51单片机的智能浇花系统设计
现在的人越来越重视身心的健康，仅仅是吃的好已经不能满足人们的要求，养花是陶冶情操的方法之一，花不仅仅是作为观赏的景物，也是能进行光合作用的植物，吸收二氧化碳，在沁人心脾的同时净化环境。但是由于生活节奏的加快，人们有时候无暇顾及花朵是不是缺水，因此自动灌溉系统得以发展，自动灌溉系统包括土壤湿度的检测显示器和水泵构成。传感器为湿度传感器，湿度传感器元件其实是是湿度采集器，湿度采集器将采集的湿度传给单片机，单片机作为总控负责判断湿度值与设定值的比较。得出结果后，判断是否要浇水。
目录
一、绪论 5
（一）选题的目的和意义 5
（二）智能浇花系统的发展及现状 5
（三）本课题研究的主要内容 5
二、系统方案的设计与论证 6
（一）主控系统的论证 6
（二）显示模块的方案和论证 6
三、硬件电路设计 7
（一）总体设计 7
（二）单片机系统设计 7
（三）湿度传感器电路 8
（四）A/D转换器电路 9
（五）液晶显示器LCD 9
（六）键盘电路 9
（七）继电器电路 10
四、系统软件设计 10
（一）主程序流程图 11
（二）A/D转换子程序 11
（三）显示数据子程序 12
五、系统调试 13
（一）硬件调试 13
（二）软件调试 13
六、结论 14
七、致谢 15
参考文献 16
附录一 系统电路图 17
附录二 PCB图 18
附录三 实物图 19
附录四 元器件清单 20
附录五 源程序 21
一、绪论
（一）选题的目的和意义
花，作为观赏性的植物，枯萎凋谢很正常，但是现在很多人会在花期还没结束之前把花养死，大部分原因是因为没有及时的浇水或者是浇水过多，所以适时适量的浇水成了重中之重。但是在平常的工作生活中，人们总是有这样那样的事情，有时候会无暇给植物浇水。现在市面上的智能浇水器价格
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
昂贵，而且只是起到提醒的功能，还是要自己手动浇水，但是出门在外，根本不可能，所以花草最后只能是干死。所以为了更好的养花草也为了更多普通家庭能够接受智能浇花器的价格，所以研究智能浇花器是很有市场的。
（二）智能浇花系统的发展及现状
目前国外的智能浇花器相对于国内的要高大上不少，但是与之同时带来的是价格的高昂，当然性能也是很可靠的。国外采用微喷管头，能将水以水雾的形式散布在花草上，进行全方位的浇水，同时不会冲刷土壤，保证了植物根系的健康。国内的相对简单一点采用玻璃制品，定时浇水，虽然有自动浇水的功能，但是水量，间隔时间都是之前设定好的，不能做到实时监测。这就造成了夏天缺水被晒死，冬天水太多又被冻死。因此发展国内的智能浇花器还是很有必要的。而本次研究的智能浇花系统与系统上相比，成本低，方便使用，但同时与市场上的智能浇花系统相比功能不是很全。
（三）本课题研究的主要内容
YL69湿度传感器是自动灌溉器的核心部件，它通过采集土壤性息，判断土壤的干燥程度，土壤的湿度信息是个模拟量在经过A/D转换之后变成数字量，显示在液晶屏幕上。研究的在重点主要是协调土壤的湿度与灌溉技术，同时加强相匹配的硬件和相关的软件。达到这些基本的要求之后开始让单片机决定是否启动水泵。
二、系统方案的设计与论证
根据课题的设计要求，该系统采用单片机作为主控系统来实现。自动灌溉系统的湿度检测电路，利用湿敏电阻对土壤湿度进行采集，电流信号通过变换得到需要的电压信号。
模数转换必要的过程，在实际生活中人说话的声音，还有亮度等都是模拟信号。但是哎单片机中，都要数字信号，这样方便系统的处理。AT89c51作为核心。控制自动灌溉机的水泵驱动以及湿度检测控制，显示电路。
（一）主控系统的论证
方案一：
电路的处理与控制功能由FPGA决定。FPGA是现场可编程门阵列，容易修改程序，简单易用，可利用VHDL语言进行编写开发。但FPGA在控制上跟单片机比较存在很大的缺陷。FPGA对处理数据反应很迅速，增加控制的复杂性，所以对系统处理信息的反应速度也就不用太快，在这一点上MCU就比它做得好可以满足我们的需求。如果采用该方案，肯定在控制上增加许许多多额外的困难。
方案二：
单片机作为简单的控制中心，能较为简便的控制系统，并且价格低廉，可以广泛使用，能够协调电机，传感器的工作。我选择较为简单的89C51单片机。
