智慧花园浇水系统设计与实现
摘 要当今喜爱和种植花卉的人越来越多，却仍然使用传统人工方式对花卉浇灌、施肥，不能根据及时根据植物生长需求实时调节植物的生长环境参数，不利于植物生长以及资源的合理利用，为了解决上述问题，设计了一款智能浇水系统，以单片机为核心控制芯片，主要由LCD1602液晶屏、ADC0832采样模块、有源蜂鸣器、HC-05主从一体蓝牙模块和土壤湿度检测器构成，具有对花盆中土壤湿度进行实时快速检测并能根据当前的土壤湿度情况自动执行浇水功能，能够将检测到的土壤湿度值发送到用户手机进行显示，通过软硬件的设计，保证整个硬件系统高效率工作，软件用C语言编写，采用模块化编程方法，包含智能浇水系统的主程序，土壤湿度传感器子程序、LCD液晶屏显示子程序、有源蜂鸣器子程序以及蓝牙驱动程序。通过实物制作和调试，依照每一条预期设计指标进行验证，测试结果表明系统能够长时间稳定运行，具有较高的性价比。
目录
一、引言 1
（一）智能浇水系统的发展背景 1
（二）智能浇水系统的国内外发展现状 1
（三）主要研究内容 2
二、智能浇水系统的方案设计 2
三、系统硬件设计 3
（一）最小系统电路设计 3
（二）土壤湿度检测电路设计 4
（三）模数转换电路设计 5
（四）报警电路设计 7
（五）蓝牙无线通信电路设计 7
（六）液晶屏显示电路设计 8
四、系统软件设计 9
（一）智能浇水系统的主程序流程设计 9
（二）土壤湿度传感器子程序设计 11
（三）LCD1602液晶屏显示子程序设计 11
（四）有源蜂鸣器子程序流程设计 11
（五）蓝牙驱动子程序流程设计 12
五、智能浇水系统调试 13
总结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 实物图 22
附录五 程序 23
引言
智能浇水系统的发展背景
近年来，人们 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的生活水平的提高，大多数人选择种植花草来陶冶情操，修身养性，同时把种植花草当作一项业余爱好，但是正由于快节奏的生活，不能按时给花草浇水成为了花草死亡的主要原因。为了解决浇水问题，人们会采用各种方法来提醒自己浇水，但并未有良好的效果，于是市场上出现了智能浇水系统，方便了人们的生活并且保证了花草的正常生长。而当今市面上的智能浇水系统不仅功能较为繁多，而且价格相对而言比较昂贵，对于一般的家庭而言，功能较多不易操作，因此并不实用。
正是考虑到市面上智能浇水系统的价格昂贵，功能繁多不易操作等缺点设计了此智慧花园浇水系统，它是一种能够实现自动浇水的智能系统，能够实现土壤湿度检测，并且将参数显示到显示屏上，当土壤较为干旱时，蜂鸣器进行报警并且将阀门打开进行浇水，土壤湿度达到设定值时，蜂鸣器以及阀门自动关闭。操作方便简单，功能也不像市场上那些系统一样繁复不实用，基本不需要人工来干预，这样既方便了人们生活，又保证了花草的正常生长。
智能浇水系统的国内外发展现状
从市场上大多数的智能浇水系统产品来看，大多数高性能产品的核心技术都来自于国外进口，少部分的国内产品也能够实现较为高端的性能，与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的智能浇水系统。当前市面上的智能浇水系统相关产品的研发成本和市场售价正在呈现出逐渐下降的趋势，而整体的性能正在不断上升，这对于使用者或者购买者来说是受益的。国内的相关研发团队表示，他们正在对智能浇水系统的核心研发技术进行攻坚克难，在掌握越来越多的核心技术后，使得他们的研发成本不再受限于国外的专利权所限制，这就使得国内产品的竞争力越来越强。
主要研究内容
