【基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9000字（論文）】

I基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要現(xiàn)如今社會(huì)發(fā)展迅速，生活節(jié)奏加快，我國(guó)社會(huì)上班族的工作時(shí)長(zhǎng)逐漸增加，因社會(huì)的發(fā)展雖然生活質(zhì)量極大提升，但對(duì)于養(yǎng)綠植愛(ài)好者來(lái)說(shuō)往往會(huì)因?yàn)槌霾罨蚬ぷ鞣泵Φ葐?wèn)題導(dǎo)致家中的綠植無(wú)法及時(shí)得到照顧，如何更加合理、適時(shí)適量的給綠植澆水，實(shí)現(xiàn)無(wú)人看護(hù)也是困擾他們?cè)S久的問(wèn)題。當(dāng)今社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展迅速，更多的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)、種植業(yè)中，自動(dòng)化技術(shù)已成為生活中的重要技術(shù)手段，將單片機(jī)運(yùn)用到綠植澆水系統(tǒng)中也越來(lái)越受到養(yǎng)花者的青睞的一種自動(dòng)澆水系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中的主要傳感器土壤濕度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)綠植的所處土壤環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至單片機(jī)中并加以數(shù)據(jù)處理判斷分析，從而控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)綠植的自動(dòng)澆水。關(guān)鍵詞:自動(dòng)澆水系統(tǒng)；STC89C52單片機(jī)；光敏電阻；土壤濕度傳感器目錄TOC\o"1-2"\h\u72631緒論 1145941.1課題背景 1140791.2課題意義 1302171.3課題研究?jī)?nèi)容 2122502系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 5306612.1整體設(shè)計(jì)架構(gòu) 5290212.2實(shí)現(xiàn)方案 5154222.3方案論證 6290682.4方案選定 764003硬件設(shè)計(jì) 7289213.1主控模塊設(shè)計(jì) 8206703.2檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 9169723.3顯示模塊設(shè)計(jì) 1190233.4執(zhí)行模塊設(shè)計(jì) 13263703.5按鍵模塊設(shè)計(jì) 1344934軟件設(shè)計(jì) 14295374.1主程序流程設(shè)計(jì) 1583784.2檢測(cè)模塊流程設(shè)計(jì) 16313954.3液晶顯示流程設(shè)計(jì) 17306514.4執(zhí)行流程設(shè)計(jì) 1835625整體調(diào)試 18228235.1系統(tǒng)初始值設(shè)定 19275245.2實(shí)時(shí)檢測(cè)調(diào)試 2016348結(jié)論 2224019參考文獻(xiàn) 241緒論1.1課題背景隨著社會(huì)生活的進(jìn)步，許多城鄉(xiāng)居民為了美化環(huán)境、凈化空氣，喜歡在家中陽(yáng)臺(tái)種植一些花草REF_Ref23618\r\h[1]。家中養(yǎng)護(hù)綠植不僅可以裝飾家庭環(huán)境，也讓人們心情愉悅。除此之外綠植養(yǎng)護(hù)也對(duì)人們的身心健康有很大的益處。因此，養(yǎng)綠植成為了一種趨勢(shì)。養(yǎng)護(hù)綠植的關(guān)鍵問(wèn)題就在于澆水是否能夠做到及時(shí)并且適量，這往往是養(yǎng)護(hù)的成敗所在。但隨著生活節(jié)奏變快，人們有時(shí)會(huì)忘記對(duì)綠植的澆灌。當(dāng)因工作出差或者不在家，往往會(huì)忘記給綠植及時(shí)澆水，導(dǎo)致枯萎死亡。如果購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)如今通用的能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)澆水的裝置往往花費(fèi)很高的價(jià)錢(qián)，令人望而卻步，澆水的水量也無(wú)法精準(zhǔn)控制，其他的設(shè)備也只能做到提醒人們及時(shí)澆水而不會(huì)自動(dòng)處理。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)一款能夠同時(shí)檢測(cè)土壤濕度、光照、溫度的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，真正做到無(wú)人參與時(shí)綠植也可以得到及時(shí)的照顧。1.2課題意義本課題的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各種傳感元器件進(jìn)行檢測(cè)后會(huì)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，控制系統(tǒng)啟動(dòng)執(zhí)行單元對(duì)綠植所處環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。工作機(jī)理是與設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，判斷是否需要澆水或者補(bǔ)溫降溫和補(bǔ)光。