单片机的自动浇花控制系统设计
摘 要智能浇花器控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现对花盆土壤含水量进行实时快速检测并且能够通过三种颜色的LED灯进行浇花提示等功能的自动控制系统。在硬件系统上配置了土壤湿度传感器、模数转换器、液晶屏等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
引言 1
（一）课题的开发背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 1
一、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制器的选取 2
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） 土壤含水量传感器 4
（四） AD采样芯片简介 4
（五） LCD1602显示器 5
二、 硬件系统设计 6
（一） 系统框图 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
（三） 土壤含水量传感器电路设计 7
（四） AD采样芯片电路设计 8
（五） LED三色显示电路设计 9
（六） 显示器电路设计 9
（七） 按键电路 10
三、 软件系统设计 10
（一） 主程序设计 10
（二） 土壤含水量传感器子程序设计 12
（三） AD转换子程序设计 12
（四） 显示子程序设计 14
结束语 15
参考文献 17
致 谢 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 源程序 22
引言
（一）课题的开发背景
当前智能浇花器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的智能浇花器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于智能
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浇花器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有智能浇花器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心智能浇花器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有智能浇花器产品得到了冲击，另外国内对于智能浇花器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于智能浇花器产品最大的研究重点是在实现对花盆中的含水量进行快速检测并且能够对花卉养殖者（尤其是初次养殖者）进行多种方式多种途径的浇水提示等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前智能浇花器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的智能浇花器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数智能浇花器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的智能浇花器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于智能浇花器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
（二）国内外发展现状
综合目前国内市场上智能浇花器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
（三）本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现对花盆土壤含水量进行实时快速检测并且能够通过三种颜色的LED灯进行浇花提示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
本课题在硬件方面将使用使用AT89C51作为主控芯片，设计一款能够实现智能型智能浇花器，这款提示器将实现对花盆中土壤湿度实时快速的测量，并能够获取到土壤含水量的具体大小，与此同时通过液晶屏能够将该参数进行显示。另外为了能够达到醒目的提示效果，将配置三种颜色的信号灯对花盆主人进行提示，当土壤含水量适中时系统将点亮绿色LED进行提示，当水份过高时点亮黄色LED进行报警，当含水量过低时点亮红色LED进行报警。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有STC89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
目录
引言 1
（一）课题的开发背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 1
一、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制器的选取 2
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） 土壤含水量传感器 4
（四） AD采样芯片简介 4
（五） LCD1602显示器 5
二、 硬件系统设计 6
（一） 系统框图 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
（三） 土壤含水量传感器电路设计 7
（四） AD采样芯片电路设计 8
（五） LED三色显示电路设计 9
（六） 显示器电路设计 9
（七） 按键电路 10
三、 软件系统设计 10
（一） 主程序设计 10
（二） 土壤含水量传感器子程序设计 12
（三） AD转换子程序设计 12
（四） 显示子程序设计 14
结束语 15
参考文献 17
致 谢 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 源程序 22
引言
（一）课题的开发背景
当前智能浇花器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的智能浇花器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于智能
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
浇花器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有智能浇花器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心智能浇花器产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有智能浇花器产品得到了冲击，另外国内对于智能浇花器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于智能浇花器产品最大的研究重点是在实现对花盆中的含水量进行快速检测并且能够对花卉养殖者（尤其是初次养殖者）进行多种方式多种途径的浇水提示等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前智能浇花器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的智能浇花器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数智能浇花器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的智能浇花器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于智能浇花器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
（二）国内外发展现状
综合目前国内市场上智能浇花器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
（三）本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现对花盆土壤含水量进行实时快速检测并且能够通过三种颜色的LED灯进行浇花提示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
本课题在硬件方面将使用使用AT89C51作为主控芯片，设计一款能够实现智能型智能浇花器，这款提示器将实现对花盆中土壤湿度实时快速的测量，并能够获取到土壤含水量的具体大小，与此同时通过液晶屏能够将该参数进行显示。另外为了能够达到醒目的提示效果，将配置三种颜色的信号灯对花盆主人进行提示，当土壤含水量适中时系统将点亮绿色LED进行提示，当水份过高时点亮黄色LED进行报警，当含水量过低时点亮红色LED进行报警。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有STC89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
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