单片机的节水灌溉系统设计
目录
一、引言 1
（一）研究的背景及意义 1
(二)研究的内容 1
二、系统的设计 1
（一）总体框架 1
三、硬件设计 2
(一)单片机的选用 2
1.AT89C52单片机引脚功能 2
2.时钟电路 3
3.复位电路 4
(二)数据存储电路 4
（三）上位排阻电路 4
（四）土壤湿度传感器 5
（五）控制系统电源电路 5
（六）LCD液晶显示电路 6
（七）按键电路 7
（八）实时时钟电路 7
(九)报警电路 8
（十）浇水指示灯电路 8
四、系统的软件设计 9
（一）总设计思想 9
（二） 系统主程序 9
（三）数据传递 10
（四）数据的滤波处理 11
（五） BCD转换 13
（六） LCD液晶显示程序 13
五、系统调试 13
总结 14
附录 15
附录一 电路原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 实物图 17
附录四 程序 18
参考文献 31
致谢 32
一、引言
水是生命之源，21世纪的到来，地球人口增多，能源消耗严重，水的短缺带来许多问题，偏远地区会因为水的稀缺经济收益而日益下滑，有些甚至因为缺水而生命被带走，然而，这种情况会继续恶化。水的短缺带来许多问题科技 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的日益发达将会减缓这些危机。
农业的大力发展对社会很重要，农作物是人类生活的基础。水是农业发展的基础，现在的农业不断革新，越来越现代化、科技化。现在的发展要素就是要提高生产效率，现在的灌溉技术极为落后，灌溉效率制约着我国农业的快速发展，传统的灌溉模式程序低，基本为人工操作，定量操作水平有限，为了提高效率，得发展灌溉控制技术。
灌溉技术一直是我们国家所缺少的技术，相对于其他国家，非常落后，基本上都是由人辛苦劳动为主，随着社会的发展，有些地方也弄了灌溉工程，但是节水效率不高，执行率较低，浪费不少资金和资源，同时也不能有效使农作物健康生长。
我国也引进了一下其他国家的灌溉设备，但是成本高，保养困难，也不适用与我国的土壤灌溉，我国还处于刚起步的发展阶段，对于一个农业大国来讲，发展灌溉技术是必不可少的一步，我国正大力发展自己的灌溉技术，不断地改善自我技术，对今后的发展起到不错的铺垫。
现在的计算机技术发展快速，计算机的价格不断下降，功能不断加强，计算机技术利用到农业上是非常可观的。用高新技术发展我国的农业是现在的根本大事，对灌溉技术的改造，有着深远的影响。
本设计利用湿度传感器通过单片机进行对土壤湿度检测，采用C语言及C++对各个芯片进行编程控制，按键电路设定相关的数值。假定土壤的湿度数值，当被测低于最低值报警，达到灌溉的目的。
二、系统的设计
（一）总体框架
本课题的主要思想是以单片机AT89C52单片机为核心，以土壤湿度传感器为测试元件，把测得的土壤湿度的信号进行放大，按键电路设定数值，然后进入单片机的内部，把设置的软件限制数值与所测的数值进行比较，并通过LCD液晶显示数值，超过设定数值通过放大驱动打开电磁阀进行放水。如图2-1所示，按键电路对数值进行调动，利用土壤湿度传感器对湿度进行监测，所得的信号，送入单片机，由单片机对信号进行处理。测得土壤的湿度值送到LCD液晶显示电路中，当土壤湿度低于设定值时，系统报警 。
图2-1 硬件总体框图
三、硬件设计
(一)单片机的选用
现代的集成电路快速发展，很小的一块集成电路就是由计算机的各个部件所合成的。即单片机。
单片机应用广泛，特点鲜明，灵活小巧，适应的环境较宽，性能强大。它主导着现代技术的发展。最为常用的最属89系列类的单片机，其特点鲜明：（1）内含Flash存储器（2）静态时钟方式（3）与MCS-51相兼容（4）利用率高（5）可多次实验。
使用方便时选用AT89C52的一个主要原因，一般的产品，如果出现错误的编程就会变成废品，而89系列的单片机编程可多次重复，易于错误的修改。保证到系统的最优。如图3-2所示
AT89C52单片机引脚功能（如表3-1所示）
时钟电路
