单片机的自动浇花系统
【】本文研究了土壤湿度检测器的原理，是基于51单片机系统研究的。该系统由土壤湿度传感器模块、A/D转换模块、键盘模块、显示模块和报警模块等模块组成，采用了结构化的设计，可以实现土壤湿度的检测、模拟信号的转换和显示，可以通过键盘来设置湿度的上下限以及根据湿度的上下限来判断状态，湿度小于下限则打开放水口，湿度大于上限开启警报。能够实时的监控湿度的变化并做出相应的模式调整。本设计可以运用于家用花草的日常养护和公共草坪的灌溉。
目录
一、引言 1
二、系统方案设计 2
(一) 方案选择 2
1.方案一 2
2.方案二 2
(二)主要元器件的选择 3
1.AT89C51控制芯片 3
2.LCD1602液晶显示屏 4
3.ADC0832数模转换芯片 7
4.YL69湿度传感器 8
(一)AT89C51控制芯片 9
1.复位电路 9
2.晶振电路 9
(二) LCD1602显示屏与单片机的连接 10
(三)湿度传感器模块的连接 10
(四)水泵控制电路与单片机的连接 11
(五)YL69湿度传感器与单片机的连接 11
(六)其他电路的连接 12
四、自动浇水系统的软件设计 13
(一)自动浇花程序整体设计 13
二（二）键盘程序设计 14
1.键盘逻辑程序设计 14
2.键盘消抖 14
(三)LCD02程序设计 15
1.LCD1602初始化 15
2.LCD1602输入 16
(四)ADC0832处理流程 17
五、软件仿真 18
(一) 软件简介 18
1.proteus和keil的使用 18
2.软件仿真 19
3.仿真中出现的问题 21
4.硬件调试 22
六、总结与展望 24
致 谢 25
参考文件 26
附录一 软件 27
附录二程序设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
计 27
一、引言
随着时代的快速发展，城市化的进程越来越快，城市中的高楼大厦也越来越多。随着城市压力的增大，越来越多的人喜欢养一些花卉、盆栽等，这使生活更加的悠然，还能使得心情更加的愉悦。但是问题也是显然的，对于大多数不懂花草的人来说，绿植养殖并不是件易事，人们常常因为工作节奏快，而疏于照顾花草。植物养殖的关键主要在于光照和土壤的湿度两方面，其中土壤的湿度尤其的重要。随着电子的发展，土壤湿度这个难题终于能够得到解决，可以利用单片机来控制土壤的湿度。单片机的优点是成本低、体积小，由此设计的浇灌方式很有优势。
现在市场上主要的自动浇灌装置可以分为两种：第一种为玻璃、陶瓷类的自动浇花器，其依据是自身的物理结构和渗透原理，能够存储一些水量，依据内外的渗透压来灌溉水。第二种为电子灌溉装置，相对于第一种来说，其适应性更强，能够有效的解决不同的花卉的浇水要求。而且能够根据不同的时间要求来完成浇水。在国外，由于人口稀少且拥有大量的植被和麦田，一些国家大范围的使用自动灌溉技术。在他国自动灌溉技术的运用也越来越广泛。因此利用单片机来实现电子灌溉具有很好的市场。
在国内外也有很多对这方面的研究，主要是对自动浇水的定时设计和对浇水量的精确控制。其中罗志平老师在2013年发表了时控自动浇水系统，对定时浇水和浇水量的控制进行控制，能够实现在特定的时间下的浇水和浇水量的准确的控制。通过软件设计一个精准的闹钟来实现功能。优点是能够有效的、便宜的解决这个问题。其中的功能大多通过软件来实现。毕维峰在2018一月在《农业与技术》中发表了采用C8051F380混合微处理器，通过软件算法进行管理，显示了多盆花卉进行实时的监控和管理。实现了多盆控制和管理。有利于大范围种植的使用。彭玲则使用了Arduino开发板来研究自动浇水功能，通过开发板的蓝牙功能将数据传送回APP实现APP的在线管理花卉，实现了远程的遥控。在国外，自动浇花的设计也是层出不穷，Zhengmei Li在《Journal of Tribology》发表了将自动浇花和机器人来完成自动的浇花具有较高的自动化能力，能够大大的减少人工的费用。另外最近流行的新能源也是一个结合的方面。Hesam Safa在《Bulletin of the Korean Mathematical Society》发表了将自动浇花与太阳能的结合，大大的减少了能源的消耗，进一步减少了费用，使得设计越来越贴近生活。虽然市场上的电子灌溉设备很多，但成本相对来说还是较高的。单片机依靠它的价格优势能够成功走进市场，供人们选择。