本次設(shè)計(jì)的意義在于更好的解決了家庭養(yǎng)護(hù)綠植所存在的不可忽視的問(wèn)題，如適時(shí)適量澆水、控制環(huán)境溫度、補(bǔ)光，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人培植。通過(guò)本次設(shè)計(jì)的研究和分析，對(duì)單片機(jī)強(qiáng)大的功能加以更好的運(yùn)用，既解決了日常綠植養(yǎng)護(hù)問(wèn)題，還為農(nóng)業(yè)、種植業(yè)提供合理方案，為改善一部分農(nóng)業(yè)問(wèn)題提供實(shí)踐理論與結(jié)果，經(jīng)調(diào)查，目前農(nóng)田灌溉方面還是以漫灌為主，造成了有限的水資源的浪費(fèi)，加劇了灌溉用水的供需矛盾；同時(shí)，漫灌作業(yè)還存在灌溉不均勻、作業(yè)效率低、浪費(fèi)人工工時(shí)等缺點(diǎn)REF_Ref27321\r\h[9]。在這種情況的驅(qū)使下，使得將單片機(jī)技術(shù)更加普及的運(yùn)用到日常與農(nóng)業(yè)，從而改善農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。1.3課題研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要研究基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的目的在于通過(guò)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)綠植所處自然環(huán)境的土壤濕度、溫度以及光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)。利用各種傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，其中土壤濕度傳感器對(duì)土壤濕度實(shí)時(shí)檢測(cè)，并可以控制執(zhí)行模塊來(lái)對(duì)綠植自動(dòng)澆水。利用光照檢測(cè)傳感器進(jìn)行補(bǔ)光和利用溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度進(jìn)行適合的增溫和降溫，達(dá)到對(duì)綠植的濕度、溫度和光照的檢測(cè)調(diào)節(jié)效果。1.3.1國(guó)內(nèi)外研究狀況近些年，國(guó)內(nèi)外廣泛使用微噴系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種新型灌溉設(shè)施，水流經(jīng)過(guò)特殊處理噴出，變成細(xì)小的水珠，形成水霧，這樣能讓花草綠植以及地面土壤更好的保持水分。與以往灌溉比較，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于覆蓋率廣泛密集，而且用水量會(huì)減少許多，對(duì)花草綠植的沖擊力也會(huì)降低。在此基礎(chǔ)上研究出的自動(dòng)澆水器可以成為養(yǎng)花愛(ài)好者新需求的懶人園藝工具。其實(shí)國(guó)外很早就已經(jīng)開(kāi)始普及微噴技術(shù)的自動(dòng)澆水系統(tǒng)，因?yàn)閲?guó)內(nèi)需求量不大而且進(jìn)口價(jià)格昂貴讓人望而卻步，俗話(huà)說(shuō)：種花容易養(yǎng)花難，有研究表明，綠植長(zhǎng)期處無(wú)暇顧及的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致綠植出現(xiàn)生長(zhǎng)問(wèn)題，而這些問(wèn)題大部分是澆水過(guò)量或者長(zhǎng)期缺水造成的REF_Ref598\r\h，因此設(shè)計(jì)一個(gè)家用自動(dòng)澆灌裝置十分必要REF_Ref598\r\h[10]，國(guó)內(nèi)外許多商家也已經(jīng)看到了這種潛在的需求量。因此設(shè)計(jì)一個(gè)能夠具有自動(dòng)澆水、控溫和補(bǔ)光的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)成為園藝用品研究的重點(diǎn)，同時(shí)研究開(kāi)發(fā)一款低成本、使用維護(hù)便捷且拓展容易的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)是一項(xiàng)具有前瞻性的工作。1.3.2自動(dòng)澆水系統(tǒng)的主要應(yīng)用綠植自動(dòng)澆水技術(shù)應(yīng)用前景十分廣泛，既可以用于家庭綠植養(yǎng)護(hù)中，還可以將其擴(kuò)展至園藝栽培和農(nóng)業(yè)種植業(yè)中。我們?nèi)粘Ｊ褂脧V泛的綠植自動(dòng)澆水技術(shù)就是滴灌技術(shù)。滴灌技術(shù)現(xiàn)在大力推廣，遍及領(lǐng)域也廣闊起來(lái)，我們可以將該技術(shù)運(yùn)用于家庭綠植養(yǎng)護(hù)中，為自動(dòng)澆水技術(shù)提供合理構(gòu)思，為市場(chǎng)提供有利的切入點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步，綠植自動(dòng)澆水技術(shù)使用會(huì)更加廣泛。目前，自動(dòng)澆水系統(tǒng)已經(jīng)成為先進(jìn)國(guó)家進(jìn)行高效節(jié)水的重要手段。若在較為干旱的或水源貧乏的地區(qū)進(jìn)行綠植澆灌時(shí)，這種技術(shù)可以更好的利用水資源、減少水資源的浪費(fèi)，因此綠植的種植成本可以有效的降低。農(nóng)業(yè)、種植業(yè)問(wèn)題中關(guān)鍵就是如何合理的運(yùn)用水資源，需要從水資源的開(kāi)發(fā)、水利輸送、各地土壤情況以及不同農(nóng)作物對(duì)水量的需求等多方面考慮，因此，自動(dòng)澆水技術(shù)研究的同時(shí)也要考慮水資源的最大程度利用，這是現(xiàn)代園藝養(yǎng)植和農(nóng)業(yè)、種植業(yè)迫切需要的。