基于单片机的智能浇花系统的设计及其实现.doc

基于单片机智能浇花系统设计和实现
摘 要

伴随社会发展，人民越来越重视环境质量。养殖花卉成了首要选择，在家养殖能够陶怡情操，丰富生活。同时花卉能够经过光合作用吸收二氧化碳释放氧气同时还能够净化空气，而且花卉还能够吸收有毒物质比如刚装修房屋里苯、甲醛等。所以越来越多人喜爱养殖花卉。本文设计了一个智能湿度感应浇花系统。系统以单片机AT89S52 为控制芯片，开启浇花之前先有蜂鸣器报警，按时按量供水是完成天天在限定时间自动开启水泵浇花，根据多种花卉所需水量差异，使用一个按钮装置来控制给水时间，也就是电磁阀开启和闭合时间，其它时间水泵不转，不会有水流通供给补水；根据温度、湿度来严格控制给水关键用到是SLHT5-1 土壤温度、湿度传感器，假如传感器检测温度、湿度全部达不到要求要求，就开始浇花，达成了要求温度、湿度就停止浇花。该系统既能按时、按 量给花卉浇水，还能够为节省水资源，从而让花卉愈加好生长。
关键词：单片机；智能浇花系统；传感器；

Abstract

With the development of society, people pay more and more attention to environmental quality. Flower cultivation has become 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 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 computer 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 need 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 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 amount of give flower watering, can alsosave water resources, so as to make flowers grow better.
Keyword: MCU ;  intelligent watering system ;  sensor

目 录

1、绪论 1
1.1 选题目标及意义 1
1.2 中国市场发展现实状况 1
1.3 研究方法和手段 2
2、基于单片机智能浇花系统 4
2.1系统组成部分 4
2.2系统工作原理 4
3、系统硬件设计 5
3.1 AT89S52型单片机 5
3.2 土壤湿度检测电路 5
3.3 键盘及液晶显示电路 5
3.4 水泵调整电路 6
3.5 报警电路 7
3.6 单片机最小系统 7
3.6.1 晶振电路设计 7
3.6.2 复位电路 8
3.6.3 按键消抖方法 8
4、系统软件设计 10
总 结 12
参考文件 13
致 谢 14

1、 绪论
中国外全部有自动浇花系统实际使用，大部分自动供水浇灌系统全部是采取虹吸方法，也就是利用渗透原理来实现补水浇，该模式补水过程是连续、不中止，依据该种模式只能够确保不会出现干旱现象，而不是依据花实际需要来实施补给供水。另外部分自动浇水系统，能够在要求时间内向花卉进行补水，这两种方法基础一致，全部不是根据花需求来进行补水浇灌。同时还有部分自动浇水系统，关键利用单片机控制原理，依据温度、湿度传感器获取温、湿度具体数据，再依据设定值来实现自动补水浇灌，只不过这种方法要求外界提供水龙头前提下才能使用。通常家庭花草种植普遍全部放置于阳台上，而阳台上常常不会用到水龙头，于是使用起来相对较为棘手。本文设计基于单片机智能浇花系统能够实现在阳台上应用，能够做到定时、定量地浇花。
1.1选题目标及意义
伴随生活水平提升，很多城镇居民为了美化环境，净化空气，喜爱在家中阳台上种植部分花草。但现代人生活节奏越来越快，事情越来越多。植物是离不开水，需常常浇灌。大家有时忘了定时、适量给花卉 浇水。而大家出差或有事不在家时，植物供水就会中止，植物面临干枯。花草生长问题80%以上由花儿浇灌问题引发，好不轻易养花卉浇水，因为浇水问题而长势不好或更严重出现枯萎甚至凋亡。 有些植物对湿度要求很高，人为过分浇水，植物根茎轻易腐烂，从而影响到植物正常生长。
即使市面上也有卖浇花装备但昂贵价格和其性价比让人望而却步。那种浇花装 置大部分只能是指定时浇水时间，极难做到给花卉适时、适量浇水。还有花卉缺水报 警器但其只能报警并不能适时、适量浇水。其效果可想而知。为了处理按时、适量浇 水问题，所以我设计自动浇花体统，经过传感器感知土壤湿度、光照强度、温度并传达 单片机，由单片机判定花卉是否缺水并最终传达给电磁水阀，从而达成适时自动浇水。
1.2 中国市场发展现实状况
微喷、微灌是近些年应用中国外自动浇水设施。微喷关键由微喷带组成[1]。其工作原理是利用水压力后交付和微喷嘴率领域,经过排水洞微喷,在重力和空气阻力影响,形成一个细雨喷涂效果。微喷带出水孔多半采取空气组方法，根据一定距离和一定规律部署，如：斜三通、斜五孔、左右孔、横三孔和无空等，出水孔通常采取机械钻孔、开启打孔和激光打孔，孔径为0.1-0.2mm，空形呈圆形。其用途：蔬菜、蘑菇、 苗圃果园、花卉、大棚等。微灌是利用微灌设备组成微灌系统，用压力将水分配到田间，经过灌水去以微小流量湿润作物根部周围土壤一个局部灌水技术。微灌技术能够很轻易地将水分配到每一株植物土壤，,常常保持低水压力能够满足作物生长需要[2]。但微灌系统投资通常远高于地面浇灌;出口很小,轻易堵塞,过滤系统要求。
很多年前,国外已经开始普及,中国使用电子自动浇花大部分从国外进口,价格是 昂贵,不过质量是可靠，但不太适合中国使用。中国外流行玻璃自动浇花。这种类型浇灌设备大多数在中国山西和浙江地域加工生产,价格很廉价,实际没有电子自动浇花是好。种花简单浇花难，很多商家看到了这块市场。现在这种小家居用具制 造商关键集中在广东、上海、浙江地域[3]。现在市场上自动浇花,关键有以下几类：
① 玻璃、陶瓷类自动浇花器玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置，它由本身材质物理结构组成，依据器具物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水，本身形成一定压力，当碰到干燥土壤，水就会自上而下流出，当土壤湿润以后，会形成一个堵塞压力，从而造成水流速度变慢或停止[4]。器具工艺不一样，效果也不一样，当然也因土壤疏松情 况决定器具内水流速度。目前传感器技术和单片机技术发展快速，其应用逐步由工业、军事等领域向其它领域渗透，已经和我们日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来越受大家推崇， 所以，微电脑控制电子类自动浇花系统有很好发展前景。
② 电子类自动浇花器（时控临喷装置)该系统关键组成为：主机（或控制器）、主管、分水接头、副管喷淋管。时控临喷浇花装置依据电源不一样分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。控制器通常性能有：电磁阀控制；智能时控电路微电脑芯片控制；适用电AC220V/50HZ；最适宜水压0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时＜12VA）；可控制连续作业时间是1 分钟至168 个小时；可天天自动完成十次以上浇水作业，可天天、隔天、隔多天自动循 环进行浇水，手动自动两用；天天计时误差小于正负3 秒；电器适应环境温度为-10～ 50℃；相对湿度＜90%RH[5]。
1.3 研究方法和手段
本毕业设计是设计单片机控制自动浇花系统。全部节点根据在网络中功效不一样分为协调器节点、传感器节点和控制器节点。单个网络中只有一个协调器节点,它作为整个网络中心,存放全部控制策略,它能接收传感器节点向其发送数据,经过智能判定后,再把浇灌命令发送给控制器节点;传感器节点分布于灌区各个地方,配有多种 传感器,如测量温度、空气湿度、光照度等传感器,负责采集灌区环境参数, 关键研究土壤湿度和浇水量之间关系、浇灌控制技术及设备系统硬件、软件编程各个部分。并按一定时间间隔发送给协调器节点;每个控制器节点负责一个分灌区浇灌作业, 它直接和浇灌实施器(如阀门、水泵等)相连,当接收到协调器节点发送浇灌命令后, 则实施对应操作[7]。土壤温湿度传感器可将检测到土壤温湿度模拟量放大转换成数字量经过单片机内程序控制正确将温度和湿度分别显示在LCD 显示器上，同时经过单片机内中止服务程序判定是否要给花浇水,若需浇水则单片机系统发出浇水信号并经放大驱动设备开启电磁阀进行浇水若不需浇水则进行下一次循环检测。 
2、基于单片机智能浇花系统
2.1系统组成部分
该系统关键由土壤湿度检测电路、键盘、LCD 液晶显示电路、报警电路、水泵控制电路等组成。具体结构图1 所表示。经过土壤湿度传感器测量出土壤湿度信号，单片机采集土壤湿度信号并进行分析和处理，输出控制信号，控制水泵工作是否，从而达成按需浇花目标。

