基于单片机的智能浇灌专业系统设计.doc
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1、第十一届“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛作品设计报告室内自动浇花系统Auto-watering System in our House设计报告队伍编号:参赛学校: 西北民族大学 作 者: 沙苗 宋开强 周乾斌指引教师: 邓克岩 贺艳萍组 别:研究生组 本科组 高职组 摘 要在这个信息技术高速发展社会中,智能控制为人们生产生活带来了诸多便利。在家庭中,诸多花草养殖兴趣者由于工作、出差等因素对花草缺少照顾而由于产生许多烦恼。如何运用智能控制对此产生便利便是咱们要加以研究一种问题。本系统是基于AT89C51单片机家庭智能浇花系统,使用YL-69作为土壤湿度传感模块,LCD1602作为显示数据模块,
2、蜂鸣器作为告知模块,按键是用来设定报警数值。通过YL-69湿度传感器进行土壤湿度采集,单片机AT89C51进行信息解决,输出控制信号,控制信号通过控制继电器控制水泵电源与否通断,从而完毕自动浇水,浇水同步蜂鸣器会发出声音提示。核心词: AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵AbstractIn the society,with the developmentKey words:AT89C51、YL-69、LCD1602、水泵目 录1 引言32 系统设计32.1 方案论证32.1.1总体方案设计32.1.2 芯片选取42.1.3 系统构造42.2 系统硬件设立52.2.1 AT89C5
3、1重要性能参数52.2.2 时钟电路62.2.3 AT89C51复位电路72.2.4 YL-69土壤湿度传感器82.2.5 ADC0832功能特点及引脚92.2.6 ADC0832 控制原理102.2.7继电器112.2.8 蜂鸣器及按键112.3 系统软件设计122.3.1 系统流程图122.3.2 LCD1602显示程序132.3.3按键程序142.3.4 ADC0832芯片接口程序153 仿真设计与硬件调试153.1 163.2 仿真设计153.3 硬件测试与调试164 结论16参照文献18道谢19附录19第1章 绪论随着人们生活水平提高,花卉逐渐收到人们青睐,陶冶情操,净化空气。运用单
4、片机设计了一款家庭智能浇花器实现自动浇花,节约人力,以便人们出差时候,不至于影响花卉生长,如果在家也可以关断浇花器,手动浇花。浇花器设立为依照土壤湿度浇花。采用这种方式定量浇花时,数码管显示时间和流水时间。由于不同花和植物需要水不同特点,因此合理地浇水会使植物生长良好,也能达到节约用水目,因而,高效灌溉系统是可以依照人们意愿进行适量、适时方向发展。因此,本设计重要涉及两个方面,一是测量,获取土壤水分信息,并依照土壤水分、湿度和植物需水特性多少来拟定浇水水量。这将挣脱过去,只有浇水经验,给植物浇水要在科学基本上决策。二是控制,依照对土壤研究及植物需水特性进行合理浇水决策,即将老式只是凭经验由人工
5、手控制洒水器方式,变化为自动进行适量、适时、按需灌溉控制。系统依照由测量土壤湿度和植物合理生活环境,通过抽水装置控制给水量多少,从而使得水资源可以得到高效使用,同步也节约了人力,达到智能灌溉目。第2章 系统方案2.1 方案论证2.1.1总体方案设计在国内外都是用自动灌溉装置,其中大某些都是使用虹吸原理进行灌溉,即是使用渗入办法灌溉,这种灌溉办法是持续地、不间断。采用这种浇花系统仅仅只能保证花卉不应缺水而干枯死,但是对于植物来讲并不是其生长良好环境,并且挥霍水资源。本设计提供了一种智能灌溉系统,这个系统可以在没有人环境下在对植物进行灌溉,在浇水过程中,依照植物需要水分不同,对植物进行浇水控制。这
