自动浇花系统.docx
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自动浇花系统
编号（学号）：
本科学生毕业设计
题目：
自动浇花系统设计
学院名称：
_________________________
专业名称：
年级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
______职称/学历：
______
教务处制
自动浇花系统设计
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物理及电子信息学院电子信息工程专业2010级10班指导教师：
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摘要:
此次设计采用STC89C52RC单片机外接湿度传感器、显示模块、电机驱动模块、按键模块，组成自动浇花系统。
在控制器的控制下，探测器检测土壤温湿度，将检测值传送回来，经控制器判断该值是否在正常温湿度范围内，若低于温湿度的最小值，发出浇水指令，让水泵自动出水；若高于最大值，发出终止浇水指令，让水泵停止浇水。
关键词：
STC89C52RC；湿度传感器；自动浇花
DesignofAutomaticwateringsystem
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SchoolofPhysicsandElectronicInformation,ElectronicandInformationEngineering,Class10Grade2010.Inistructor:
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Abstract:
ThisdesignusesSTC89C52RCmicrocontrollerandexternalhumiditysensor,displaymodule,motordrivermodule,keymodule,automaticwateringsystem.Underthecontrolofthecontroller,thesoiltemperatureandhumiditydetectiondetector,thedetectedvaluesentback,thecontrollerjudgeswhetherthevalueundernormaltemperatureandhumidityrange,iflessthantheminimumtemperatureandhumidity,awateringinstruction,lettheautomaticwaterpump;ifhigherthanthemaximumvalue,issuedastopwateringinstruction,makethepumpstopwatering.
Keywords：
STC89C52RC；Humiditysensor；Automaticwatering
1绪论
1.1课题背景及研究意义
随着城镇化、城市化的大力发展，人们的生活质量不断的提高，越来越多的家庭开始在自己的庭院、阳台等种植花卉等小型植物，花卉种植的普及当然也带来了一些小小的难题，浇水“难”其中常见且重要的一个问题。
为了应对这个难题，自动浇水系统应运而生。
随着科技的不断发展，他们无一例外都是能够起到方便我们日常生活的作用。
自动浇花系统可以理解为各种设备的一种，它能够通过编程手段完成特定任务，实现浇花自动化，方便我们的日常生活。
同时自动浇花系统的制作成本十分低廉，电路结构简单，程序调试也很方便，具有很好的移植性和趣味性，因此受到了广大同学的喜爱。
同时全国大学生电子设计竞赛每年都设有自动浇花系统类的题目，也可看出国家对生活自动化的重视。
本题目设计的是具有自动自动浇花功能的系统，其设计和日常生活中花卉种植的需求想结合。
设计采用湿度传感器检测，单片机控制。
自动浇花系统系统的设计采用了C语言编程的模式，简单易懂，设计电路结构简单，调试方便，有很大的扩展空间。
1.2课题的设计目的
1.通过此次设计，加深对大学本科所学专业知识的理解，获得初步的应用经验，为走出校门从事专业相关工作打下基础。
2.通过对课题方案的筛选、分析，以及后期的制作、调试过程，加强对专业问题的解决能力。
3.通过了此次课题设计，培养了我们对课题研究的兴趣，加深了我们科研的学习精神。
1.3课题的主要工作
通过湿度传感器得出测量值，通过AD转换器转换成数字信号，经单片机处理，进而控制继电器开关，控制水泵的出水。
课题要求如下：
1.湿度传感器输出电压连续且范围变化合理
2.AD转换器线性度好，精度高
3.当湿度大于设定值时继电器打开，否则关闭
4.通过两个按键调节阀值大小
1.4本文研究内容
本设计要求采用单片机为控制核心,利用湿度传感器实现对土壤湿度的检测，并将检测值通过AD转换传给单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的数据判断实现对继电器的控制，并将检测湿度通过LED显示屏显示出来。
本设计就采用了STC89C52RC单片机为控制核心，TCL2543N为模数转换器，XD-3461AS为显示器，FC-28为湿度检测器，采用继电器SRD-12VDC-SL-C为电机驱动芯片，外接两个按键调节阀值大小。
2系统概述
2.1整体方案设计思想
根据题目所提要求，确定如下方案：
自己购买材料制作出，使用SRD-12VDC-SL-C模块，连接单片机使之对土壤的湿度进行控制，并以此为基础，在最小系统板上加装湿度传感器FC-28。
然后，湿度检测模块把测距数据返回给单片机，单片机发送相应的指令实现对水泵开关的控制，从而达到自动检测湿度以及自动浇水的功能。