本设计主要解决的问题是传感器信号的采集、转换和显示等问题。信号的采集要求能够做到实时的采集，并且采集的精度控制在一定的范围之内。而转换也不能耗时太久，需要快速的进行转换，从而能够跟得上湿度的变化。在完成数据的采集和转换后，信号的采集和转换还需要对数据进行处理，通过内置的逻辑来完成是否高于湿度上限、低于湿度下限和在正常范围内的判断。
二、系统方案设计
方案选择
1.方案一
方案一通过结构化设计的方法来设计系统。如图21所示，基于单片机的自动浇花系统可以分解为键盘模块、土壤湿度测量模块、报警模块、显示模块和阀门模块等模块。通过各个不同的模块完成不同的任务，最后一起协作完成整个系统的任务。
图21自动浇花系统方案设计
2.方案二
如图22所示为方案二设计的总体框架，同样采用了分模块设计，有键盘模块、报警模块、显示模块和阀门模块。而它的自动浇水是通过内部的设计的定时器进行定时的浇水。相对于第一种其外围电路更加的简单，其成本更加的低廉，但是相对于第一种来说其灵活度相对的较低。不能够很好的根据土壤的湿度来完成控制，对那些有很高要求的植物来说显得很无力。
方案一所概述的是一个能够对土壤湿度进行精准测试并且精确控制水流量的装置。而现实生活中的人们，更倾向于性价比更高产品。方案一较方案二而言，其模块分工明确，能够很好的控制土壤的湿度进行浇灌这一方面更胜一筹。因此选用第一种方案。
图22 方案二设计
(二)主要元器件的选择
1.AT89C51控制芯片
AT89C51是一款FLASH存储器，其容量大小为4KB，是一个低电压、高性能的CMOS8位微处理器。同时还带有一个2K字节闪存可编程可擦除。兼容MSC51指令集且为8为的微处理器。
AT89C51中含有4对8位的IO口，一共有32个IO口，2个16位的定时器和5个两级的中断。一个全双工的通信接口和片内震荡等。AT89C51能够支持两种模式的运行，低功能损耗模式能够明显的减少能量消耗。
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一、引言 1
二、系统方案设计 2
(一) 方案选择 2
1.方案一 2
2.方案二 2
(二)主要元器件的选择 3
1.AT89C51控制芯片 3
2.LCD1602液晶显示屏 4
3.ADC0832数模转换芯片 7
4.YL69湿度传感器 8
(一)AT89C51控制芯片 9
1.复位电路 9
2.晶振电路 9
(二) LCD1602显示屏与单片机的连接 10
(三)湿度传感器模块的连接 10
(四)水泵控制电路与单片机的连接 11
(五)YL69湿度传感器与单片机的连接 11
(六)其他电路的连接 12
四、自动浇水系统的软件设计 13
(一)自动浇花程序整体设计 13
二（二）键盘程序设计 14
1.键盘逻辑程序设计 14
2.键盘消抖 14
(三)LCD02程序设计 15
1.LCD1602初始化 15
2.LCD1602输入 16
(四)ADC0832处理流程 17
五、软件仿真 18
(一) 软件简介 18
1.proteus和keil的使用 18
2.软件仿真 19
3.仿真中出现的问题 21
4.硬件调试 22
六、总结与展望 24
致 谢 25
参考文件 26
附录一 软件 27
附录二程序设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
计 27
一、引言
随着时代的快速发展，城市化的进程越来越快，城市中的高楼大厦也越来越多。随着城市压力的增大，越来越多的人喜欢养一些花卉、盆栽等，这使生活更加的悠然，还能使得心情更加的愉悦。但是问题也是显然的，对于大多数不懂花草的人来说，绿植养殖并不是件易事，人们常常因为工作节奏快，而疏于照顾花草。植物养殖的关键主要在于光照和土壤的湿度两方面，其中土壤的湿度尤其的重要。随着电子的发展，土壤湿度这个难题终于能够得到解决，可以利用单片机来控制土壤的湿度。单片机的优点是成本低、体积小，由此设计的浇灌方式很有优势。
