基于單片機的智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機的智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要 隨著社會的發(fā)展，人民越來越注重環(huán)境質(zhì)量。養(yǎng)殖花卉成了首要選擇，在家養(yǎng)殖可以陶怡情操，豐富生活。同時花卉可以通過光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣同時還可以凈化空氣，而且花卉還可以吸收有毒物質(zhì)例如剛裝修的房屋里的苯、甲醛等。因此越來越多的人喜歡養(yǎng)殖花卉。本文設(shè)計了一種智能濕度感應(yīng)澆花系統(tǒng)。系統(tǒng)以單片機AT89S52 為控制芯片，啟動澆花之前先有蜂鳴器報警，按時按量的供水是完成每天在限定的時間自動啟動水泵澆花，按照各種花卉所需水量的差別，使用一個按鈕裝置來控制給水的時間，也就是電磁閥開啟和閉合的時間，其余時間水泵不轉(zhuǎn)，不會有水流通供給

2、補水；按照溫度、濕度來嚴格控制給水主要用到的是SLHT5-1 土壤溫度、濕度傳感器，如果傳感器檢測溫度、濕度都達不到規(guī)定的要求，就開始澆花，達到了規(guī)定的溫度、濕度就停止?jié)不?。該系統(tǒng)既能按時、按 量的給花卉澆水，還可以為節(jié)約水資源，從而讓花卉更好的生長。關(guān)鍵詞：單片機；智能澆花系統(tǒng)；傳感器；Abstract With the development of society, people pay more and more attention to environmental quality. Flower cultivation has beco

3、me the first choice, in farming can Tao Yi sentiment, enrich life. At the same time, flowers can absorb carbon dioxide through photosynthesis release oxygen also can purify the air, and the flower also can absorb

4、60;toxic substances such as just decoration house of benzene and formaldehyde. So more and more people like to breed flowers. This paper designs a kind of intelligent humidity sensing watering system. The systemwith AT89S52 single chip comp

5、uter as control chip, first started watering the flowers before thebuzzer alarm, timing quantitative watering is to pump water the flowers every day to open automatically at a specified time, according to the different flowers nee

6、d different quantity of water, with a button to set the watering time length, i.e., the solenoid valve open time, the rest of the time the pump does not turn water can not flow through, according to water the flowers;humidity control&#

7、160;is to use a SLHT5-1 soil moisture sensor, when the detected humidity did not reach the setting humidity, began to water the flowers, to the setting humidity stop watering.This system can not only on time, according to the 

8、;amount of give flower watering, can alsosave water resources, so as to make flowers grow better.Keyword: MCU ;  intelligent watering system ;  sensor 目 錄專心-專注-專業(yè)1、 緒論 國內(nèi)外均有自動澆花系統(tǒng)的實際使用，大部分自動供水灌溉系統(tǒng)都是采用虹吸的方式，也就是運用滲透的原理來實現(xiàn)補水澆，該模式的補水過程是持續(xù)的、不中斷的，根據(jù)該種模式只可以

9、確保不會出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，而不是根據(jù)花的實際需要來實施補給供水。另外部分自動澆水系統(tǒng)，能夠在規(guī)定的時間內(nèi)向花卉進行補水，這兩種方式基本一致，都不是按照花的需求來進行補水灌溉。同時還有部分自動澆水系統(tǒng)，主要運用單片機控制的原理，根據(jù)溫度、濕度傳感器獲取溫、濕度的具體數(shù)據(jù)，再根據(jù)設(shè)定值來實現(xiàn)自動補水澆灌，只不過這種方式要求外界提供水龍頭的前提下才能使用。通常家庭花草種植普遍都放置于陽臺上，而陽臺上常常不會用到水龍頭，于是使用起來相對較為棘手。本文設(shè)計的基于單片機智能澆花系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在陽臺上的應(yīng)用，可以做到定時、定量地澆花。1.1選題目的及意義 隨著生活水平的提高，許多城鄉(xiāng)居民為了美化環(huán)境，凈化空氣，喜