此处研究的是一款能够实现对系统参数的显示、干旱报警、蓝牙无线收发数据和土壤湿度检测等功能的智慧花园浇水系统，这款系统是基于STC89C51单片机开发平台而设计实现的，将从这款系统的发展背景和现状作为起始点，总结出这种产品在过去一段时间所表现出的大体优缺点后，提出了设计目标和所要实现的功能，整个课题分为硬件系统和软件系统两大部分的设计，实现了以下设计目标。
1．能够实现与STC89C51单片机的快速数据通信，将待显示字符清晰的显示出来；
2．能够使用较为简单的驱动电路实现模数转换功能，将外部待测模拟电压的值进行模数转换后进行换算；
3．能够设计一个报警电路，并且能够通过STC89C51单片机管脚的驱动控制报警电路的工作状态；
4．能够通过STC89C51单片机对HC05型号的蓝牙集成模块进行驱动，通过串口接口的对接，实现智能浇水系统中一些重要数据的无线发射；
5．能够通过传感器的配置，实现将周围土壤湿度的情况通过电信号进行输出，使得STC89C51单片机进行识别；
智能浇水系统的方案设计
上述已经对智慧花园浇水系统的各项预期功能指标进行了确立，为了能够更加直观的看到各项功能是如何实现的，这里对整个系统的实现方案进行设计，通过Visio软件绘制了图1中的系统结构框图，这个结构框图大体上能够反映出这款智能浇水系统内部的硬件结构模块之间的连接关系，所有模块在信号流通关系上以单片机最小系统作为核心部分，通过最小系统电路的控制从而实现对周围的参数显示电路、ADC0832模数转换电路、蜂鸣器报警电路、蓝牙无线通信电路和土壤湿度检测电路的控制，通过这种方式实现各项预期功能指标。
按键模块主要由机械按键构成，用于实现对湿度测量系统的各项参数进行设置；报警模块用于实现对土壤湿度参数出现异常情况时进行报警，主要由蜂鸣器构成；显示模块则用于实现对湿度控制系统的湿度数据进行实时显示，主要由LCD1602液晶屏组成；水泵开关由继电器以及MOSFET组成，启闭水泵，实现对花卉的浇水；土壤湿度检测模块主要由YL69型传感器组成，用于实现对土壤湿度参数的及时的快速检测；蓝牙模块采用HC05蓝牙模块，用于实现将检测到的土壤湿度数据送入到用户手机的蓝牙APP上进行显示；模数转换器模块主要由ADC0832芯片构成，实现对YL69土壤湿度传感器输出的直流模拟电压进行采集，并将其转换为数字信号，输入到单片机内部进行处理。
目录
一、引言 1
（一）智能浇水系统的发展背景 1
（二）智能浇水系统的国内外发展现状 1
（三）主要研究内容 2
二、智能浇水系统的方案设计 2
三、系统硬件设计 3
（一）最小系统电路设计 3
（二）土壤湿度检测电路设计 4
（三）模数转换电路设计 5
（四）报警电路设计 7
（五）蓝牙无线通信电路设计 7
（六）液晶屏显示电路设计 8
四、系统软件设计 9
（一）智能浇水系统的主程序流程设计 9
（二）土壤湿度传感器子程序设计 11
（三）LCD1602液晶屏显示子程序设计 11
（四）有源蜂鸣器子程序流程设计 11
（五）蓝牙驱动子程序流程设计 12
五、智能浇水系统调试 13
总结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 实物图 22
附录五 程序 23
引言
智能浇水系统的发展背景
近年来，人们 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的生活水平的提高，大多数人选择种植花草来陶冶情操，修身养性，同时把种植花草当作一项业余爱好，但是正由于快节奏的生活，不能按时给花草浇水成为了花草死亡的主要原因。为了解决浇水问题，人们会采用各种方法来提醒自己浇水，但并未有良好的效果，于是市场上出现了智能浇水系统，方便了人们的生活并且保证了花草的正常生长。而当今市面上的智能浇水系统不仅功能较为繁多，而且价格相对而言比较昂贵，对于一般的家庭而言，功能较多不易操作，因此并不实用。
