否需要浇水，最终由单片机控制电磁阀的开断来实现浇水。

该系统能根据实际情况，合理的浇水，既节约了水资源，又能让植物更好生长。

关键字：

温、湿度采集光照强度采集土壤湿度时间显示电磁阀

系统功能与特色

1、系统功能特色简介

（1）选择性浇水

在每次浇水前，系统会对植物土壤湿度进行检测，如果超过一定值，就不进行浇水操作，防止过度浇水、浪费水资料。

如果低于设定值但此时光照强度过高不适于浇水，则系统也不会浇水。

（2）加水提示

水箱装有红外检测器，水位过低时，红外被促发，系统记录下标志，系统会立刻提示用户加水。

（3）时间显示

系统统内部装有一块DS1302时钟芯片，可以准确的显示时间，用户可以根据时间记录花期。

（4）浇水设置

本系统增加了外设键盘，用户可根据花的品种不同而设定不同的浇水限制。

（5）数据保存

系统内部放置了一块EEPROM，可对用户的设置进行保存，具有掉电保护功能。

2、功能指标

（1）温度测量精确到1℃，湿度测量精确到1%RH，土壤湿度测量精确到1%RH，光照强度测量精确到1lx；

（2）LCD显示温湿度、土壤湿度、光照强度以及时间和浇水限值。

（3）电磁阀开断灵敏度0.1s。

（4）存储芯片擦写次数可达10万次以上。

系统硬件设计

一、硬件框架

二、主控芯片

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

和atmel的对比STC89C52RC单片机:

8K字节程序存储空间；　　

512字节数据存储空间；　　

内带4K字节EEPROM存储空间;　　

可直接使用串口下载；　　

AT89S52单片机:

8K字节程序存储空间；　　

256字节数据存储空间；　　

没有内带EEPROM存储空间

主控芯片原理图

三、温湿度采集模块

温湿度采集部分使用DHT11数字温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。

超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

产品为4针单排引脚封装。

连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

四、土壤湿度采集模块

ArduinoMoistureSensor土壤湿度传感器

这个水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大，使用AD转换器读取它的值。

然后传送给单片机，单片机根据数值大小来判断是否该浇水

AD采用了TLC2543

TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。

由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。

2TLC2543的特点:

（1）12位分辩率A/D转换器；

（2）在工作温度范围内10μs转换时间；

（3）11个模拟输入通道；

（4）3路内置自测试方式；

（5）采样率为66kbps；

（6）线性误差±1LSBmax；

（7）有转换结束输出EOC；

（8）具有单、双极性输出；

（9）可编程的MSB或LSB前导；

（10）可编程输出数据长度。

土壤湿度传感器

五、光照强度采集模块

光照采集采用了光敏电阻，根据光敏电阻阻值说光照强度的不同而大小不一样这一特性采用电阻分压的方式采集光敏电阻两端电压值而经AD转换读取数据，根据AD值求出光照强度。

六、时间显示模块

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2.5～5.5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。

DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。

DS1302与单片机连线

七、显示模块

显示部分采用了一块12864中文字库液晶，12864液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：

8-位并行及串行两种连接方式。

具有多种功能：

光标显示、画面移位、睡眠模式等。

12864液晶与单片机接线

12864显示效果图

八、水量提示模块

水箱装有红外检测器，水位过低时，红外被促发，系统记录下标志，系统会立刻提示用户加水。

原理说明：

当没有物体反射红外线时，ce之间截止，无电流流过，输出电压为电源电压，高电平。

当有物体反射红外线时，be饱和导通ce也就导通了，输出端就相当于接地。

输出电压为低电平。

红外对管与单片机接线

九、存储模块

存储芯片采用AT24C02

AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。

AT24C02有一个16字节页写缓冲器。

该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

24C02连线

十、浇水模块

浇水部分采用了一个G1/42分口径电磁阀，单片机通过分析采集来的信息控制继电器的开断进而控制电磁阀的通断

浇水模块

十一、电源模块

本系统创新性的加入了电源模块，不用再为不好供电而发愁。

由于要12864液晶和功率较大的电磁阀本系统的稳压芯片才用了功率较大抗干扰强的的LM2596和LM7812。

　LM2596系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：

电流限制、热关断电路等。

利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。

提供有：

3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。

此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。

LM2596芯片

LM2596系列开关稳压集成电路的主要特性如下：

　　1、最大输出电流：

3A

　　2、最高输入电压：

37V

　　3、输出电压：

3.3V、5V、12V及（ADJ）等，最大输出电压37V

　　4、震荡频率：

150KHZ

　　5、转换效率：

75%~88%（不同电压输出时的转换效率不同）

　　6、工作温度范围围：

-40℃~+125℃

　　7、工作模式：

低功耗/正常两种模式。

可外部控制

　　8、工作模式控制：

TTL电点评相容

　　9、所需外部组件：

仅四个（不可调）；六个（可调）

　　10、器件保护：

热关断及电流限制

　　11、封装形式：

5脚（TO-220（T）；TO-263（S））

LM7812电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

5V用来给单片机及其他芯片供电，12V用来给电磁阀供电。

电源模块原理图

系统软件设计

程序头文件：

#include

#include"12864.h"

#include"ds1302.h"

#include"DHT11.h"

#include"AD.h"

#include"EEPROM.h"

系统实物

参考文献

1．《51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略》郭天祥电子工业出版社2009.1

2.《电子设计从零开始》王玉凤、刘湘黔清华大学出版社2010.10

3.《C程序设计教程学习辅导》谭浩强清华大学出版，2007.1

4.《模拟电子技术基础》童诗白高等教育出版社2006.5