10、歡在家中陽臺上種植一些花草。但現(xiàn)代人的生活節(jié)奏越來越快，事情越來越多。植物是離不開水的，需經(jīng)常澆灌。很多人有時忘了定時、適量給花卉 澆水。而人們出差或有事不在家時，植物的供水就會中斷，植物面臨干枯?；ú萆L的問題80%以上由花兒澆灌問題引起，好不容易養(yǎng)的花卉澆水，因為澆水問題而長勢不好或更嚴重的出現(xiàn)枯萎甚至凋亡。 有些植物對濕度的要求很高，人為的過度澆水，植物的根莖容易腐爛，從而影響到植物的正常生長。雖然市面上也有賣澆花的裝備但昂貴的價格和其性價比讓人望而卻步。那種澆花裝 置大部分只能是指定時澆水時間，很難做到給花卉適時、適量澆水。還有花卉缺水報 警器但其只能報警并不能適時、適量的澆水。其效果

11、可想而知。為了解決按時、適量澆 水問題，所以我設(shè)計自動澆花體統(tǒng)，通過傳感器感知土壤濕度、光照強度、溫度并傳達 單片機，由單片機判斷花卉是否缺水并最終傳達給電磁水閥，從而達到適時自動澆水。1.2 國內(nèi)市場發(fā)展現(xiàn)狀 微噴、微灌是近些年應(yīng)用國內(nèi)外的自動澆水設(shè)施。微噴主要由微噴帶組成1。其工作原理是利用水壓力后交付和微噴嘴帶領(lǐng)域,通過排水洞微噴,在重力和空氣阻力的影響,形成一個細雨的噴涂效果。微噴帶的出水孔多半采用空氣組方式，按照一定距離和一定規(guī)律布置，如：斜三通、斜五孔、左右孔、橫三孔和無空等，出水孔一般采用機械鉆孔、啟動打孔和激光打孔，孔徑為0.1-0.2mm，空形呈圓形。其用途：蔬菜、蘑菇、 苗

12、圃果園、花卉、大棚等。微灌是利用微灌設(shè)備組成微灌系統(tǒng)，用壓力將水分配到田間，通過灌水去以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種局部灌水技術(shù)。微灌技術(shù)可以很容易地將水分配到每一株植物的土壤，,經(jīng)常保持低水壓力可以滿足作物生長的需要2。但微灌系統(tǒng)的投資通常遠高于地面灌溉;出口很小,容易堵塞,過濾系統(tǒng)的要求。 許多年前,國外已經(jīng)開始普及,國內(nèi)使用的電子自動澆花大部分從國外進口,價格是 昂貴的,但是質(zhì)量是可靠的，但不太適合國內(nèi)使用。國內(nèi)外流行的玻璃自動澆花。這種類型的灌溉設(shè)備大多數(shù)在中國山西和浙江地區(qū)的加工生產(chǎn),價格很便宜,實際沒有電子自動澆花是好的。種花簡單澆花難，很多商家看到了這塊市場。目前這種小家

13、居用品制 造商主要集中在廣東、上海、浙江地區(qū)3?，F(xiàn)在市場上的自動澆花,主要有以下幾類： 玻璃、陶瓷類自動澆花器玻璃、陶瓷類自動澆花器又叫自動滲水裝置，它由本身材質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)器具的物理滲水原理完成自動澆灌，當自動澆水器內(nèi)部存水，自身形成一定的壓力，當遇到干燥的土壤，水就會自上而下的流出，當土壤濕潤以后，會形成一個堵塞壓力，從而導致水流速度變慢或者停止4。器具工藝不同，效果也不一樣，當然也因土壤的疏松情 況決定器具內(nèi)水流的速度。當前傳感器技術(shù)與單片機技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用逐步由工業(yè)、軍事等領(lǐng)域向其他領(lǐng)域滲透，已經(jīng)和我們的日常生活息息相關(guān)。而且智能家居概念也越來越受人們的推崇， 因此，微電腦

14、控制的電子類自動澆花系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景。 電子類自動澆花器（時控臨噴裝置)該系統(tǒng)主要構(gòu)成為：主機（或者控制器）、主管、分水接頭、副管噴淋管。時控臨噴澆花裝置根據(jù)電源的不同分為交流電自動澆花器和電池自動澆花器兩種?？刂破鞯囊话阈阅苡校弘姶砰y控制；智能時控電路微電腦芯片控制；適用電AC220V/50HZ；最適宜水壓0.3-0.6Mpa；待機功率（4VA，澆水時12VA）；可控制連續(xù)作業(yè)時間是1 分鐘至168 個小時；可每天自動完成十次以上澆水作業(yè)，可每天、隔天、隔多天自動循 環(huán)進行澆水，手動自動兩用；每天計時誤差小于正負3 秒；電器適應(yīng)環(huán)境溫度為-10 50；相對濕度90%RH5。 1.3 研究