综上所述：经过两种方案比较和研究，第二个方案比较符合我们对控制器要求，采用STC89C51作控制器。该单片机价格低廉，操作灵敏，所以本设计主控器选用方案二。
（二）显示模块的方案和论证
方案一：
采用74LS164，配合液晶显示屏幕显示数码，虽然液晶显示屏功能强大，也不占用单片机多少接口，但是有74LS164使得控制方法困难了很多，在无形之中提高了整个系统的难度。
方案二：
采用LCD1602液晶显示器作为显示模块电路显示器件。LCD1602液晶显示器可以显示多个数据信息，其中包括交通灯的倒计时间和额外的附加信息等，显示功能强大。价格还可以接受，虽然接线口多一点，但有较好的显示效果。
综上所述：经过两种方案比较和研究，第三个方案比较符合我们对显示模块的要求，采用LCD1602作显示器。本设计选用方案二。 三、硬件电路设计
（一）总体设计
智能浇花系统的结构图主要是由单片机系统、LCD显示器，驱动放大器，湿度传感器，A/D转换器等组成的。其工作的方式为：湿度传感器先采集湿度信息，在经过模数转换把模拟量变成数字量，传给显示器，同时单片机判断是否需要加水。放大驱动电路和电磁阀主要控制水泵的开启。其工作方式图见图31。
图31 系统框图
（二）单片机系统设计
单片机作为最常用的控制核心，电路的控制，数据的处理都是由单片机最小系统控制的。单片机最小系统由晶振电路、电路复位电路、以及供电电源组成的。其内部拥有8K的ROM(只读存储器）和250字节的RAM(随机存储器）供用户使用。P0（0.00.7):是一个8位的漏级开路双向i/o端口，也可以说成数据总线；p1(1.01.7):是一个自带上拉电阻的8位数双向ｉ／ｏ口，专门是给供用户使用；P2口（2.02.7）：P2口是个自带有上拉电阻的8位双向I/O口，同时也作为用户使用的I/O口接线。P3口（3.03.7）：P3口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可接收4个TTL门电流。当P3口一被写入“1”后，P3端口被内部上拉电阻上拉时为高电平，并用作输入电源。同时P1.0和P1.1引脚也有复用功能{T2（定时/计数器、外部计数输入加上时钟输出),T2EX（定时/计数器、捕获/重装触发和方向控制）}。如图32所示：
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一、绪论 5
（一）选题的目的和意义 5
（二）智能浇花系统的发展及现状 5
（三）本课题研究的主要内容 5
二、系统方案的设计与论证 6
（一）主控系统的论证 6
（二）显示模块的方案和论证 6
三、硬件电路设计 7
（一）总体设计 7
（二）单片机系统设计 7
（三）湿度传感器电路 8
（四）A/D转换器电路 9
（五）液晶显示器LCD 9
（六）键盘电路 9
（七）继电器电路 10
四、系统软件设计 10
（一）主程序流程图 11
（二）A/D转换子程序 11
（三）显示数据子程序 12
五、系统调试 13
（一）硬件调试 13
（二）软件调试 13
六、结论 14
七、致谢 15
参考文献 16
附录一 系统电路图 17
附录二 PCB图 18
附录三 实物图 19
附录四 元器件清单 20
附录五 源程序 21
一、绪论
（一）选题的目的和意义
花，作为观赏性的植物，枯萎凋谢很正常，但是现在很多人会在花期还没结束之前把花养死，大部分原因是因为没有及时的浇水或者是浇水过多，所以适时适量的浇水成了重中之重。但是在平常的工作生活中，人们总是有这样那样的事情，有时候会无暇给植物浇水。现在市面上的智能浇水器价格
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
昂贵，而且只是起到提醒的功能，还是要自己手动浇水，但是出门在外，根本不可能，所以花草最后只能是干死。所以为了更好的养花草也为了更多普通家庭能够接受智能浇花器的价格，所以研究智能浇花器是很有市场的。
（二）智能浇花系统的发展及现状
