运用水量传感器的浇花提示器
摘 要本文主要围绕“浇花提示器控制系统”进行了全方位的介绍，不仅对这种系统的起源发展背景以及国内外的研究现状做了综合分析，更在此基础上制定了本文的设计目标。笔者选用了目前单片机市场上最畅销的AT89C51单片机作为主要控制器芯片，并结合了其他必要的功能芯片，设计出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浇花提示器控制系统，该系统不仅在硬件上突破了目前相关产品的成本消耗，更将硬件系统结构简化到最精，大幅度地降低了电能消耗、提高了待机时长，另外由于采用了普及程度较为广泛的C语言进行了程序代码的设计和开发，因此大大减少了软件系统的设计周期。本文最终通过Proteus软件对所设计的系统进行了全面的仿真，对各种能指标进行了检验，检验结果显示系统的各项性能完全达标。
目录
一、 引言 3
（一） 课题的开发背景 3
（二） 国内外发展现状 3
（三） 本文主要研究内容 3
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51控制芯片简介 3
（三） 土壤含水量传感器介绍 3
（四） AD采样芯片简介 3
（五） LCD1602字符点阵介绍 3
三、 硬件系统设计 3
（一） 浇花提示器系统的硬件结构框图设计 3
（二） AT89C51单片机最小系统设计 3
1. 晶振电路设计 3
2. 复位电路设计 3
（三） 土壤含水量传感器电路设计 3
（四） AD采样芯片电路设计 3
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 3
（六） 按键电路 3
四、 软件系统设计 3
（一） 浇花提示器系统的软件工作流程设计 3
（二） 土壤含水量传感器工作流程设计 3
（三） AD转换工作流程设计 3
1. 启动指令 3
2. 通道选择指令 3
3. 读取指令 3
（四） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 3<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 五、 仿真系统设计 3
总 结 3
参考文献 3
致 谢 3
附录一 原理图 3
附录二 元件列表 3 引言
课题的开发背景
当前浇花提示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浇花提示器系统产品，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，人们对于浇花提示器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有浇花提示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浇花提示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，使得市面上现有浇花提示器产品得到了冲击，另外国内对于浇花提示器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于浇花提示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。目前浇花提示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浇花提示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浇花提示器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的浇花提示器系统，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，并结合关于浇花提示器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上浇花提示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。
本文主要研究内容
本文从多个角度对浇花提示器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述。
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浇花提示器，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
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
目录
一、 引言 3
（一） 课题的开发背景 3
（二） 国内外发展现状 3
（三） 本文主要研究内容 3
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51控制芯片简介 3
（三） 土壤含水量传感器介绍 3
（四） AD采样芯片简介 3
（五） LCD1602字符点阵介绍 3
三、 硬件系统设计 3
（一） 浇花提示器系统的硬件结构框图设计 3
（二） AT89C51单片机最小系统设计 3
1. 晶振电路设计 3
2. 复位电路设计 3
（三） 土壤含水量传感器电路设计 3
（四） AD采样芯片电路设计 3
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 3
（六） 按键电路 3
四、 软件系统设计 3
（一） 浇花提示器系统的软件工作流程设计 3
（二） 土壤含水量传感器工作流程设计 3
（三） AD转换工作流程设计 3
1. 启动指令 3
2. 通道选择指令 3
3. 读取指令 3
（四） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 3<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 五、 仿真系统设计 3
总 结 3
参考文献 3
致 谢 3
附录一 原理图 3
附录二 元件列表 3 引言
课题的开发背景
当前浇花提示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浇花提示器系统产品，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，人们对于浇花提示器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有浇花提示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浇花提示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，使得市面上现有浇花提示器产品得到了冲击，另外国内对于浇花提示器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于浇花提示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。目前浇花提示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浇花提示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浇花提示器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的浇花提示器系统，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，并结合关于浇花提示器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上浇花提示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。
本文主要研究内容
本文从多个角度对浇花提示器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述。
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浇花提示器，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
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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