单片机的家庭自动浇花系统设计与实现
摘 要本文设计了一款以YL-69土壤湿度传感器、DS18B20温度传感器作为核心元件的自动浇花系统。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的自动浇花控制市场，能够大幅度降低目前自动浇花系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
引言 1
一、方案选择及元器件介绍 2
（一）自动浇花系统的硬件结构框图设计 2
（二）方案的选取与论证 2
二、硬件系统设计 8
（一）单片机最小系统设计 8
（二）土壤湿度传感器电路设计 9
（三）ADC0832模数转换器电路设计 10
（四）水泵开关电路设计 10
（五）显示器电路设计 11
（六）蜂鸣器报警电路设计 12
（七）DS18B20温度传感器电路设计 12
三、软件系统设计 13
（一）自动浇花系统的软件工作流程设计 13
（二）ADC0832模数转换器工作流程设计 14
（三）显示器工作流程设计 15
（四）水泵开关控制流程图设计 16
（五）DS18B20温度传感器工作流程设计 16
四、实物制作与调试 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录一原理图 22
附录二PCB 23
附录三元件列表 24
附录四实物图. 25
附录五程序 26
引言
通过互联网以及图书馆中查阅的资料显示，养花在人类历史上经历了一段很长时间的发展和演变，从最开始的人工浇花到如今的智能浇花，这期间蕴含了人类巨大的智慧。
十九世纪后半叶，电子技术以及单片机应用技术发展后，产生了一些简易自动浇花控制系统的雏形，在这时传感器技术已经进入了人类世界，所谓传
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
感器就是一种能够实现非电量转换为电量的电子模块，这种传感器中往往包含了一片特性能够随土壤湿度发生变化的半导体材料，这块材料在接触到花卉土壤中的水分后，电阻值大小迅速发生线性变化，通过后续的电路网络的作用，将这种变化转换成电压量的变化，从而就制成了土壤湿度传感器。在单片机技术成熟后，通过土壤湿度传感器与单片机的合理搭配，设计者就设计出了很多不同性能的自动浇花系统，由于土壤湿度传感器能够自动快速地实现对土地含水量的检测，通过微处理器的处理作用能够计算出农作物对水的需求量，从而快速制定出浇水计划，这一整套过程几乎可以不受人的干预，大大节省了人力物力，并且浇花效果远比传统浇花方法好，因此实现了快速地普及和发展，本文就选用了AT89C51单片机作为主控单片机，设计了一款能够实现自动浇花的单片机控制系统。
前不久英国肯特大学的一个实验研究小组在互联网上发布了他们的最新研究成果——能够实现土壤湿度检测的片上系统，也就是说他们能够将庞大的土壤湿度检测探头部分与控制器等重要部分集成到一块半导体芯片中，并且在使用时也无需担心探头的发热问题，设计者在芯片底部设计了一款大面积的低沉散热片，通过该散热片，探头所产生的热量能够被快速耗散，不会对检测结果进行影响；而国内对于湿度的检测则主要是将研究重心放在了检测精度上，足够高的精度能够满足航天领域等高科技场所的严格要求。
本次的毕业设计将在传统自动浇花系统的发展基础上，设计出一款能够实现自动浇花功能的智能自动浇花控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件。
一、方案选择及元器件介绍
自动浇花系统的硬件结构框图设计
自动浇花系统的硬件结构框图如图1所示，其中框图中最核心的部分为51单片机部分，其他模块都通过51单片机的驱动或者读取/写入进行工作，从而相互配合实现系统的总体功能，下面对各模块的主要功能做简要介绍。
1、快速测量土壤中的湿度，通过51单片机对SHT11温度度传感器的灵活驱动，实现对土壤中水分的准确检测，并通过液晶屏对该参数进行显示；
2、具有湿度阀值可设定功能，当土壤中实际湿度低于阀值时，立即启动浇水系统。用户可通过按键实现湿度阀值的设定，在运行过程中51单片机根据实际湿度与阀值的比较，对浇水系统进行启闭，从而实现浇水自动化。
3、具有报警功能，当土壤中实际湿度低于阀值时，系统发出报警信号。该部分主要通过有源蜂鸣器以及蜂鸣器驱动器实现，单片机输出相应的电平实现对蜂鸣器启闭的控制，从而实现报警信号的发出。
4、具有温度检测功能，通过DS18B20温度传感器实现对周围环境的温度实施快速检测。
图1系统框图设计
方案的选取与论证
1.主控芯片的选择
在目前单片机市场一片琳琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
方案二：使用ATMEL公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属AT89C51以及AT89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现在每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。因为这两款芯片内部都采用了MSC51内核，所以被称为51单片机，不同的是两者内部的ROM以及RAM大小，这两款单片机是FLASH型器件，即程序代码可重复烧写在单片机内，其中AT89C51的FLASH位4K，而AT89C52得FLASH位8K；而AT89C51的RAM大小位128字节，而AT89C52的RAM大小位256字节，另外AT89C52单片机内部有三个定时器，比AT89C51单片机多一个。可贵的是，如果采用51单片机作为本系统的主控器，我们也可以选到DIP40双排直插封装形式的芯片，非常利于电路的构建。在成本方面，目前51系列单片机的成本几乎是所有单片机中最低的，这一点对于本次毕业设计是非常重要的，因为毕业设计的目标是设计一款性价比较高的单片机系统。