1.3.3綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)的發(fā)展前景目前世界上自動(dòng)化設(shè)備使用率逐漸普及，大到工廠，小至家中，都體現(xiàn)著智能與便捷。而綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)也是具有很大的前景，人們往往因?yàn)楣ぷ鲿?huì)忘記及時(shí)的給家中的綠植澆水，導(dǎo)致綠植因?yàn)槿彼珊悼菸?，研制出自?dòng)澆水系統(tǒng)可以很好的解決這一問(wèn)題。因?yàn)榭梢栽O(shè)定濕度閾值，可以根據(jù)不同綠植來(lái)設(shè)定不同的濕度，保證了綠植不會(huì)干旱枯萎或澆水過(guò)多澇死。擁有這一理念，可以拓展至農(nóng)業(yè)種植業(yè)中，就如文獻(xiàn)[11]所言，在某些發(fā)達(dá)國(guó)家中，他們?cè)诨ú莘N植和培養(yǎng)上以及農(nóng)業(yè)、種植業(yè)中，將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用其中，讓整個(gè)種植工藝更為先進(jìn)和智能化。因此，種植作物的產(chǎn)量和質(zhì)量會(huì)極大的提高，遠(yuǎn)超于國(guó)內(nèi)水平。目前國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)還處于初級(jí)階段，技術(shù)的先進(jìn)性與前瞻性遠(yuǎn)不如國(guó)外水準(zhǔn)，在這種情況下，單片機(jī)的應(yīng)用情況會(huì)比較匱乏，發(fā)展會(huì)受到很大的限制。所以，將單片機(jī)技術(shù)更好的應(yīng)用于生活生產(chǎn)之中將是關(guān)鍵問(wèn)題。1.3.4章節(jié)分布第一章對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)澆水系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，指出了目前所存在的一些待解決的問(wèn)題，介紹自動(dòng)澆水系統(tǒng)的發(fā)展前景，明確闡述了本設(shè)計(jì)的選題背景和目標(biāo)。第二章介紹自動(dòng)澆水系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，分析基于PLC控制設(shè)計(jì)的自動(dòng)澆水系統(tǒng)和基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的自動(dòng)澆水系統(tǒng)二者之間的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)比確定合適的方案并設(shè)計(jì)。第三章介紹一套完整的基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，按照設(shè)計(jì)方案將系統(tǒng)分為多個(gè)模塊，詳細(xì)闡述了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)并對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)設(shè)計(jì)中可能遇到的問(wèn)題提出合理的解決方案。第四章進(jìn)行系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計(jì)，介紹主體流程并詳細(xì)講解各個(gè)模塊的流程。第五章進(jìn)行實(shí)物仿真測(cè)試，通過(guò)實(shí)物的測(cè)試圖片與測(cè)試結(jié)果來(lái)說(shuō)明本次設(shè)計(jì)的實(shí)用性和合理性。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1整體設(shè)計(jì)架構(gòu)本系統(tǒng)選擇STC89C52單片機(jī)、LCD1602液晶顯示、光敏電阻、土壤濕度傳感器、DS18B20溫度檢測(cè)傳感器等元器件共同構(gòu)成。

（1）光敏檢測(cè)傳感器可以檢測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度，實(shí)時(shí)顯示在液晶屏上，可以通過(guò)按鍵設(shè)定閾值。實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度低于閾值，則打開(kāi)高強(qiáng)度LED補(bǔ)光燈。（2）利用溫度檢測(cè)傳感器可以檢測(cè)環(huán)境實(shí)時(shí)溫度，同樣將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，按鍵控制設(shè)定的溫度閾值。能夠控制相應(yīng)的執(zhí)行元件啟動(dòng)，如風(fēng)扇或者補(bǔ)溫?zé)?。?）利用土壤濕度傳感器檢測(cè)綠植所處土壤環(huán)境的相對(duì)濕度，可通過(guò)液晶屏觀察實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按鍵控制設(shè)定的土壤相對(duì)濕度。能夠控制繼電器使外界水泵啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)澆水功能。使用單片機(jī)來(lái)控制澆水有以下特點(diǎn)：1）系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)綠植所處環(huán)境。2）提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，模擬電路是系統(tǒng)的主要電路構(gòu)成，特點(diǎn)就是穩(wěn)定性好，并且系統(tǒng)的監(jiān)控范圍可調(diào)節(jié)。