自动灌溉系统的设计与制作
摘 要本次毕业设计最后实现了一种自动灌溉系统，使用了享誉盛名的STC89C51来作为控制器，通过STC89C51最小系统电路、参数显示电路、模数转换电路、报警信号生成电路、土壤湿度检测电路和等电路的设计，完美的完成了对土壤湿度的高清晰显示、土壤湿度高精度采集并转换成数字信号、干燥报警、自动浇水等效果，通过多方面的测试，该系统无论是在硬件电路上还是软件程序上都可以流畅运行，特别是程序，通过专业软件的测试知道其底层的运行效率极高。在进行硬件电路构建时，思考到为了可以把系统的价格、功率消耗和系统外形体积开销降到最小，因此把一切无用和可有可无的功能模块和元器件进行剔除，在软件上将使用不到的变量和函数进行屏蔽，使软件代码量可以完成大幅度压缩，极大程度的提升程序运行的流畅性。验证环节中对自动灌溉系统的设计成果进行了逐个测试，通过测试结果信号的清晰显示，反映出了本系统具备极高的实用价值和推广潜力。
目录
一、 引言 1
（一） 自动灌溉系统的发展背景 1
（二） 自动灌溉系统的发展现状 2
（三） 主要内容 2
二、 自动灌溉系统的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 自动灌溉系统的主控电路设计 4
1. 单片机简介 4
2. 最小系统电路设计 4
（二） 土壤湿度检测子电路设计 5
1. 土壤湿度传感器简介 5
2. 土壤湿度传感器驱动电路设计 5
（三） 模数转换子电路设计 6
（四） 水泵开关驱动子电路设计 7
（五） 自动灌溉系统显示子电路设计 8
（六） 报警子电路设计 9
四、 系统软件设计 10
（一） 自动灌溉系统的主程序流程设计 10
（二） 土壤湿度传感器子程序设计 11
（三） 模数转换子程序设计 12
（四） 水泵开关驱动子程序设计 13
（五） 报警子程序设计 14
五、 实物制作与调试 15
总结与展望 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
附录二 PCB图 22
附录三 程序代码 23
引言
自动灌溉系统的发展背景
本课题所说的智能自动灌溉系统事实上说的是在系统内部内部设计了一定程度的智能处理程序代码的控制系统，与传统的系统作比较它已经不再是一种普通的控制系统了，由于里面通过微处理器芯片并且结合具备高效智能的代码程序作为组合，所以该器件的智能程度非常高，在硬件上通过对智能传感器和其它驱动器的构建，它将可以实现很多传统自动灌溉系统所不具备的智能功能。智能自动灌溉系统的实现不但依靠研发人员的卓越智慧，更与电子器件的研发生产技术的持续成熟有密切关系，在大规模集成电路技术出现之前，要想完成一个简单的功效常常须要多个繁杂的电路进行相互之间连接才能够实现，而自从有了集成芯片，单片芯片就可以实现多种繁杂的功效，所以在这之前只能停留在想象阶段的设计方案都获得了完美的完成。如图11所示。
图11 智能灌溉系统
智能自动灌溉系统可以完成对外部信号的高速采集另外交由里面高性能内核进行快速运算并得到结果，通过软硬件电路的灵活配合完成快速的识别、运算、校验和判断等功效，这类功能的完成颠覆了人们内心中还保存着的对传统自动灌溉系统的深刻记忆，与此同时这类智能功能的实现也意味着电子技术早已进入了一个崭新的时代，在此基础上本文把提出对一种智能自动灌溉控制系统的构建，通过对该系统的预期目标、国内外发展现状和软硬件系统的构建，来验证设计方案的可行性。二十世纪中期是电子技术的一个重大转变时期，那时半导体技术初露头角，早期的半导体生产技术已使半导体材料表现出了优良的属性特征，这一现象被非常多科学家意识到在未来不久电子系统将进入半导体时代，果不其然在不到十年间的时间内，愈发多的半导体器件被配置出来并迅速投入到了使用，二极管、三极管是最为常见的半导体材料，有了这些半导体材料角色的加入，电路中的电压电流放大早已可以表现的随心所欲，许许多多的智能技术都是以该效果当作铺垫的。由于单片机芯片的发明所需要半导体技术、集成电路技术、总线技术以及控制器技术等多门技术学科当作铺垫，所以单片机芯片的完成是多门学科的一个综合产物，通过控制器芯片结合程序语言而实现自动灌溉系统就这样具备了非常高程度的智能特性，它在很大程度上将技术人员的设计思想进行全面表现。随着经济水平和科学技术的不断前进人们对于高性价比的自动灌溉系统的追求脚步始终没有停止，在半导体技术和控制器研发技术还没有出现而且成熟此前，智能自动灌溉系统是不可能完成的，人们许许多多的想法都只能停留在想象阶段，直到单片机技术完善之后，智能自动灌溉系统才开始持续涌入人们的生产生活中。本论文将以此为背景构建一款以STC89C51作为控制器的智能自动灌溉系统，在功能和综合参数上对目前市面上的产品现状进行优化和提升。