15、方法和手段 本畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計單片機控制的自動澆花系統(tǒng)。所有節(jié)點按照在網(wǎng)絡(luò)中的功能不同分為協(xié)調(diào)器節(jié)點、傳感器節(jié)點和控制器節(jié)點。單個網(wǎng)絡(luò)中只有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點,它作為整個網(wǎng)絡(luò)的中心,存放所有的控制策略,它能接收傳感器節(jié)點向其發(fā)送的數(shù)據(jù),通過智能判斷后,再把灌溉命令發(fā)送給控制器節(jié)點;傳感器節(jié)點分布于灌區(qū)的各個地方,配有各種 傳感器,如測量溫度、空氣濕度、光照度等的傳感器,負責采集灌區(qū)的環(huán)境參數(shù), 主要研究土壤濕度與澆水量之間的關(guān)系、澆灌控制技術(shù)及設(shè)備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個部分。并按一定的時間間隔發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點;每個控制器節(jié)點負責一個分灌區(qū)的灌溉作業(yè), 它直接與灌溉的執(zhí)行器(如閥門、水泵等)相連,當

16、接收到協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送的灌溉命令后, 則執(zhí)行相應(yīng)的操作7。土壤溫濕度傳感器可將檢測到的土壤溫濕度模擬量放大轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過單片機內(nèi)程序控制精確的將溫度與濕度分別顯示在LCD 顯示屏上，同時通過單片機內(nèi)的中斷服務(wù)程序判斷是否要給花澆水,若需澆水則單片機系統(tǒng)發(fā)出澆水信號并經(jīng)放大驅(qū)動設(shè)備開啟電磁閥進行澆水若不需澆水則進行下一次循環(huán)檢測。 2、基于單片機的智能澆花系統(tǒng)2.1系統(tǒng)組成部分該系統(tǒng)主要由土壤濕度檢測電路、鍵盤、LCD 液晶顯示電路、報警電路、水泵控制電路等組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。通過土壤濕度傳感器測量出土壤濕度信號，單片機采集土壤濕度信號并進行分析和處理，輸出控制信號，控制水泵工

17、作與否，從而達到按需澆花的目的。圖1 智能澆花系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)工作原理由于不同的花卉有不同的需水特性，澆花時應(yīng)適時適量，按需澆花。為此，系統(tǒng)采用模糊控制的方式達到精確澆花的目的。一方面，單片機采集土壤濕度信號，并通過計算判斷是否應(yīng)該澆花; 另一方面，單片機采用查表的方法來實現(xiàn)澆水量的模糊控制。在軟件設(shè)計時，根據(jù)不同花卉的需水量，將其土壤濕度值允許區(qū)間存入表格中，即模糊控制響應(yīng)表，這些數(shù)據(jù)均是人們長期積累的經(jīng)驗值，并將表格事先置入ROM 存儲區(qū)的某一位置中供查表使用。例如: 對君子蘭進行自動澆水，單片機將采集到的濕度信號與表格中的君子蘭最小濕度值進行比較，當采集到的濕度值小于表格中的最小濕

18、度值時，開始澆花；當采集到的濕度值大于表格中君子蘭的最大濕度值時，停止?jié)不?，從而控制澆水的時機及澆水量的多少8。在單片機控制系統(tǒng)中可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。鍵盤是由一組常開的按鍵組成，每個按鍵都被賦予一個代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是 通過一個編碼電路識別閉合鍵的鍵碼，非編碼鍵盤是通過軟件來識別鍵碼。由于非編碼鍵盤的硬件電路簡單，用戶可以方便的改變鍵的數(shù)量，因此在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 3、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 AT89S52型單片機AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash。使用Atmel 公司高密度非技術(shù)制造，與工業(yè)

19、80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器9。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工， 片內(nèi)晶振及。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、/、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方