正是考虑到市面上智能浇水系统的价格昂贵，功能繁多不易操作等缺点设计了此智慧花园浇水系统，它是一种能够实现自动浇水的智能系统，能够实现土壤湿度检测，并且将参数显示到显示屏上，当土壤较为干旱时，蜂鸣器进行报警并且将阀门打开进行浇水，土壤湿度达到设定值时，蜂鸣器以及阀门自动关闭。操作方便简单，功能也不像市场上那些系统一样繁复不实用，基本不需要人工来干预，这样既方便了人们生活，又保证了花草的正常生长。
智能浇水系统的国内外发展现状
从市场上大多数的智能浇水系统产品来看，大多数高性能产品的核心技术都来自于国外进口，少部分的国内产品也能够实现较为高端的性能，与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的智能浇水系统。当前市面上的智能浇水系统相关产品的研发成本和市场售价正在呈现出逐渐下降的趋势，而整体的性能正在不断上升，这对于使用者或者购买者来说是受益的。国内的相关研发团队表示，他们正在对智能浇水系统的核心研发技术进行攻坚克难，在掌握越来越多的核心技术后，使得他们的研发成本不再受限于国外的专利权所限制，这就使得国内产品的竞争力越来越强。
主要研究内容
此处研究的是一款能够实现对系统参数的显示、干旱报警、蓝牙无线收发数据和土壤湿度检测等功能的智慧花园浇水系统，这款系统是基于STC89C51单片机开发平台而设计实现的，将从这款系统的发展背景和现状作为起始点，总结出这种产品在过去一段时间所表现出的大体优缺点后，提出了设计目标和所要实现的功能，整个课题分为硬件系统和软件系统两大部分的设计，实现了以下设计目标。
1．能够实现与STC89C51单片机的快速数据通信，将待显示字符清晰的显示出来；
2．能够使用较为简单的驱动电路实现模数转换功能，将外部待测模拟电压的值进行模数转换后进行换算；
3．能够设计一个报警电路，并且能够通过STC89C51单片机管脚的驱动控制报警电路的工作状态；
4．能够通过STC89C51单片机对HC05型号的蓝牙集成模块进行驱动，通过串口接口的对接，实现智能浇水系统中一些重要数据的无线发射；
5．能够通过传感器的配置，实现将周围土壤湿度的情况通过电信号进行输出，使得STC89C51单片机进行识别；
智能浇水系统的方案设计
上述已经对智慧花园浇水系统的各项预期功能指标进行了确立，为了能够更加直观的看到各项功能是如何实现的，这里对整个系统的实现方案进行设计，通过Visio软件绘制了图1中的系统结构框图，这个结构框图大体上能够反映出这款智能浇水系统内部的硬件结构模块之间的连接关系，所有模块在信号流通关系上以单片机最小系统作为核心部分，通过最小系统电路的控制从而实现对周围的参数显示电路、ADC0832模数转换电路、蜂鸣器报警电路、蓝牙无线通信电路和土壤湿度检测电路的控制，通过这种方式实现各项预期功能指标。
按键模块主要由机械按键构成，用于实现对湿度测量系统的各项参数进行设置；报警模块用于实现对土壤湿度参数出现异常情况时进行报警，主要由蜂鸣器构成；显示模块则用于实现对湿度控制系统的湿度数据进行实时显示，主要由LCD1602液晶屏组成；水泵开关由继电器以及MOSFET组成，启闭水泵，实现对花卉的浇水；土壤湿度检测模块主要由YL69型传感器组成，用于实现对土壤湿度参数的及时的快速检测；蓝牙模块采用HC05蓝牙模块，用于实现将检测到的土壤湿度数据送入到用户手机的蓝牙APP上进行显示；模数转换器模块主要由ADC0832芯片构成，实现对YL69土壤湿度传感器输出的直流模拟电压进行采集，并将其转换为数字信号，输入到单片机内部进行处理。
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