6、个系统是依照单片机原理,运用土壤湿度传感器进行数据收集,然后通过按键调节上下限,在通过单片机对收集数据分析及解决,进而判断外界土壤湿度值,如果土壤湿度低于设立下限,单片机控制水泵浇水同步蜂鸣器发出告知,当土壤湿度达到上限就停止浇水,从而达到自动浇花目。本实验重要完毕如下几种功能:1.用YL-69检测土壤湿度;2.使用LCD1602显示测量数据3.通过度析植物生存最佳环境设立灌溉上下限;4.使用单片机对采集到数据进行分析和解决,在控制水泵与否需要进行灌溉。这个系统是由硬件某些及软件某些构成,硬件划分为单片机主控、显示、土壤湿度检测、按键输入、水泵灌溉、蜂鸣器发出告知六大模块。主控模块位AT89C
7、51单片机是负责对数据分析及解决;YL-69作为湿度检测模块;湿度上下限是通过按键模块输入;显示模块是显示土壤湿度检测器检测出来湿度数值及其上限数值;水泵和蜂鸣器是用来执行系统命令。软件构造与硬件配备相适应,同样是使用模块化,它重要包括主程序、湿度采集子程序、显示数据子程序、按键输入子程序、执行子程序及系统定期中断服务程序等构成。这个系统很灵活,有较强交互性,可以随时设立湿度上下限;在系统开发设计中,应当将软件和硬件互相结合起来,并且个个部件都使用模块化设计思路。实验检查阐明,该系统测量数据误差小、运营稳定,有着很可靠使用效果,因此可以被广泛推广使用。2.1.2 芯片选取l 芯片选取:AT89
8、C51是由Atmel生产低电压、高性能CMOS8位单片机,同步AT89C51有着便宜价格,并且它和 MCS-51系列有这较好兼容性。因而在这个系统中采用AT89C51作为控制芯片。l A/D转换:ADC0832是具备双通道和8位辨别率A/D转换芯片。由于其性价比高、体积较小、兼容性很强特点,因而深受广公司欢迎及单片机兴趣者爱慕,当前普及率已经很高。l 继电器选取:设备在设计过程中是需要一种继电器来控制电磁阀工作。由于工作电压在只需要5V左右,并且成本相对而言比较低。因此在这个系统中选取了型号为松乐SRS-05VDC-SL型号继电器。其工作电压在 5V,其触电容值为3A/250VAC/30VDC
9、,并且在市场上价格为1.5元左右。l 显示屏选取:在系统设计过程需要一种显示土壤湿度值显示屏。LCD1602是一种专门可以显示英文字母、阿拉伯数字及符号点阵型液晶,其可以同步显示16*02即32个字符。市场价格大概为8元左右。2.1.3 系统构造本系统有电源接口电路、显示电路、土壤检测电路、继电器控制潜水泵电路、蜂鸣器电路、按键设立六大某些构成。系统原理图如图1所示。AT89C51单片机电源电路土壤检测LCD1602显示蜂鸣器水泵电路按键图1 系统原理图2.2 系统硬件设立2.2.1 AT89S51重要性能参数l 与MCS51系列彻底兼容;l 4K字节可重复擦写Flash闪速存储器;l 100
10、0次擦写周期;l 4.05.5V工作电压范畴;l 全静态工作模式:0HZ24HZ;l 三级程序加密锁;l 32个可以编程I/O接口;l 低功率空闲和掉电模式;l 有6个中断源;l 内部RAM字节为128*8;l 2个16位定期计数器;l 全双工串行UART通道;l 看门狗(WDT)及双数据指针;l 掉电标记和迅速编程特性;图2 AT89C51引脚图2.2.2 时钟电路在单片机AT89C51里面涉及了一种高增益方向发达器,其中XTAL1和XTAL2引脚为放大器输入端与输出端,为了构成一种稳定自激式振荡电路,需要在XTAL1与XTAL2引脚上接上晶体振荡器或是陶瓷振荡器,该振荡器电路输出可直接送入
11、内部时序电路。单片机AT89C51产生时钟方式有两种,即为内部时钟和外部时钟。图3 单片机AT89C51时钟电路1) 内部时钟方式:内部时钟模式即是由单片机里面高增益方相放大器以及外部跨接晶体、微调电容构造时钟电路产生方式,如图3所示为装置工作原理。在内部时钟方式里,C1、C2普通使用30pF或40pF;C1、C2可以轻微调节频率,陶瓷谐振器或者晶振频率选取应在1.2MHZ12MHZ之间。为了可以保护振荡器可靠性、稳定性、减少寄生电容产生,在安装时候应当将电容及振荡器安装在离单片机引脚XTAL1和XTAL2更近地方。单片机系统中大多数使用外部电路连接简朴内部时钟方式。在现实中经常使用FSOC来