自动灌溉系统的发展现状
通过对网络和图书馆中自动灌溉控制系统的设计开发文献等一些相关材料进行翻阅和归纳总结之后，可以看出目前市面上的绝大多数自动灌溉系统产品在一种略过时的现状，这些自动灌溉控制系统都是以一些成本低廉并且性能非常简单的16位数字处理器作为主控。对于现如今市面上现存的自动灌溉系统来说，它们所呈现出的共同不足和待优化项是高功耗、外观设计感不佳另外技术支持力度低等，其中高功耗较为显著，这是由于初期的处理器还不具备低功耗性能，CMOS技术还没有在自动灌溉控制系统中得到普及，这是其电压电流消耗大的一个主要原因。国际上正在以一种炙手可热的研究状态对自动灌溉系统进行设计，由于较早期的自动灌溉控制系统已不能满足现如今人们对它的多功能和高性能的指标要求，从而对于新型系统的期望正在不断上升，这也是国际上的专家学者现如今主要的研究目标。
主要内容
本论文结合了自身在大学期间所学到的单片机知识、模拟电路、数字电路和传感模块等知识，通过软硬件系统的配置和持续修改优化，完成了一款自动灌溉控制系统，这个系统能够完成高清显示参数、模数转换、发出报警信号、土壤湿度采集和继电器驱动。
自动灌溉系统的方案设计
要想实现对自动灌溉系统设计方案的清晰阐述，通过Visio绘制了下面的图片21中的自动灌溉控制系统结构框图，该框图中有了单片机最小系统、LCD1602液晶显示电路、、报警电路、土壤湿度采集电路和等部分，是对整体原理图的一个性能划分和粗略概括，尽管如此，能够清晰的表达自动灌溉系统里面是如何工作的。这其中单片机最小系统完成了对LCD1602、ADC0832、有源蜂鸣器、土壤湿度传感器和继电器的驱动。
框图中最为关键同时也是影响系统工作精度的部分是土壤湿度传感器，本系统采用的这款集成式一体化传感器能够对土壤中的湿度进行连续快速检测，并且通过输出模拟电压值的高低来反映土壤的湿度大小，它所输出的电压值交由后续的A/D模块进行检测转换；A/D模块采用了ADC0832模数转换器芯片，它的功能主要是对土壤湿度传感器输出的模拟电压值进行检测并转换为8位宽度的二进制数字信号进行输出并送入单片机进行使用；报警器主要以MOSFET放大器和有源蜂鸣器作为核心元件，单片机能够通过输出高低电平来实现对报警器的发声驱动；按键电路与单片机之间通过静态扫描方式进行连接驱动，用于用户设置土壤湿度的阀值。
目录
一、 引言 1
（一） 自动灌溉系统的发展背景 1
（二） 自动灌溉系统的发展现状 2
（三） 主要内容 2
二、 自动灌溉系统的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 自动灌溉系统的主控电路设计 4
1. 单片机简介 4
2. 最小系统电路设计 4
（二） 土壤湿度检测子电路设计 5
1. 土壤湿度传感器简介 5
2. 土壤湿度传感器驱动电路设计 5
（三） 模数转换子电路设计 6
（四） 水泵开关驱动子电路设计 7
（五） 自动灌溉系统显示子电路设计 8
（六） 报警子电路设计 9
四、 系统软件设计 10
（一） 自动灌溉系统的主程序流程设计 10
（二） 土壤湿度传感器子程序设计 11
（三） 模数转换子程序设计 12
（四） 水泵开关驱动子程序设计 13
（五） 报警子程序设计 14
五、 实物制作与调试 15
总结与展望 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
附录二 PCB图 22
附录三 程序代码 23
引言
自动灌溉系统的发展背景
本课题所说的智能自动灌溉系统事实上说的是在系统内部内部设计了一定程度的智能处理程序代码的控制系统，与传统的系统作比较它已经不再是一种普通的控制系统了，由于里面通过微处理器芯片并且结合具备高效智能的代码程序作为组合，所以该器件的智能程度非常高，在硬件上通过对智能传感器和其它驱动器的构建，它将可以实现很多传统自动灌溉系统所不具备的智能功能。智能自动灌溉系统的实现不但依靠研发人员的卓越智慧，更与电子器件的研发生产技术的持续成熟有密切关系，在大规模集成电路技术出现之前，要想完成一个简单的功效常常须要多个繁杂的电路进行相互之间连接才能够实现，而自从有了集成芯片，单片芯片就可以实现多种繁杂的功效，所以在这之前只能停留在想象阶段的设计方案都获得了完美的完成。如图11所示。