3）成本低也是該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，體積小造價(jià)低，適用范圍廣泛。4）該系統(tǒng)也有利于農(nóng)林種植業(yè)發(fā)展，節(jié)省大量的人力物力，可深入推廣至農(nóng)業(yè)種植業(yè)中。2.2實(shí)現(xiàn)方案本文設(shè)計(jì)方案是基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中的各種傳感器如土壤濕度傳感器、光照傳感器和溫度檢測(cè)傳感器采集環(huán)境參數(shù)，將采集到的模擬信號(hào)傳入A/D轉(zhuǎn)換模塊中，輸出數(shù)字信號(hào)到單片機(jī)中，并且LCD1602顯示屏能及時(shí)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。溫度、光照檢測(cè)電路可以判斷對(duì)綠植是否進(jìn)行補(bǔ)光和控溫處理。如圖1.1所示的使本系統(tǒng)的框架，當(dāng)綠植無(wú)人照顧時(shí)，在程序設(shè)定下進(jìn)行自動(dòng)澆水，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)閾值，可及時(shí)澆灌。當(dāng)溫度過(guò)高可打開(kāi)風(fēng)扇，溫度過(guò)低可打開(kāi)補(bǔ)溫?zé)簟Ｈ舡h(huán)境光照強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果不符合閾值范圍，高強(qiáng)度LED補(bǔ)光燈開(kāi)啟，用光來(lái)照射綠植。圖1.1結(jié)構(gòu)框架圖2.3方案論證本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，是需要能夠及時(shí)精準(zhǔn)的對(duì)綠植所處環(huán)境的所需數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和反饋并將檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的顯示到LCD1602液晶顯示屏中，與提前設(shè)置好的閾值進(jìn)行比較，若不符合，啟動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行模塊對(duì)環(huán)境進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)以及光照調(diào)節(jié)，直到數(shù)值符合設(shè)定閾值范圍內(nèi)。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)家庭養(yǎng)護(hù)綠植的需求，進(jìn)行兩種方案的比較，通過(guò)比較其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，來(lái)確定哪一種方案更加合理可實(shí)行。2.3.1方案舉例（1）基于PLC的自動(dòng)澆水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是PLC的功能十分豐富，內(nèi)部可以存儲(chǔ)大量控制指令可以同時(shí)進(jìn)行各種運(yùn)算。但它的缺點(diǎn)是成本太高，對(duì)于普通養(yǎng)花愛(ài)好者來(lái)說(shuō)未免大材小用，價(jià)格難以負(fù)擔(dān)，所以不予采用。（2）選用STC89C52單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)澆水系統(tǒng)的話(huà)操作便捷。系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低，利用C語(yǔ)言程序便可控制各個(gè)模塊電路工作，與PLC相比較性?xún)r(jià)比很高，所以使用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是十分合理的。2.4方案選定以上分析的兩種方案雖然都可以實(shí)現(xiàn)，但PLC大部分運(yùn)用在工業(yè)控制領(lǐng)域，抗干擾性性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的功能。本次設(shè)計(jì)僅應(yīng)用于家庭養(yǎng)花或者拓展到種植業(yè)中，不需要很復(fù)雜的控制功能，價(jià)格方面考慮，單片機(jī)則具有更高的性?xún)r(jià)比，而且功能也完全夠用，對(duì)于養(yǎng)花愛(ài)好者可謂是首選。所以依據(jù)以上分析，本次設(shè)計(jì)將采用STC89C52單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)是尤為合適的。3硬件設(shè)計(jì)本章具體介紹了綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)的硬件，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹說(shuō)明，包括單片機(jī)的介紹，傳感器的使用說(shuō)明，執(zhí)行模塊的介紹和分析，還有液晶顯示模塊的使用注意事項(xiàng)。3.1主控模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)將選擇STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，其性能穩(wěn)定、可操作性強(qiáng)。將其與時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，連接一起組成單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，如圖2.1所示。