现在市场上主要的自动浇灌装置可以分为两种：第一种为玻璃、陶瓷类的自动浇花器，其依据是自身的物理结构和渗透原理，能够存储一些水量，依据内外的渗透压来灌溉水。第二种为电子灌溉装置，相对于第一种来说，其适应性更强，能够有效的解决不同的花卉的浇水要求。而且能够根据不同的时间要求来完成浇水。在国外，由于人口稀少且拥有大量的植被和麦田，一些国家大范围的使用自动灌溉技术。在他国自动灌溉技术的运用也越来越广泛。因此利用单片机来实现电子灌溉具有很好的市场。
在国内外也有很多对这方面的研究，主要是对自动浇水的定时设计和对浇水量的精确控制。其中罗志平老师在2013年发表了时控自动浇水系统，对定时浇水和浇水量的控制进行控制，能够实现在特定的时间下的浇水和浇水量的准确的控制。通过软件设计一个精准的闹钟来实现功能。优点是能够有效的、便宜的解决这个问题。其中的功能大多通过软件来实现。毕维峰在2018一月在《农业与技术》中发表了采用C8051F380混合微处理器，通过软件算法进行管理，显示了多盆花卉进行实时的监控和管理。实现了多盆控制和管理。有利于大范围种植的使用。彭玲则使用了Arduino开发板来研究自动浇水功能，通过开发板的蓝牙功能将数据传送回APP实现APP的在线管理花卉，实现了远程的遥控。在国外，自动浇花的设计也是层出不穷，Zhengmei Li在《Journal of Tribology》发表了将自动浇花和机器人来完成自动的浇花具有较高的自动化能力，能够大大的减少人工的费用。另外最近流行的新能源也是一个结合的方面。Hesam Safa在《Bulletin of the Korean Mathematical Society》发表了将自动浇花与太阳能的结合，大大的减少了能源的消耗，进一步减少了费用，使得设计越来越贴近生活。虽然市场上的电子灌溉设备很多，但成本相对来说还是较高的。单片机依靠它的价格优势能够成功走进市场，供人们选择。
本设计主要解决的问题是传感器信号的采集、转换和显示等问题。信号的采集要求能够做到实时的采集，并且采集的精度控制在一定的范围之内。而转换也不能耗时太久，需要快速的进行转换，从而能够跟得上湿度的变化。在完成数据的采集和转换后，信号的采集和转换还需要对数据进行处理，通过内置的逻辑来完成是否高于湿度上限、低于湿度下限和在正常范围内的判断。
二、系统方案设计
方案选择
1.方案一
方案一通过结构化设计的方法来设计系统。如图21所示，基于单片机的自动浇花系统可以分解为键盘模块、土壤湿度测量模块、报警模块、显示模块和阀门模块等模块。通过各个不同的模块完成不同的任务，最后一起协作完成整个系统的任务。
图21自动浇花系统方案设计
2.方案二
如图22所示为方案二设计的总体框架，同样采用了分模块设计，有键盘模块、报警模块、显示模块和阀门模块。而它的自动浇水是通过内部的设计的定时器进行定时的浇水。相对于第一种其外围电路更加的简单，其成本更加的低廉，但是相对于第一种来说其灵活度相对的较低。不能够很好的根据土壤的湿度来完成控制，对那些有很高要求的植物来说显得很无力。
方案一所概述的是一个能够对土壤湿度进行精准测试并且精确控制水流量的装置。而现实生活中的人们，更倾向于性价比更高产品。方案一较方案二而言，其模块分工明确，能够很好的控制土壤的湿度进行浇灌这一方面更胜一筹。因此选用第一种方案。
图22 方案二设计
(二)主要元器件的选择
1.AT89C51控制芯片
AT89C51是一款FLASH存储器，其容量大小为4KB，是一个低电压、高性能的CMOS8位微处理器。同时还带有一个2K字节闪存可编程可擦除。兼容MSC51指令集且为8为的微处理器。
AT89C51中含有4对8位的IO口，一共有32个IO口，2个16位的定时器和5个两级的中断。一个全双工的通信接口和片内震荡等。AT89C51能够支持两种模式的运行，低功能损耗模式能够明显的减少能量消耗。
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