20、式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。3.2 土壤濕度檢測電路 本設(shè)計采用土壤溫濕度傳感器SLHT5-1。該傳感器采用全量程標定，兩線數(shù)字輸出，可直接與單片機連接實現(xiàn)，具有相當高的統(tǒng)一性，濕度測量限度為0100%RH。能夠把探頭直接插入土壤中，并且可以在草地、花園、農(nóng)業(yè)溫室大棚、苗圃等土壤中進行溫、濕度的檢測運用。具體檢測電路見圖2 。圖2 SLHT5-1 土壤濕度傳感器檢測電路3.3鍵盤及液晶顯示電路 該設(shè)計選取了LCD12232F 液晶顯示模塊，其具有內(nèi)置的字節(jié)庫，不具存儲功能，采用并行連接的模式，使用起來相對便捷。用于顯示系統(tǒng)的操作狀態(tài)、花卉種

21、類、土壤溫、濕度信息。鍵盤選取獨立式的按鈕，其中主要有復位按鈕、選取花卉類別按鈕、開啟按鈕。開機時出現(xiàn): “歡迎您的到來”，其次出現(xiàn)“請選取花卉類別”。依靠對選取花卉類別按鈕的設(shè)置，根據(jù)液晶屏出現(xiàn)的內(nèi)容，確明確花卉的種類。該系統(tǒng)主要有香雪蘭、仙人球、銀杏、牡丹、蘆薈、芍藥、君子蘭，總共七個品種的花卉，同時內(nèi)置有七個不同的溫、濕度范圍。在明確完花卉類別之后，將出現(xiàn)花卉的具體名稱，到此為止設(shè)置完成。3.4水泵調(diào)節(jié)電路 圖3為水泵調(diào)節(jié)電路圖，其中三極管發(fā)射極E 連接繼電器線圈的端點，線圈的另一端接到+ 5V 電源VCC 上，三極管Q1的基極B連接單片機P3.6上; 而繼電器線圈兩端并聯(lián)二極管IN41

22、48，以實現(xiàn)繼電器線圈停電時引發(fā)的反向電動勢的消除，避免反向電勢擊壞三極管、擾亂其余電路; R2同紅色發(fā)光二極管構(gòu)成一個繼電器狀態(tài)指示電路，如果繼電器通電吸合，LED將會變亮，由此就可以實現(xiàn)對繼電器操作狀態(tài)的檢測。圖3 水泵調(diào)節(jié)電路圖其中系統(tǒng)水泵選取220V 供電潛水泵，最大流量1640L /H，澆花噴頭選取花灑噴頭，達到均勻噴水目的，避免局部土壤濕度過高，檢測不穩(wěn)定。如果AT89S52 單片機中P3.6 引腳導入高電平，那么三極管飽和電流通過，+5V電源接入繼電器線圈接口，使得繼電器閉合，并且發(fā)光二極管工作狀態(tài)也將變亮，而繼電器的常開觸點關(guān)閉，也就是水泵通電，于是水泵進行澆水。另外，如P3.

23、6引腳導入低電平，那么三極管將不會導電，繼電器線圈兩端由于無法產(chǎn)生電位差，使得繼電器銜鐵斷開，并且發(fā)光二極管的工作狀態(tài)也將變熄滅，同時繼電器的常開觸點斷開，也就是水泵斷點，于是水泵停止進行澆水。3.5報警電路 因為該系統(tǒng)主要應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境中，為防止水泵的開啟影響到他人，該系統(tǒng)內(nèi)置了一個報警電路。通常水泵開啟以前就會出現(xiàn)“嘟嘟嘟”的幾秒警報聲，然后水泵才實現(xiàn)補水。該報警電路圖見圖4。主要是單片機中P3.0引腳來決定三極管開啟與閉合，實現(xiàn)控制蜂鳴器的通斷。圖4 報警電路3.6單片機最小系統(tǒng) 3.6.1 晶振電路設(shè)計 AT89S52 單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個反相放大器形成的振蕩器，XTAL2與XTAL