圖2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)鐘電路是必不可少的一部分，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)提供必須的時(shí)鐘信號(hào)以確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。將單片機(jī)的18、19引腳直接與時(shí)鐘電路連結(jié)，借助11.0592M晶振來(lái)為系統(tǒng)起振，圖中兩個(gè)30pF的電容目的是為了保證電路運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。復(fù)位電路主要起到當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)可以及時(shí)的強(qiáng)制系統(tǒng)歸零重啟，從圖中所示電路看出，復(fù)位電路與單片機(jī)的9引腳相接，與電容和電阻相串聯(lián)。系統(tǒng)上電時(shí)，RST變?yōu)楦唠娖?，系統(tǒng)復(fù)位。電容具有充放電功能，使電路穩(wěn)定保證復(fù)位的成功。復(fù)位電路存在的意義就是讓發(fā)生錯(cuò)誤的系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)正常。3.2檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)3.2.1土壤濕度傳感器本次設(shè)計(jì)的傳感元件選擇的是土壤濕度傳感器，選擇該傳感器的原因是其體積小，方便操作，成本低。并且可將傳感器直接插入土壤中，檢測(cè)模擬量，并將模擬量可直接傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境的土壤相對(duì)濕度。該傳感器的工作機(jī)理是依靠于傳感器前端的兩個(gè)探頭，通過(guò)探頭直接插入土壤中實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤的相對(duì)濕度，并且該傳感器的材質(zhì)是耐腐蝕的，因此耐用性也較高。通過(guò)水可以導(dǎo)電來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，土壤濕度高，傳感器阻值明顯降低檢測(cè)值升高，反之，阻值提高檢測(cè)值減小。

土壤濕度傳感器輸出端DO可以直接與單片機(jī)相接，直接檢測(cè)土壤濕度；模擬端AO可以直接與A/D模塊相接，將檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量傳輸至主控芯片單片機(jī)中。圖3.1土壤濕度傳感器實(shí)物圖3.2土壤濕度傳感器電路3.2.2光照檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊光照檢測(cè)模塊在本次設(shè)計(jì)中較為簡(jiǎn)單，只需簡(jiǎn)單的對(duì)光照強(qiáng)度的測(cè)量，因此選取了光敏電阻。光敏電阻是一款簡(jiǎn)單半導(dǎo)體光敏器件，具有較高的靈敏度，能夠快速響應(yīng)，其特點(diǎn)是光強(qiáng)則弱，光弱則強(qiáng)。利用這個(gè)特點(diǎn)，將其與A/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)電路直接連接，檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)顯示在LCD1602液晶顯示屏中，通過(guò)單片機(jī)判斷與提前設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，如果低于閾值時(shí)單片機(jī)控制打開(kāi)高強(qiáng)度LED補(bǔ)光燈，若環(huán)境光強(qiáng)高于設(shè)定閾值，則無(wú)須打開(kāi)補(bǔ)光燈。圖3.3光照檢測(cè)電路本次設(shè)計(jì)在溫度檢測(cè)傳感器方面選擇的是型號(hào)為DS18b20元件，因?yàn)樵搨鞲衅鬏敵龅男盘?hào)為數(shù)字信號(hào)，所以?xún)?yōu)點(diǎn)是可直接與單片機(jī)相連接。該傳感器具有小巧便捷，成本價(jià)格低，具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。因此，將該傳感器作為本次設(shè)計(jì)的元器件是十分合適的。圖3.4溫度檢測(cè)電路3.3顯示模塊設(shè)計(jì)型號(hào)為L(zhǎng)CD1602的液晶顯示屏作為本次設(shè)計(jì)的顯示模塊。該顯示屏特點(diǎn)就是顯示數(shù)值清晰，并且響應(yīng)及時(shí)，便于實(shí)時(shí)觀察環(huán)境數(shù)值。表3.1LCD1602控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光標(biāo)復(fù)位000000001*3輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6功能設(shè)置00001DLNF**7置字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址設(shè)置001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)入數(shù)據(jù)10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容11讀取數(shù)據(jù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容LCD1602液晶顯示屏中第一行為實(shí)時(shí)環(huán)境測(cè)量值，分別是光照強(qiáng)度、土壤濕度以及環(huán)境溫度，第二行則為提前設(shè)定好的各個(gè)環(huán)境閾值。