盆花自动浇水系统设计.docx

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盆花自动浇水系统设计

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：

盆花自动浇水系统设计

系部：

电子工程系专业：

电子信息工程学号：

*********

学生：

梁栋指导教师（含职称）：

杨辉（讲师）专业负责人：

郭彩萍

1．设计（论文）的主要任务及目标

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。

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。

课题目标：

（1）了解单片机及其工作原理。

（2）掌握一种单片机和一种语言。

（3）熟练掌握电路的设计技巧。

（4）将单片机应用于生活中。

2．设计（论文）的基本要求和内容

（1）实现土壤温湿度的检测与控制

（2）实现蓄水箱自动上水及水位报警

（3）硬件电路设计

（4）系统软件设计

3．主要参考文献

[1]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京:

北京航空航天大学出版社，2009.8.

[2]曾光宇等.现代传感器技术与应用基础[M].北京:

北京理工大学出版社,2006.3.

[3]李敏,孟臣.数字式温/湿度传感器及其应用技术[J].电子元器件应用,2004,（11）.

[4]杨永杰,冯军.数字式温湿度传感器SHT11在尘埃检测仪中的应用[J].电子工程师,2005,（08）.

[5]孙荣高,孙德超.数字温湿度数据记录仪的设计[J].现代电技术,2005,（7）.

[6]黄鸿,吴石增.传感器及其应用技术[M].北京:

北京理工大学出版社,2008.7.

[7]刘灿军.实用传感器[M].北京:

国防工业出版社,2004.6.

[8]王煜东.传感器应用电路400例[M].北京:

中国电力出版社,2008.

[9]孙惠芹.单片机项目设计教程[M].北京:

电子工业出版社,2009.6.

[10]贾宗璞,许合利.C语言程序设计[M].徐州:

中国矿业大学出版社,20007.1.

[11]唐文彦.传感器[M].北京:

机械工业出版社,2006.7.

[12]宗光华,李大寨.多单片机系统应用技术[M].北京:

国防工业出版社,2003.10.

[13]王芳琴.单片机控制的节水灌溉系统的研究[J].华中农业大学.

[14]赵振德.单片机原理及实验/实训[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2009.

[15]顶轲轲.自动测量技术[M].北京:

中国电力出版社,2004.

[16]艾永乐,付子仪.数字电子技术基础[M].北京:

中国电力出版社,2008.

[17]孙荣高,吕昂.微控制器温室环境温湿度程序控制系统的研究与设计[J].微计算机信息,2005,（10）.

[18]MicrochipTechnologyInc..32KbitSPI?

BusSerialEEPROM[P].Product

Datasheet.2004.

[19]NordicVLSIASA.nRF401andnRF24E2RFlayouts[P].ApplicationNote,ordercode:

200503-nAN24-0.2003.

[20]NordicVLSIASA.Wirelesshands-freeusingnRF401[P].WhitePaper,

Revision:

1.0.2003.

[21]DallasSemiconductorCorporation.DS18B20ProgrammableResolution1-WireDigitalThermometer[P].ProductDatasheet.2002.

[22]DallasSemiconductorCorporation.1-Wire搜索算法[P].ApplicationNote,ordercode:

187.2002.

4．进度安排

设计（论文）各阶段名称

起止日期

确定总体设计方法，进行方案的可行性论证，并完成开题报告

告

告。

2月24日—3月03日（第一周）

选用一种单片机，了解其内部工作原理

3月4日—3月10日（第二周）

选用一种温湿度传感器，了解其特性和内部工作原理

3月11日—3月24日（第三、四周）

学会一种液晶显示器的使用

3月25日—4月7日（第五、六周）

完成硬件电路图，验证电路的可行性

4月8日—4月21日（第七、八周）

系统软件设计

4月22日—5月19日（第九、十、十一周）

完善设计，并撰写论文。

5月20日—6月9日（第十二、十三周）

完善论文，并完成打印装订工作，准备答辩材料（包括演示文稿）。

（第十四周）

答辩并总结设计工作。

（第十五周）

盆花自动浇水系统的设计

摘要

本次设计的盆花自动浇水系统以电子类的自动浇花器的工作原理为参考，运用现代传感器技术及单片机控制技术构成一个土壤湿度采集与控制系统，再用数字电路控制自动浇水系统给土壤供水。