2.2系统组成
主显示部分
传感器模块控
芯按键部分
电源部分片
电机驱动模块水泵
图2.1系统组成
2.2.1主控芯片的选择
现在市场上的控制芯片种类繁多，大多数都能够很好地满足题目中的要求，比如MCS-51系列单片机STC89C52RC，AVR单片机，还有ARM，凌阳等等[1]，当然他们都有各自的优缺点，而本次设计过程中，我们选择了STC89C52RC。
相对于其他种类的控制芯片，STC89C52的一系列更加适合我们这次的题目，比如：
STC89C52RC单片机完全能够很好的完成本设计的所有功能；STC89C52RC的外围电路十分简单，控制方便；在我们的课程中关于STC89C52RC的介绍很多；最重要的一点STC89C52RC价格相对其他控制芯片而言要便宜很多，能够很好控制设计成本。
综合以上几点我在最终设计的时候选择了MCS-51系列单片机STC89C52RC来完成本设计。
2.2.2传感器模块选择
随着科学技术的不断发展，传感器领域也相应得到了很大的发展。
它在各个领域都有着非常广泛的运用。
在本次设计的传感器的选择上，我们考虑了湿度传感器和温湿传感器这两种。
温湿传感器体积小，性能稳定，精度高，可以检测土壤的温度和湿度，但价格昂贵；湿度传感器，精度和长期稳定，对湿度敏感，可用于土壤湿度检测，且价格低。
经过和老师同学的探讨，考虑到对传感器的选择上关键在于是否适合单片机处理。
最后我们选择了相对实用的湿度传感器。
2.2.3电机驱动模块
继电器（英文名称：
relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器[2]。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用继电器，充当水泵开关，控制水泵出水。
正是因为其功能，符合我们此次的设计，我们选择其作为自动浇花系统的电机驱动模块。
2.2.4显示部分
数码管是一种半导体发光器件，又称LED数码管[3]，其基本单元是发光二极管。
其是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）。
按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。
3系统硬件设计
3.1STC89C52RC单片机
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52RC使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52RC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，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52RC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。
其主要工作特性是：
8K字节程序存储空间;
512字节数据存储空间;
内带2K字节EEPROM存储空间;
可直接使用串口下载;
8K字节程序存储空间;
256字节数据存储空间；
自带2KB的EEPROM存储空间;
3.1.1STC89C52RC单片机管脚图
图3.1STC89C52RC单片机管脚
部分引脚介绍[4]：
引脚9：
REST/Vpd,RESET是复位端，连续保持两个机器周期以上的高电平，单片机将完成复位。
Vpd是备用电源输入端，当电源电压下降到一定值时，备用电源通过Vpd端给内部RAM供电，直至单片机工作电压恢复正常。
引脚11：
TXD,串行口输出
引脚12：
—INT0,外部中断0输入
引脚13：
—INT1，外部中断1输入
引脚14：
T0，定时/计数器T1外部输入
引脚15：
T1,定时/计数器T1外部输入
引脚16：
—WR,外部RAM写信号
引脚17：
—RD,外部RAM读信号
引脚20：
Vss，接地端
引脚40：
Vcc，电源端。
正常工作和编程校验（8051/8751）均为+5V。
引脚31：
—EA/Vpp，片外程序存储器访问允许信号/编程电源。
—EA为低电平时，允许访问，片外程序存储器。
对ROMLess型单片机，使用时该引脚必须接地。
3.2AD转换模块
具有11个输入端的12位模数转换器TLC2543是美国德州仪器公司推出的一种性能价格比较优的12位A/D转换芯片，具有多种封装形式。
其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。
其特点[5]有：
（1）12位分辨率A/D转换器；
在工作温度范围内10us转换时间；
11个模拟输入通道；
3路内置自测方式；
采样率为66kbps；
线性误差+1LSB（max）；
有转换结束输出；
可编程的MSB和LSB；
可编程的输出数据长度；
及带有串行外设接口（SPI）的微处理器易于接口。
3.2.1TLC2543CN引脚图
图3.2TLC2543CN引脚
TLC2543CN引脚介绍：
引脚1：
AIN0，模拟量输入端。
引脚10：
GND,接地端。
引脚11：
AIN9，模拟量输入端。
引脚12：
AIN10，模拟量输入端。
引脚13：
REF—,负基准电压端。
基准电压的低端（通常为地）被加到REF-。
引脚14：
REF+,正基准电压端。
基准电压的正端（通常为Vcc）被加到REF+，最大的输入电压范围由加于本端及REF-端的电压差决定。
引脚15：
—CS,片选端。
在—CS端由高变低时，内部计数器复位。
由低变高时，在设定时间内禁止DATAINPUT和I/OCLOCK
引脚16：
DATAOUT，A/D转换结果的三态串行输出端。
—CS为高时处于高阻抗状态，—CS为低时处于激活状态和I/OCLOCK。
引脚17：
DATAINPUT，串行数据输入端。