时钟电路是单片机不可少的基准电路，时钟信号是由内部的振荡和外部的振荡组成，它是单片机里的微操作时间准则。52单片机内部强大，含有一个放大器，XTAL1引脚和XTAL2引脚为放大器的输入端和输出端，时钟电路结构简易，连接方式所得的信号稳定而强大，使用的过程中采用内部震荡方式，后由反馈元器件和反向放大器构成一个自激振荡器并且产生时钟脉冲。
如图3-2所示为外接晶体并联谐振电路C6、C7。它们起振迅速，振荡的频率能够稳定。均值为22P左右，晶振为12MHZ。
3.复位电路
复位电路即为一种特殊功能寄存器，它是能够实现单片机内部的程序全部初始化。
表3-1 52单片机引脚功能
图3-2单片机主电路
然而单片机的内部是没有复位电路，它必须被外接，外接的复位电路可实现系统的初始化，一般情况下，引脚RST是引起电路复位重要组成。当RST为两个机器周期以上的高电平的时候，会使得复位电路的复位。如果引脚RST一直被处于高电平的状态，则单片机会是一种特殊的复位状态，即循环复位。复位后的I/O口为FFH，堆栈SP为07H，其他的寄存器全部清0，复位时内部的RAM不受到它的影响，本系统为上电复位，如图3-2所示R9值10K，C8取10uF。
(二)数据存储电路
单片机里的数据保存，而能使得它们保存较好的电路就是AT24C02，它可以对单片机进行简单的读写，不需要另外的编程器，更不需要提高电压来进行编程，内含8位字节，本质减少了功耗。
其引脚功能：如表3-3所示
表3-3AT24C02的功能
本实验该器件的SCL引脚与SDA引脚分别接单片机的P1.6脚与P1.7脚进行编程。
（5）价格低廉，体积小，运用广泛。2.电路设计
如图3-7所示，湿度传感器DHT11的Dout引脚与单片机P2.0相连，进行串行数据的传送，当测得的数据低于设定值，则会发生报警，DHT11需要一个电阻与大约5V的电压相连，如图所示。
图3-6湿度传感器电路
（五）控制系统电源电路
如图3-7所示，P3为电源控制开关，D+、D-接USB口，VCC接5V电源电压，GND接地，P3主要是直流电源的开关，P9为USB电源供电，如果无5V电源电压，可以采用USB供电。
一、引言 1
（一）研究的背景及意义 1
(二)研究的内容 1
二、系统的设计 1
（一）总体框架 1
三、硬件设计 2
(一)单片机的选用 2
1.AT89C52单片机引脚功能 2
2.时钟电路 3
3.复位电路 4
(二)数据存储电路 4
（三）上位排阻电路 4
（四）土壤湿度传感器 5
（五）控制系统电源电路 5
（六）LCD液晶显示电路 6
（七）按键电路 7
（八）实时时钟电路 7
(九)报警电路 8
（十）浇水指示灯电路 8
四、系统的软件设计 9
（一）总设计思想 9
（二） 系统主程序 9
（三）数据传递 10
（四）数据的滤波处理 11
（五） BCD转换 13
（六） LCD液晶显示程序 13
五、系统调试 13
总结 14
附录 15
附录一 电路原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 实物图 17
附录四 程序 18
参考文献 31
致谢 32
一、引言
水是生命之源，21世纪的到来，地球人口增多，能源消耗严重，水的短缺带来许多问题，偏远地区会因为水的稀缺经济收益而日益下滑，有些甚至因为缺水而生命被带走，然而，这种情况会继续恶化。水的短缺带来许多问题科技 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的日益发达将会减缓这些危机。
农业的大力发展对社会很重要，农作物是人类生活的基础。水是农业发展的基础，现在的农业不断革新，越来越现代化、科技化。现在的发展要素就是要提高生产效率，现在的灌溉技术极为落后，灌溉效率制约着我国农业的快速发展，传统的灌溉模式程序低，基本为人工操作，定量操作水平有限，为了提高效率，得发展灌溉控制技术。
灌溉技术一直是我们国家所缺少的技术，相对于其他国家，非常落后，基本上都是由人辛苦劳动为主，随着社会的发展，有些地方也弄了灌溉工程，但是节水效率不高，执行率较低，浪费不少资金和资源，同时也不能有效使农作物健康生长。