LCD1602液晶顯示屏可以在電路中與單片機(jī)直接相接，通過(guò)查閱資料，該顯示屏存在一個(gè)對(duì)比調(diào)整端也就是圖中顯示的引腳3位置，起到的作用是當(dāng)電路輸入高電平時(shí)顯示屏的對(duì)比度會(huì)降低，當(dāng)電路輸入低電平時(shí)，顯示屏的對(duì)比度會(huì)提高。本次設(shè)計(jì)采用的是低電平所以導(dǎo)致顯示屏的對(duì)比度較高，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字顯示模糊或者閃屏的現(xiàn)象出現(xiàn)，所以接入10K電位器的目的就是消除該現(xiàn)象，讓屏幕中顯示數(shù)據(jù)清晰，如圖3.5所示。按照說(shuō)明書(shū)使用手冊(cè)將顯示屏與單片機(jī)連結(jié)，這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)使用的顯示屏進(jìn)行控制。顯示屏的字符控制主要是通過(guò)LCD1602顯示屏的7~14引腳與單片機(jī)的P0口相連接，使數(shù)據(jù)顯示在屏幕中，除此之外，利用編寫(xiě)好的程序也可以對(duì)LCD1602液晶顯示屏的各個(gè)引腳控制實(shí)現(xiàn)其功能。圖3.5顯示模塊電路3.4執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)在電路中加入繼電器來(lái)控制外接的水泵等設(shè)備。當(dāng)液晶屏顯示的環(huán)境參數(shù)不在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，單片機(jī)控制啟動(dòng)繼電器接通水泵澆水增加濕度或者直接打開(kāi)補(bǔ)溫?zé)簟⒀a(bǔ)光燈進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3.6執(zhí)行模塊電路3.5按鍵模塊設(shè)計(jì)我們熟知單片機(jī)的I/O口能實(shí)兩種用途，一是輸出，二是輸入。輸入功能是設(shè)計(jì)按鍵模塊所需要的。按鍵電路接地同時(shí)與單片機(jī)相連。接通電路后，單片機(jī)會(huì)對(duì)各個(gè)接口進(jìn)行判斷，若無(wú)誤則可以進(jìn)行各種操作和執(zhí)行命令。如圖3.7中所示，按鍵電路設(shè)置了三個(gè)按鍵，分別控制各個(gè)環(huán)境參數(shù)的閾值設(shè)置，S2、S3、S4分別為設(shè)置、加、減。圖3.7按鍵電路4軟件設(shè)計(jì)上一章介紹了硬件部分的主要模塊設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)也是同樣重要的。如今智能化時(shí)代的到來(lái)，軟件與硬件相輔相成，無(wú)論個(gè)人使用的手機(jī)、智能手表，還是國(guó)家高精尖科技項(xiàng)目，都離不開(kāi)軟件編程的參與，以軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。本章主要介紹該設(shè)計(jì)中的軟件部分并說(shuō)明系統(tǒng)在工作時(shí)如何運(yùn)行，對(duì)程序的運(yùn)行邏輯進(jìn)行說(shuō)明。4.1主程序流程設(shè)計(jì)圖4.1主程序流程圖通過(guò)主程序流程圖可以看出當(dāng)系統(tǒng)接通電源后，單片機(jī)和各個(gè)模塊以及LCD1602液晶顯示屏初始化，然后人為操作提前設(shè)置好閾值，接著各個(gè)傳感器開(kāi)始檢測(cè)環(huán)境參數(shù)并反饋給單片機(jī)，接受到數(shù)據(jù)后單片機(jī)進(jìn)行分析比較判斷測(cè)量值是否符合設(shè)置要求。液晶屏將數(shù)據(jù)保存在寄存區(qū)，顯示在屏幕上方便人們讀取數(shù)據(jù)，若測(cè)得數(shù)據(jù)不符合設(shè)定閾值，單片機(jī)控制執(zhí)行模塊啟動(dòng)，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)如澆水、補(bǔ)光等，然后再將新的數(shù)值顯示至顯示屏中。4.2檢測(cè)模塊流程設(shè)計(jì)檢測(cè)模塊主要是指系統(tǒng)內(nèi)的傳感器接收當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)傳送至主控芯片，利用提前編入的程序讓主控芯片對(duì)各傳感器控制，測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至液晶顯示屏中，與存儲(chǔ)設(shè)定好的閾值進(jìn)行對(duì)比。若環(huán)境土壤濕度低于設(shè)定閾值的話(huà)，單片機(jī)控制繼電器啟動(dòng)外接水泵，進(jìn)行自動(dòng)澆水。溫度和光照控制也是如此，該模塊的目的就是將檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至單片機(jī)，與設(shè)定值比較，來(lái)判斷是否進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。圖4.2檢測(cè)模塊流程圖4.3液晶顯示流程設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行初始化，各個(gè)傳感器元件檢測(cè)完環(huán)境參數(shù)后得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)及時(shí)傳送至STC89C52單片機(jī)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在第一行中，提前設(shè)置好的閾值會(huì)顯示在第二行中其液晶顯示流程如圖4.3所示。