由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道。
引脚18：
I/OCLOCK，输入/输出时钟端。
I/OCLOCK接收串行输入信号并完成以下四个功能：
（1）在I/OCLOCK的前8个上升沿，8位输入数据存入输入数据寄存器。
（2）在I/OCLOCK的第4个下降沿，被选通的模拟输入电压开始向电容器充电，直到I/OCLOCK的最后一个下降沿为止。
（3）将前一次转换数据的其余11位输出到DATAOUT端，在I/OCLOCK的下降沿时数据开始变化。
（4）I/OCLOCK的最后一个下降沿，将转换的控制信号传送到内部状态控制位。
引脚19：
E0C，转换结束端。
在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止。
引脚20：
Vcc,电源。
3.2.2AD转换器及单片机STC89C52RC单片机的接口电路
图3.3转换器及单片机接口电路
3.3显示模块
XD-3641AS是四位八段共阴极数码管，每个段均有0和1两种状态。
各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平
（1）时，该段发光，数码管的a、b、c、d、e、e、f、g、h、dp分别由各自的位选信号来控制，被选通的数码管显示数据，其余关闭[2]。
如：
使其显示“0”，则要求a、b、c、d、f各个引脚为高电平，g和dp为低电平，即：
dpgfedcba（00111111）。
3.3.1XD-3641AS引脚
图3.4XD-3641AS引脚
图3.5数码管实物显示
XD-3641AS引脚介绍：
引脚1：
控制F，该引脚和STC89C52RC引脚14相连，实现数码单边亮的控制。
引脚2：
控制D，该引脚和STC89C52RC引脚13相连，实现数码管单边亮的控制。
引脚3：
控制DP，该引脚和STC89C52RC引脚相连，实现小数点亮或不亮的控制。
引脚4：
控制C，该引脚和STC89C52RC引脚12相连，实现数码管单边亮的控制。
引脚5：
控制G，该引脚和STC89C52RC引脚16相连，实现数码管单边亮的控制。
引脚7：
控制B，该引脚和STC89C52RC引脚11相连，实现数码管单边亮的控制。
引脚10：
控制F，该引脚和STC89C52RC引脚15相连，实现数码管单边亮的控制。
引脚11：
控制A，该引脚和STC89C52RC引脚17相连，实现数码管单边亮的控制。
引脚6、8、9、12：
分别控制从右往左，第一个数字“8”，第二个数字“8”，第三个数字“8”，第四个数字“8”。
引脚12和STC89C52RC引脚36相连实现第四个“8”亮或不亮的控制。
引脚9和STC89C52RC引脚37相连实现第三个“8”量或不亮的控制。
引脚8和STC89C52RC引脚38相连实现第而个“8”量或不亮的控制。
引脚6和STC89C52RC引脚39相连实现第一个“8”量或不亮的控制。
3.4湿度检测模块设计
3.4.1FC-28湿度传感器工作原理
接通电源。
利用传感器探头的导电性，检测出电平信号。
当湿度低于设定值时，输出高电平，高于设定值时，输出低电平。
这样土壤的湿度以电信号的方式输送出来。
输出的电平信号传送到AD转换器，将其转换成模拟信号。
3.4.2FC-28湿度传感器及AD转换器的接口电路
3引脚接电源；2引脚接地；1引脚接AD转换器，将模拟信号输出到AD转换器[6]。
图3.6湿度传感器及AD转换器接口引脚
3.5硬件整体设计
硬件整体设计原理图[7]如图3.8所示。
图3.7自动浇花系统的设计整体原理
4系统软件设计
4.1系统软件设计思路
自动浇花系统软件设计包括四个部分的程序设计，分别是：
AD转换模块程序设计、湿度检测模块设计、阀值调节模块、数码管显示模块设计。
AD转换模块程序设计主要实现以下功能：
将湿度传感器产生的模拟信号转换成数字信号。
湿度检测模块设计主要实现以下功能：
通过程序设计，对所测湿度值进行处理，当低于所设定阀值继电器打开，实现浇水功能；当高于或等于所设阀值继电器关闭，关闭浇水功能。
阀值调节模块主要实现以下功能：
设定两个按键实现对阀值的调节功能，其中一个按键要求是上调键，另一个是下调节，同时设定调节幅度为5。
数码管显示模块主要实现以下功能：
需要数码管实现三个值的显示，分别是：
采集的电压值、采集的当前土壤湿度值、设定的适合植物生长的土壤湿度阀值。
数值顺序显示，通过间歇加以区分显示。
4.2系统软件设计整体框图[8]
初始化开始
阀值设定
读取信号值
数据处理
显示
模拟电压湿度阀值
湿度判断
大于等于小于
jidianqi=0jidianqi=1
图4.1软件设计原理
结论
本文介绍了基于STC89C52RC单片机的自动浇花系统的设计，对整个硬件电路设计进行分析。
文中介绍了自动浇花系统的功能和作用，介绍了自动浇花系统的设计思路和设计原理，从而对MCS-51系列单片机的有了一定的学习。
制作过程中成功运用了DXP软件和电子工艺技术，加深了对大学专业本科知识的应用能力。
利用ProtelDXP强大的功能，用其进行原理图设计，它可以对当前所画的原理图进行仿真,在整个设计周期都可以查看和分析电路的性能指标,及时发现设计中所存在的一些问题并加以改正。
设计者再进行电路的工作状况分析,从而提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低制做成本。
写完本篇论文，也仅仅是自动浇花系统做了一个初步研发，怎样将自动浇花系统做得更好更人性化，以及将此次设计应用发散到其它单片机设计，是此次设计完成后需要思考的问题。
参考文献
[1]余锡存，曹国华著.单片机原理及接口技术（第二版）[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2007.