整个盆花自动浇水系统包括土壤湿度的检测及显示和自动浇水两个部分。

土壤温湿度的检测及显示以温湿度传感器SHT-11为感应部件，将检测到的土壤湿度值送入AT89C51单片机，再由单片机的I/O口输出到LCD1602液晶显示屏进行显示。

同时此湿度值也是是否给盆花浇水的参考值。

自动浇水部分与土壤湿度的检测和显示部分共同构成土壤温湿度的检测与控制系统。

自动浇水部分是通过单片机程序设定浇水的界值并与SHT-11送入单片机的土壤湿度值相比较，若低于设置值，则单片机发出一个控制信号控制电磁阀打开，开始浇水,并点亮红色信号灯,表示当前系统正在进行浇水；若高于设置值时，单片机发出一个控制信号控制电磁阀关闭，停止浇水，并点亮绿色信号灯，表示当前湿度值正常，不需要浇水。

关键词：

AT89C51单片机，SHT-11温湿度传感器，LCD1602，C51程序，数字电路

Designofpottedflowersautomaticwateringsystem

Abstract

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

Keywords:

AT89C51microcontrollerSHT-11temperatureandhumiditysensorLCD1602C51programDigitalcircuit

1绪论

1.1研究的目的和意义

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。

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。

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：

（1）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。

（2）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。

2单片机AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，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。

2.2AT89C51主要特性

AT89C51主要特性有：

（1）与MCS-51兼容

（2）4K字节可编程闪烁存储器

（3）寿命：

1000写/擦循环

（4）数据保留时间：

10年

（5）全静态工作：

0Hz-24Hz

（6）三级程序存储器锁定

（7）128*8位内部RAM

（8）32可编程I/O线

（9）两个16位定时器/计数器

（10）5个中断源

（11）可编程串行通道

（12）低功耗的闲置和掉电模式

（13）片内振荡器和时钟电路

图2.1AT89C51的基本组成

2.3管脚说明

AT89C51的引脚图如图2.2所示。

各引脚的具体说明如下：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P0口

的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4

个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

图2.2AT89C51引脚图

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入口。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2.1所示。

同时，P3口为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

表2.1P3口的特殊功能

引脚

名称

功能说明

引脚

名称

功能说明

P3.0

RXD

串行输入口

P3.4

记时器0外部输入

P3.1

TXD

串行输出口

P3.5

记时器1外部输入

P3.2

/INT0

外部中断0

P3.6

/WR

外部数据存储器写选通

P3.3

/INT1

外部中断1

P3.7

/RD

外部数据存储器读选通

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当

端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

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64KB的数据存储器，因此AT89C51的存储器结构可分为4部分：

片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。

如果以最小系统使用单片机，即不扩展，则AT89C51的存储器结构就较简单：

只有单片机自身提供的8KBFlash程序存储器和256字节数据存储器RAM。

图2.3给出了AT89C51单片机的存储器分布空间。

左侧线框中为单片机自身提供的8KBFlash程序存储器和256字节数据存储器RAM。

右侧为可扩展的64KB的程序存储器ROM和64KB的数据存储器RAM。

图2.3存储器空间分布图

2.4.1程序存储器

AT89C51单片机出厂时片内已带有8KB的Flash程序存储器，使用时，引脚

要按高电平（5V），这时，复位后CPU从片内ROM区的0000H单元开始读取指令代码，一直运行到1FFFH单元，如果外部扩展有程序存储器ROM，则CPU会自动转移到片外ROM空间2000H～FFFFH读取指令代码。

2.4.2数据存储器

AT89C51单片机出厂时片内已带有256字节的数据存储器RAM，如果不够用，可以在片外扩展，最多可扩展64KBRAM。

图2.4片内数据存储器的结构

单片机自带的数据存储器RAM结构如图2.4所示，此256字节单元（00H～FFH）的低128字节（00H～7FH）单元为用户使用区，高128字节（80H～FFH）单元为特殊功能寄存器SFR区。

片内数据存储器的00H～7FH单元又划分为3块：

00H～1FH块是工作寄存器所用；20H～2FH块是位寻址功能的单元区；30H～3FH是普通RAM区。

工作寄存器又分为4组，在当前的运行程序中只有一组是被激活的，谁被激活有程序状态寄存器PSW的RS1，RS0两位决定。

2.5振荡电路和时钟

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