24、1各自是振蕩電路中的輸出端與輸入端。同時在XTAL1與XTAL2引腳上連接定時器件，其內(nèi)部振蕩電路于是能夠?qū)崿F(xiàn)自激振蕩。定時器件一般是由石英晶體與電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路。系統(tǒng)選擇12MHz的晶振片，兩30pF的電容C7和C8。3.6.2 復位電路 本設(shè)計采用的按鍵復位電路，當要系統(tǒng)自動復位時，只需要按住S 按鍵，此時電源 Vcc 經(jīng)過電阻R1、R2 分壓，并且在RST 端產(chǎn)生一個復位的高電平。同樣，只要保證RST 端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統(tǒng)自動能實現(xiàn)正常復位。復位電路如圖5 所示：圖 5 AT89C52 單片機的復位電路3.6.3按鍵消抖方法 非編碼鍵盤可以分為獨立式鍵盤和行列

25、式鍵盤兩種結(jié)構(gòu)形式。行列式鍵盤是將I/O 線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點上，這種結(jié)構(gòu)形式的鍵盤適用于鍵數(shù)較多的場合，但硬件電路結(jié)構(gòu)較復雜。獨立式非編碼鍵盤中每一按鍵都獨立地占用一條數(shù)據(jù)線，當一按鍵閉合時，相應(yīng)的I/O 線變?yōu)榈碗娖健τ谔幱诔ｉ_狀態(tài)的獨立式鍵盤，當按鍵閉合時I/O 線為低電平，當按鍵為常態(tài)時I/O 線為高電平10。由于機械觸點的彈性作用，觸點在閉合和彈開瞬間的電接觸情況不穩(wěn)定， 造成電壓信號的抖動，。鍵的抖動時間一般為510ms。為了避免一次閉合引起的CPU 多次處理，就要采用措施消除抖動。去抖動的方法有硬件去抖和軟件去抖兩種方法。硬件去抖一

26、般采用雙穩(wěn)態(tài)去抖電路。軟件消抖方法是在CPU 檢測到有鍵按下是，延時1020ms，再次檢測該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)，如果保持閉合狀態(tài)，則確認有鍵按下，否則從頭檢測。在本次設(shè)計中用到的鍵數(shù)較少，為了簡化硬件電路，選用獨立式非編碼鍵盤，并采用軟件消抖的方法來消除按鍵抖動。4、系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計包括初始化、顯示子程序、選擇花卉種類子程序、土壤濕度檢測子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、報警子程序等，主程序流程圖如圖6 所示。圖6 主程序流程圖 本設(shè)計采用AT89S52 單片機當做控制芯片，構(gòu)造出一款智能澆花系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)花盆中土壤濕度來調(diào)節(jié)水泵的運行和中斷。選取模糊控制形式來調(diào)節(jié)澆水的量，同時對土壤

27、濕度采取實時檢測，并且與設(shè)定好模糊控制響應(yīng)表的濕度值做出對比，判定澆水量有沒有滿足標準，全面完成定時定量智能化澆花。系統(tǒng)按照各種花卉的實際需求狀況設(shè)定了對應(yīng)的澆水量，只要開機后設(shè)定花卉的類別，系統(tǒng)就可以自動早出需調(diào)節(jié)的溫、濕度區(qū)域11。該系統(tǒng)置于家中陽臺上較為實用，通過實驗驗證效果明顯。同時該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在草場、花卉、溫室大棚、苗圃等場合應(yīng)用，即方便又節(jié)約水源。 總 結(jié) 本次設(shè)計的系統(tǒng)以單片機為控制中心，用溫度、濕度傳感器來檢測環(huán)境的溫度、濕度，依靠對溫度、濕度傳感器檢測的溫度與系統(tǒng)預設(shè)溫度、濕度值的對比。在實驗過程中，檢測到花卉缺水時，水泵于是開啟進行供水，當水量達到一定額度時，水泵自動停止供水。液晶顯示器穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度、濕度和設(shè)置的溫度、濕度。智能澆水系統(tǒng)是通過單機片程序設(shè)定澆水的上下限度，并且還同溫度、濕度采集電路送入單機片的土壤濕度值相比較，當傳感器檢測到的濕度值低于設(shè)定的下限值時，單片機輸入一個信號，開始澆水，高于設(shè)定的上限值時，再由單片機輸出一個信號，中斷水泵并停止?jié)菜?通過本次畢業(yè)設(shè)計，使得我更深入的認識了單機片智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，也使我實際上接觸到了檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計，