圖4.3液晶顯示流程圖4.4執(zhí)行流程設(shè)計(jì)圖4.4執(zhí)行流程圖如圖4.4所示，系統(tǒng)上電后各傳感器元件開(kāi)始檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，傳輸至單片機(jī)后會(huì)判斷各個(gè)數(shù)據(jù)是否符合閾值范圍，若符合則執(zhí)行模塊不會(huì)啟動(dòng)，若不符合設(shè)定閾值，執(zhí)行模塊啟動(dòng)，進(jìn)行系列操作如澆水、補(bǔ)光、補(bǔ)溫以及降溫等，直到環(huán)境參數(shù)回到閾值范圍內(nèi)，執(zhí)行模塊停止工作。5整體調(diào)試硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的結(jié)束意味著要開(kāi)始對(duì)各個(gè)模塊和程序進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)行調(diào)試關(guān)鍵在于保證將來(lái)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各個(gè)環(huán)節(jié)能否準(zhǔn)確無(wú)誤的進(jìn)行，環(huán)境數(shù)據(jù)能否及時(shí)精確的采集，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能否在檢測(cè)值不符合設(shè)定范圍時(shí)正常啟動(dòng)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目的。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)也要合理安排，若出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)的分析問(wèn)題原因所在，并提供合理方案解決問(wèn)題同時(shí)繼續(xù)調(diào)試。一旦調(diào)試結(jié)果與預(yù)期效果相一致，則可以將系統(tǒng)的軟硬件部分構(gòu)成完整的系統(tǒng)。5.1系統(tǒng)初始值設(shè)定在給系統(tǒng)接入電源前，需要完成的關(guān)鍵工作就是仔細(xì)檢查電路的連接，是否存在傳感元器件接反，三極管PN極接錯(cuò)的現(xiàn)象，若存在則可能出現(xiàn)接通電源后元器件燒毀或者電路燒毀的情況發(fā)生，所以檢查的過(guò)程不容忽視。系統(tǒng)調(diào)試的要求需要單片機(jī)能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行，各個(gè)傳感器元件能夠正常工作及時(shí)傳輸環(huán)境信號(hào)并顯示在LCD1602液晶顯示屏中，按鍵模塊需要做到能夠隨時(shí)改變?cè)O(shè)定的檢測(cè)閾值范圍，執(zhí)行模塊能夠及時(shí)啟動(dòng)并在調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)至設(shè)定閾值范圍內(nèi)停止工作。設(shè)計(jì)實(shí)物如圖所示。圖5.1系統(tǒng)實(shí)物圖5.2實(shí)時(shí)檢測(cè)調(diào)試給整個(gè)系統(tǒng)連接電源后，各個(gè)傳感器元件及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并且實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)反饋顯示在液晶顯示屏中，從圖5.2中看到，當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度為79lx，環(huán)境溫度為31℃，濕度為0%，此刻顯示數(shù)值基本符合當(dāng)前環(huán)境參數(shù)，所以檢測(cè)模塊運(yùn)行無(wú)誤，可以完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖5.2系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)圖系統(tǒng)接通電源并且各個(gè)傳感器將檢測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，啟動(dòng)各執(zhí)行模塊，經(jīng)檢測(cè)各模塊可以實(shí)現(xiàn)功能。在光照檢測(cè)方面，本設(shè)計(jì)選用了高強(qiáng)度LED燈進(jìn)行補(bǔ)光調(diào)節(jié)，當(dāng)光照設(shè)定為77Lx，此時(shí)環(huán)境光照強(qiáng)度為72Lx，低于設(shè)定閾值，此時(shí)高強(qiáng)度LED補(bǔ)光燈打開(kāi)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。溫度方面，當(dāng)前環(huán)境溫度為31℃，設(shè)定溫度為35℃，低于設(shè)定閾值此時(shí)補(bǔ)溫?zé)舸蜷_(kāi)。當(dāng)檢測(cè)的環(huán)境溫度比設(shè)定的溫度高時(shí)，單片機(jī)控制風(fēng)扇打開(kāi)，對(duì)環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)降溫處理。