我国也引进了一下其他国家的灌溉设备，但是成本高，保养困难，也不适用与我国的土壤灌溉，我国还处于刚起步的发展阶段，对于一个农业大国来讲，发展灌溉技术是必不可少的一步，我国正大力发展自己的灌溉技术，不断地改善自我技术，对今后的发展起到不错的铺垫。
现在的计算机技术发展快速，计算机的价格不断下降，功能不断加强，计算机技术利用到农业上是非常可观的。用高新技术发展我国的农业是现在的根本大事，对灌溉技术的改造，有着深远的影响。
本设计利用湿度传感器通过单片机进行对土壤湿度检测，采用C语言及C++对各个芯片进行编程控制，按键电路设定相关的数值。假定土壤的湿度数值，当被测低于最低值报警，达到灌溉的目的。
二、系统的设计
（一）总体框架
本课题的主要思想是以单片机AT89C52单片机为核心，以土壤湿度传感器为测试元件，把测得的土壤湿度的信号进行放大，按键电路设定数值，然后进入单片机的内部，把设置的软件限制数值与所测的数值进行比较，并通过LCD液晶显示数值，超过设定数值通过放大驱动打开电磁阀进行放水。如图2-1所示，按键电路对数值进行调动，利用土壤湿度传感器对湿度进行监测，所得的信号，送入单片机，由单片机对信号进行处理。测得土壤的湿度值送到LCD液晶显示电路中，当土壤湿度低于设定值时，系统报警 。
图2-1 硬件总体框图
三、硬件设计
(一)单片机的选用
现代的集成电路快速发展，很小的一块集成电路就是由计算机的各个部件所合成的。即单片机。
单片机应用广泛，特点鲜明，灵活小巧，适应的环境较宽，性能强大。它主导着现代技术的发展。最为常用的最属89系列类的单片机，其特点鲜明：（1）内含Flash存储器（2）静态时钟方式（3）与MCS-51相兼容（4）利用率高（5）可多次实验。
使用方便时选用AT89C52的一个主要原因，一般的产品，如果出现错误的编程就会变成废品，而89系列的单片机编程可多次重复，易于错误的修改。保证到系统的最优。如图3-2所示
AT89C52单片机引脚功能（如表3-1所示）
时钟电路
时钟电路是单片机不可少的基准电路，时钟信号是由内部的振荡和外部的振荡组成，它是单片机里的微操作时间准则。52单片机内部强大，含有一个放大器，XTAL1引脚和XTAL2引脚为放大器的输入端和输出端，时钟电路结构简易，连接方式所得的信号稳定而强大，使用的过程中采用内部震荡方式，后由反馈元器件和反向放大器构成一个自激振荡器并且产生时钟脉冲。
如图3-2所示为外接晶体并联谐振电路C6、C7。它们起振迅速，振荡的频率能够稳定。均值为22P左右，晶振为12MHZ。
3.复位电路
复位电路即为一种特殊功能寄存器，它是能够实现单片机内部的程序全部初始化。
表3-1 52单片机引脚功能
图3-2单片机主电路
然而单片机的内部是没有复位电路，它必须被外接，外接的复位电路可实现系统的初始化，一般情况下，引脚RST是引起电路复位重要组成。当RST为两个机器周期以上的高电平的时候，会使得复位电路的复位。如果引脚RST一直被处于高电平的状态，则单片机会是一种特殊的复位状态，即循环复位。复位后的I/O口为FFH，堆栈SP为07H，其他的寄存器全部清0，复位时内部的RAM不受到它的影响，本系统为上电复位，如图3-2所示R9值10K，C8取10uF。
(二)数据存储电路
单片机里的数据保存，而能使得它们保存较好的电路就是AT24C02，它可以对单片机进行简单的读写，不需要另外的编程器，更不需要提高电压来进行编程，内含8位字节，本质减少了功耗。
其引脚功能：如表3-3所示
表3-3AT24C02的功能
本实验该器件的SCL引脚与SDA引脚分别接单片机的P1.6脚与P1.7脚进行编程。
（5）价格低廉，体积小，运用广泛。2.电路设计
如图3-7所示，湿度传感器DHT11的Dout引脚与单片机P2.0相连，进行串行数据的传送，当测得的数据低于设定值，则会发生报警，DHT11需要一个电阻与大约5V的电压相连，如图所示。
图3-6湿度传感器电路
（五）控制系统电源电路
如图3-7所示，P3为电源控制开关，D+、D-接USB口，VCC接5V电源电压，GND接地，P3主要是直流电源的开关，P9为USB电源供电，如果无5V电源电压，可以采用USB供电。
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