[2]孙惠康，冯增水著.电子工艺实训教程（第三版）[M].北京：
机械工业出版社，2009.
[3]黄国权，翘建安，陈宁.基于MC51湿度检测系统的实现[D].广西工学院，2002，13（3）.
[4]田亚娟编.单片机原理及应用[M].大连：
大连理工大学出版社，2008,9.
[5]杨颂华，冯毛官著.数字电子技术基础（第二版）[M].西安：
西安电子科技大学出版社，2008.
[6]阎石著.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[7]刘刚，彭荣群著.ProtelDXP2004SP2原理图及PCB设计（第2版）[M].北京：
电子工业出版社，2010.
[8]杨路明著.C语言程序设计教程（第2版）[M]．北京：
北京邮电大学出版社，2005.
附录A
系统整体电路
附录B
全部程序清单
#include
#include
#include
#include
sbitjidianqi=P2^6;//定义继电器引脚为P2.6
sbitinc=P1^6;//定义"加"按键引脚为P1.6
sbitdec=P1^7;//定义"减"按键引脚为P1.6
sbitP20=P2^0;//定义小数点控制端口
sbitCS=P2^5;//定义数据端口
sbitoutput=P2^4;//定义AD输出端口
sbitinput=P2^3;//定义AD采集端口
sbitclock=P2^2;//定义时钟端口
sbiteoc=P2^1;//定义数据端口
unsignedlongdianya1=0;
unsignedlongdianya11;
unsignedlonga,b,c=600;//定义a，b，c初始值
unsignedcharcodeled_duan[]={0x5f,0x03,0x6d,0x67,0x33,0x76,0x7e,0x43,0x7f,0x77};//p36=a,p35=g,p34=f,p33=e,p32=d,p31=c,p30=b
unsignedcharcodeled_wei[]={0x07,0x0b,0x0d,0x0e};//s4=p00,s3=p01,s2=p02,s1=p03数码管位选，段选定义
unsignedintread2543（unsignedcharCON_WORD）;//函数声明
staticvoiddelay（unsignedinttime）//延时函数
{
while（time--）;
}
voidkey（unsignedlongb）//按键扫描函数
{dec=inc=1;//默认为都没按下
delay（50）;//延时
if（inc==0）//检测按键是否按下
{
delay（50）;//延时，防抖动
if（inc==0）//再次检测是否按下
{c=c+50;delay（50）;}//C的值加50，调整阀值
}
delay（100）;
if（dec==0）
{
delay（100）;
if（dec==0）//再次检测是否按下
{c=c-50;//调整阀值
delay（100）;
}
}
}
/******************************
函数名：
unsignedintread2543（unsignedcharCON_WORD）
功能：
读取TCL2543的AD值
参数：
无
********************************/
unsignedintread2543（unsignedcharCON_WORD）
{
unsignedintad=0;//定义局部变量
unsignedchari;
CON_WORD<<=4;
clock=0;
CS=0;eoc=1;
for（i=0;i<12;i++）
{
if（output==1）
ad=ad|0x01;
if（CON_WORD&0x80）
input=1;
else
input=0;
clock=1;
delay（10）;
clock=0;
CON_WORD<<=1;
ad<<=1;
}
CS=1;
ad>>=1;eoc=0;
return（ad）;
}
//延时函数
staticvoiddelay_ms（unsignedinttime_ms）
{
unsignedi
升级会员 