圖5.3系統(tǒng)環(huán)境控制調(diào)試圖結(jié)論本設(shè)計(jì)通過(guò)使用51單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)綠植自動(dòng)澆水系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)大量查閱資料分析國(guó)內(nèi)外家庭綠植養(yǎng)護(hù)技術(shù)，了解國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)澆水技術(shù)，并且閱讀大量文獻(xiàn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一款可以實(shí)現(xiàn)綠植自動(dòng)澆水的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)初期規(guī)劃好本次設(shè)計(jì)需要做什么準(zhǔn)備工作，為中后期的任務(wù)設(shè)計(jì)進(jìn)行鋪墊，同時(shí)此次設(shè)計(jì)也離不開(kāi)老師的悉心指導(dǎo)，最終確定了設(shè)計(jì)的整體框架，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)完成整個(gè)實(shí)物的設(shè)計(jì)，最終真正實(shí)現(xiàn)了綠植的自動(dòng)澆水功能。本次設(shè)計(jì)中利用51單片機(jī)的可編入程序功能，實(shí)現(xiàn)綠植養(yǎng)護(hù)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)及調(diào)節(jié)，通過(guò)設(shè)定閾值和各個(gè)傳感元器件及時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)中來(lái)判斷開(kāi)啟執(zhí)行模塊對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)?；驹倪x取也是聽(tīng)從導(dǎo)師的建議，選擇成本低性?xún)r(jià)比高，測(cè)量數(shù)據(jù)精確快速為主的元器件，采用STC89C52單片機(jī)作為設(shè)計(jì)的核心元件，傳感器方面選擇土壤濕度傳感器，DS18b20溫度傳感器，光敏電阻，并且通過(guò)LCD1602液晶顯示屏顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了綠植自動(dòng)澆水，并且可以實(shí)現(xiàn)控溫補(bǔ)光等功能。伴隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，綠植自動(dòng)澆水技術(shù)將更加智能化、更加穩(wěn)定，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人照顧。甚至該技術(shù)可以用于農(nóng)業(yè)和種植業(yè)中，實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)高質(zhì)量，為解決農(nóng)業(yè)問(wèn)題提供方案與建議。相信未來(lái)，該技術(shù)會(huì)更加成熟，準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性會(huì)由巨大提升。經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我受益匪淺，首先，通過(guò)對(duì)實(shí)物的前期準(zhǔn)備工作，明白了工欲善其事必先利其器，有充足的準(zhǔn)備，對(duì)各個(gè)元器件充分了解，才能為接下來(lái)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。然后，借助扎實(shí)的動(dòng)手能力和硬實(shí)的理論基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。最后，經(jīng)過(guò)每一次的調(diào)試，不懈的努力克服困難才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)趙麗,張春林.基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào),2012,22(06):650-651+664.朱鑫樂(lè),侯文靜,惠金娣.基于單片機(jī)的智能花盆設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化,2020(02):172-173.陳亞麗,楊偉兵.基于AT89C52單片機(jī)的自動(dòng)澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2020,19(01):23-25.陶曾杰,宋春雨,黃攀,曹斌芳.基于STM32的智能澆水系統(tǒng)[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,38(05):84-88.丁維麗,王雪妍,王天龍,陳秀艷.基于單片機(jī)和傳感器的智能澆花器設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技,2018,15(23):50-51.曾瀅.植物自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2018(15):31+42.劉仁志.基于STC89C52單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化,2018(04):39-41.孟凡姿,謝凱,楊宇超,邢仁杰.基于單片機(jī)的智能濕度澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].通訊世界,2018(04):294-295.杜瑞娟,米娜瓦爾·吾買(mǎi)爾,霍大勇.基于AT89S51單片機(jī)的智能型自動(dòng)澆水系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2018,40(07):206-210.張博,劉景艷,霍倩.基于STC89C52的家用自動(dòng)澆灌裝置[J].河北農(nóng)機(jī),2017(08):65-66+68.朱兆旭.基于單片機(jī)的澆水