目录
引言 1
一、方案选择及元器件介绍 2
（一）自动浇花系统的硬件结构框图设计 2
（二）方案的选取与论证 2
二、硬件系统设计 8
（一）单片机最小系统设计 8
（二）土壤湿度传感器电路设计 9
（三）ADC0832模数转换器电路设计 10
（四）水泵开关电路设计 10
（五）显示器电路设计 11
（六）蜂鸣器报警电路设计 12
（七）DS18B20温度传感器电路设计 12
三、软件系统设计 13
（一）自动浇花系统的软件工作流程设计 13
（二）ADC0832模数转换器工作流程设计 14
（三）显示器工作流程设计 15
（四）水泵开关控制流程图设计 16
（五）DS18B20温度传感器工作流程设计 16
四、实物制作与调试 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录一原理图 22
附录二PCB 23
附录三元件列表 24
附录四实物图. 25
附录五程序 26
引言
通过互联网以及图书馆中查阅的资料显示，养花在人类历史上经历了一段很长时间的发展和演变，从最开始的人工浇花到如今的智能浇花，这期间蕴含了人类巨大的智慧。
十九世纪后半叶，电子技术以及单片机应用技术发展后，产生了一些简易自动浇花控制系统的雏形，在这时传感器技术已经进入了人类世界，所谓传
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
感器就是一种能够实现非电量转换为电量的电子模块，这种传感器中往往包含了一片特性能够随土壤湿度发生变化的半导体材料，这块材料在接触到花卉土壤中的水分后，电阻值大小迅速发生线性变化，通过后续的电路网络的作用，将这种变化转换成电压量的变化，从而就制成了土壤湿度传感器。在单片机技术成熟后，通过土壤湿度传感器与单片机的合理搭配，设计者就设计出了很多不同性能的自动浇花系统，由于土壤湿度传感器能够自动快速地实现对土地含水量的检测，通过微处理器的处理作用能够计算出农作物对水的需求量，从而快速制定出浇水计划，这一整套过程几乎可以不受人的干预，大大节省了人力物力，并且浇花效果远比传统浇花方法好，因此实现了快速地普及和发展，本文就选用了AT89C51单片机作为主控单片机，设计了一款能够实现自动浇花的单片机控制系统。
前不久英国肯特大学的一个实验研究小组在互联网上发布了他们的最新研究成果——能够实现土壤湿度检测的片上系统，也就是说他们能够将庞大的土壤湿度检测探头部分与控制器等重要部分集成到一块半导体芯片中，并且在使用时也无需担心探头的发热问题，设计者在芯片底部设计了一款大面积的低沉散热片，通过该散热片，探头所产生的热量能够被快速耗散，不会对检测结果进行影响；而国内对于湿度的检测则主要是将研究重心放在了检测精度上，足够高的精度能够满足航天领域等高科技场所的严格要求。
本次的毕业设计将在传统自动浇花系统的发展基础上，设计出一款能够实现自动浇花功能的智能自动浇花控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件。
一、方案选择及元器件介绍
自动浇花系统的硬件结构框图设计
自动浇花系统的硬件结构框图如图1所示，其中框图中最核心的部分为51单片机部分，其他模块都通过51单片机的驱动或者读取/写入进行工作，从而相互配合实现系统的总体功能，下面对各模块的主要功能做简要介绍。
1、快速测量土壤中的湿度，通过51单片机对SHT11温度度传感器的灵活驱动，实现对土壤中水分的准确检测，并通过液晶屏对该参数进行显示；
2、具有湿度阀值可设定功能，当土壤中实际湿度低于阀值时，立即启动浇水系统。用户可通过按键实现湿度阀值的设定，在运行过程中51单片机根据实际湿度与阀值的比较，对浇水系统进行启闭，从而实现浇水自动化。
3、具有报警功能，当土壤中实际湿度低于阀值时，系统发出报警信号。该部分主要通过有源蜂鸣器以及蜂鸣器驱动器实现，单片机输出相应的电平实现对蜂鸣器启闭的控制，从而实现报警信号的发出。
4、具有温度检测功能，通过DS18B20温度传感器实现对周围环境的温度实施快速检测。
图1系统框图设计
方案的选取与论证
1.主控芯片的选择
在目前单片机市场一片琳琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
方案二：使用ATMEL公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属AT89C51以及AT89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现在每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。因为这两款芯片内部都采用了MSC51内核，所以被称为51单片机，不同的是两者内部的ROM以及RAM大小，这两款单片机是FLASH型器件，即程序代码可重复烧写在单片机内，其中AT89C51的FLASH位4K，而AT89C52得FLASH位8K；而AT89C51的RAM大小位128字节，而AT89C52的RAM大小位256字节，另外AT89C52单片机内部有三个定时器，比AT89C51单片机多一个。可贵的是，如果采用51单片机作为本系统的主控器，我们也可以选到DIP40双排直插封装形式的芯片，非常利于电路的构建。在成本方面，目前51系列单片机的成本几乎是所有单片机中最低的，这一点对于本次毕业设计是非常重要的，因为毕业设计的目标是设计一款性价比较高的单片机系统。
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