图11 智能灌溉系统
智能自动灌溉系统可以完成对外部信号的高速采集另外交由里面高性能内核进行快速运算并得到结果，通过软硬件电路的灵活配合完成快速的识别、运算、校验和判断等功效，这类功能的完成颠覆了人们内心中还保存着的对传统自动灌溉系统的深刻记忆，与此同时这类智能功能的实现也意味着电子技术早已进入了一个崭新的时代，在此基础上本文把提出对一种智能自动灌溉控制系统的构建，通过对该系统的预期目标、国内外发展现状和软硬件系统的构建，来验证设计方案的可行性。二十世纪中期是电子技术的一个重大转变时期，那时半导体技术初露头角，早期的半导体生产技术已使半导体材料表现出了优良的属性特征，这一现象被非常多科学家意识到在未来不久电子系统将进入半导体时代，果不其然在不到十年间的时间内，愈发多的半导体器件被配置出来并迅速投入到了使用，二极管、三极管是最为常见的半导体材料，有了这些半导体材料角色的加入，电路中的电压电流放大早已可以表现的随心所欲，许许多多的智能技术都是以该效果当作铺垫的。由于单片机芯片的发明所需要半导体技术、集成电路技术、总线技术以及控制器技术等多门技术学科当作铺垫，所以单片机芯片的完成是多门学科的一个综合产物，通过控制器芯片结合程序语言而实现自动灌溉系统就这样具备了非常高程度的智能特性，它在很大程度上将技术人员的设计思想进行全面表现。随着经济水平和科学技术的不断前进人们对于高性价比的自动灌溉系统的追求脚步始终没有停止，在半导体技术和控制器研发技术还没有出现而且成熟此前，智能自动灌溉系统是不可能完成的，人们许许多多的想法都只能停留在想象阶段，直到单片机技术完善之后，智能自动灌溉系统才开始持续涌入人们的生产生活中。本论文将以此为背景构建一款以STC89C51作为控制器的智能自动灌溉系统，在功能和综合参数上对目前市面上的产品现状进行优化和提升。
自动灌溉系统的发展现状
通过对网络和图书馆中自动灌溉控制系统的设计开发文献等一些相关材料进行翻阅和归纳总结之后，可以看出目前市面上的绝大多数自动灌溉系统产品在一种略过时的现状，这些自动灌溉控制系统都是以一些成本低廉并且性能非常简单的16位数字处理器作为主控。对于现如今市面上现存的自动灌溉系统来说，它们所呈现出的共同不足和待优化项是高功耗、外观设计感不佳另外技术支持力度低等，其中高功耗较为显著，这是由于初期的处理器还不具备低功耗性能，CMOS技术还没有在自动灌溉控制系统中得到普及，这是其电压电流消耗大的一个主要原因。国际上正在以一种炙手可热的研究状态对自动灌溉系统进行设计，由于较早期的自动灌溉控制系统已不能满足现如今人们对它的多功能和高性能的指标要求，从而对于新型系统的期望正在不断上升，这也是国际上的专家学者现如今主要的研究目标。
主要内容
本论文结合了自身在大学期间所学到的单片机知识、模拟电路、数字电路和传感模块等知识，通过软硬件系统的配置和持续修改优化，完成了一款自动灌溉控制系统，这个系统能够完成高清显示参数、模数转换、发出报警信号、土壤湿度采集和继电器驱动。
自动灌溉系统的方案设计
要想实现对自动灌溉系统设计方案的清晰阐述，通过Visio绘制了下面的图片21中的自动灌溉控制系统结构框图，该框图中有了单片机最小系统、LCD1602液晶显示电路、、报警电路、土壤湿度采集电路和等部分，是对整体原理图的一个性能划分和粗略概括，尽管如此，能够清晰的表达自动灌溉系统里面是如何工作的。这其中单片机最小系统完成了对LCD1602、ADC0832、有源蜂鸣器、土壤湿度传感器和继电器的驱动。
框图中最为关键同时也是影响系统工作精度的部分是土壤湿度传感器，本系统采用的这款集成式一体化传感器能够对土壤中的湿度进行连续快速检测，并且通过输出模拟电压值的高低来反映土壤的湿度大小，它所输出的电压值交由后续的A/D模块进行检测转换；A/D模块采用了ADC0832模数转换器芯片，它的功能主要是对土壤湿度传感器输出的模拟电压值进行检测并转换为8位宽度的二进制数字信号进行输出并送入单片机进行使用；报警器主要以MOSFET放大器和有源蜂鸣器作为核心元件，单片机能够通过输出高低电平来实现对报警器的发声驱动；按键电路与单片机之间通过静态扫描方式进行连接驱动，用于用户设置土壤湿度的阀值。
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