12、表达内部时钟方式产生时钟信号频率(晶振固有频率)。如果fsoc为12*106HZ,那么应当选取12MHZ晶振。2) 外部时钟方式:外部时钟方式产生是在发生单片机之外电路中,其直接连接到单片机XTAL1引脚端口,不与XTAL2引脚端口相连,电路图如图3所示:2.2.3 AT89C51复位电路AT89C51单片机复位端RST端口,在单片机上有电通过时候,时钟电路就会进行运作,如果在运作过程中有不不大于2个周期高电平存在并通过RST端口,那么单片机将会进行复位操作。尚有一种方式可以使单片机进行复位操作,那就定期器计数溢出。复位后单片机,PC=0000H,CPU从程序存储器0000H开始取值执行单片机
13、外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种。1) 上电复位电路。如图4所示,这是一种最简朴上电复位电路,其是由电阻和电容串联形成。在通电那一瞬间,由于电容固有特性使得其两端电压不可以瞬间发生变化,因此单片机RST引脚电压端VR电压为VCC,在电容重点时候,RST引脚电压会下降,到图5所示t1时刻,RST端电压降到3.6V,跟着由时间增长电容会充完点,RST端口电压将会接近0V。如图5所示为RST引脚电压变化。要使得单片机进行成功复位操作,t1时间不应当不大于2和机械周期时间之和,在单片机中,机器周期是由晶振频率决定,图4中,电阻R不可以很小,最典型值位 8.2k;图4中C3可以通过电阻R和其
14、频率f算出。图4 RC上电复位电路 图5 RST引脚电压-时间关系 图6 组合复位电路2) 上电复位和按键复位组合电路在图6组合复位电路,电阻R2数值大多是较小,仅仅为几十欧姆,在按下复位按钮之后,电容C3迅速通过电阻R2进行放电,放电完毕后VR=(R1*Vcc)/(R1+R2),由于R2远远不大于R1,电压VR与VCC基本相似,使得RST引脚电压为高电平,将复位键松开后,过程与上电复位相似。3) 实际应用中复位电路。实际应用中常采用两种复位电路,即同步复位电路和采用微解决器复位、监控专用集成电路。4) 施密特触发器复位电路。在单片机系统中,位了可以使复位键稳定工作,需要将RC电力连接施密特电
15、路后来,再和单片机复位键相连接,这样是为了可以使系统干扰性大大提高。如果在系统中需要各种复位芯片时,而这些复位芯片规定和单片机复位系统相似时,可以将芯片复位端连接到单片机复位端。施密特触发器复位电路如图 5所示,图774HCl4为施密特反相器。 5) 微解决器复位、监控专用集成电路。为了保证单片机应用系统更可靠地工作,实际应用系统复位电路也常采用微解决器复位、监控集成电路,如MAX706等。这种专用集成电路除了提供可靠、足够宽高低电平复位信号外,同步具备电源监控、看门狗定期器功能,有芯片内部还集成了一定数量串行 EEPROM或RAM,功能强大,接线简朴。在单片机应用系统中经常使用。单片机复位后
16、,ALE和为输入状态;片内 RAM 不受复位影响;P0 P3口输出高电平,且这些双向口皆处在输入状态,堆栈指针SP被置成07H,PC被置成0000H,接着,单片机将从程序存储器0000H开始重新执行程序。因而,单片机运营出错或进入死循环时,可通过复位使其重新运营。 图7 74HCl4为施密特反相器2.2.4 YL-69土壤湿度传感器YL-69是一种简朴土壤湿度传感器,其原理为湿敏电容,当环境湿度发生变化时,会使得湿敏电容存在环境中介质发生变化,导致湿敏电容中电容数值产生变化,电容数值正比于湿度值。由于湿敏电容有这很高敏捷度、响应速度快、滞后量小特点,因此湿敏电容很容易小型化和集成化。在系统中,
17、土壤湿度数据采集是有YL-69完毕。其在系统中电路原理图如图8,JP2位YL-69探头。图8 YL-69与AD转化电路2.2.5 ADC0832功能特点及引脚ADC0832是串行接口8位A/D转换器,它是由一家名为NS(National Semiconductor)公司生产。ADC0832与单片机通过三根线连接,其有着性价比高、耗能低特点,适合使用在小型智能设备中。ADC0832是8位辨别率,因此其辨别率最高档可以达到256级,普通模仿量都不成问题。ADC0832数据校对是通过双数据输出来完毕,这是为了达到减少误差目,转换速度快并且有很强稳定性。ADC0832为了减少数据误差,其校对数据是使用
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