目前国外的智能浇花器相对于国内的要高大上不少，但是与之同时带来的是价格的高昂，当然性能也是很可靠的。国外采用微喷管头，能将水以水雾的形式散布在花草上，进行全方位的浇水，同时不会冲刷土壤，保证了植物根系的健康。国内的相对简单一点采用玻璃制品，定时浇水，虽然有自动浇水的功能，但是水量，间隔时间都是之前设定好的，不能做到实时监测。这就造成了夏天缺水被晒死，冬天水太多又被冻死。因此发展国内的智能浇花器还是很有必要的。而本次研究的智能浇花系统与系统上相比，成本低，方便使用，但同时与市场上的智能浇花系统相比功能不是很全。
（三）本课题研究的主要内容
YL69湿度传感器是自动灌溉器的核心部件，它通过采集土壤性息，判断土壤的干燥程度，土壤的湿度信息是个模拟量在经过A/D转换之后变成数字量，显示在液晶屏幕上。研究的在重点主要是协调土壤的湿度与灌溉技术，同时加强相匹配的硬件和相关的软件。达到这些基本的要求之后开始让单片机决定是否启动水泵。
二、系统方案的设计与论证
根据课题的设计要求，该系统采用单片机作为主控系统来实现。自动灌溉系统的湿度检测电路，利用湿敏电阻对土壤湿度进行采集，电流信号通过变换得到需要的电压信号。
模数转换必要的过程，在实际生活中人说话的声音，还有亮度等都是模拟信号。但是哎单片机中，都要数字信号，这样方便系统的处理。AT89c51作为核心。控制自动灌溉机的水泵驱动以及湿度检测控制，显示电路。
（一）主控系统的论证
方案一：
电路的处理与控制功能由FPGA决定。FPGA是现场可编程门阵列，容易修改程序，简单易用，可利用VHDL语言进行编写开发。但FPGA在控制上跟单片机比较存在很大的缺陷。FPGA对处理数据反应很迅速，增加控制的复杂性，所以对系统处理信息的反应速度也就不用太快，在这一点上MCU就比它做得好可以满足我们的需求。如果采用该方案，肯定在控制上增加许许多多额外的困难。
方案二：
单片机作为简单的控制中心，能较为简便的控制系统，并且价格低廉，可以广泛使用，能够协调电机，传感器的工作。我选择较为简单的89C51单片机。
综上所述：经过两种方案比较和研究，第二个方案比较符合我们对控制器要求，采用STC89C51作控制器。该单片机价格低廉，操作灵敏，所以本设计主控器选用方案二。
（二）显示模块的方案和论证
方案一：
采用74LS164，配合液晶显示屏幕显示数码，虽然液晶显示屏功能强大，也不占用单片机多少接口，但是有74LS164使得控制方法困难了很多，在无形之中提高了整个系统的难度。
方案二：
采用LCD1602液晶显示器作为显示模块电路显示器件。LCD1602液晶显示器可以显示多个数据信息，其中包括交通灯的倒计时间和额外的附加信息等，显示功能强大。价格还可以接受，虽然接线口多一点，但有较好的显示效果。
综上所述：经过两种方案比较和研究，第三个方案比较符合我们对显示模块的要求，采用LCD1602作显示器。本设计选用方案二。 三、硬件电路设计
（一）总体设计
智能浇花系统的结构图主要是由单片机系统、LCD显示器，驱动放大器，湿度传感器，A/D转换器等组成的。其工作的方式为：湿度传感器先采集湿度信息，在经过模数转换把模拟量变成数字量，传给显示器，同时单片机判断是否需要加水。放大驱动电路和电磁阀主要控制水泵的开启。其工作方式图见图31。
图31 系统框图
（二）单片机系统设计
单片机作为最常用的控制核心，电路的控制，数据的处理都是由单片机最小系统控制的。单片机最小系统由晶振电路、电路复位电路、以及供电电源组成的。其内部拥有8K的ROM(只读存储器）和250字节的RAM(随机存储器）供用户使用。P0（0.00.7):是一个8位的漏级开路双向i/o端口，也可以说成数据总线；p1(1.01.7):是一个自带上拉电阻的8位数双向ｉ／ｏ口，专门是给供用户使用；P2口（2.02.7）：P2口是个自带有上拉电阻的8位双向I/O口，同时也作为用户使用的I/O口接线。P3口（3.03.7）：P3口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可接收4个TTL门电流。当P3口一被写入“1”后，P3端口被内部上拉电阻上拉时为高电平，并用作输入电源。同时P1.0和P1.1引脚也有复用功能{T2（定时/计数器、外部计数输入加上时钟输出),T2EX（定时/计数器、捕获/重装触发和方向控制）}。如图32所示：
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