图1 智能浇花系统组成框图
2.2系统工作原理
因为不一样花卉有不一样需水特征，浇花时应适时适量，按需浇花。为此，系统采取模糊控制方法达成正确浇花目标。首先，单片机采集土壤湿度信号，并经过计算判定是否应该浇花; 其次，单片机采取查表方法来实现浇水量模糊控制。在软件设计时，依据不一样花卉需水量，将其土壤湿度值许可区间存入表格中，即模糊控制响应表，这些数据均是大家长久积累经验值，并将表格事先置入ROM 存放区某一位置中供查表使用。比如: 对君子兰进行自动浇水，单片机将采集到湿度信号和表格中君子兰最小湿度值进行比较，当采集到湿度值小于表格中最小湿度值时，开始浇花；当采集到湿度值大于表格中君子兰最大湿度值时，停止浇花，从而控制浇水时机及浇水量多少[8]。
在单片机控制系统中能够经过键盘输入数据或命令。键盘是由一组常开按键组成，每个按键全部被给予一个代码，称为键码。键码分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是 经过一个编码电路识别闭合键键码，非编码键盘是经过软件来识别键码。因为非编码键盘硬件电路简单，用户能够方便改变键数量，所以在单片机系统中应用广泛。
3、系统硬件设计
3.1 AT89S52型单片机
AT89S52 是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有8K 在系统可编程Flash存放器。使用Atmel 企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许可程序存放器在系统可编程，亦适于常规编程器[9]。在单芯片上，拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52含有以下标准功效： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中止结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。
3.2 土壤湿度检测电路
本设计采取土壤温湿度传感器SLHT5-1。该传感器采取全量程标定，两线数字输出，可直接和单片机连接实现，含有相当高统一性，湿度测量程度为0～100%RH。能够把探头直接插入土壤中，而且能够在草地、花园、农业温室大棚、苗圃等土壤中进行温、湿度检测利用。具体检测电路见图2 。

图2 SLHT5-1 土壤湿度传感器检测电路
3.3键盘及液晶显示电路
该设计选择了LCD12232F 液晶显示模块，其含有内置字节库，不具存放功效，采取并行连接模式，使用起来相对便捷。用于显示系统操作状态、花卉种类、土壤温、湿度信息。键盘选择独立式按钮，其中关键有复位按钮、选择花卉类别按钮、开启按钮。开机时出现: “欢迎您到来”，其次出现“请选择花卉类别”。依靠对选择花卉类别按钮设置，依据液晶屏出现内容，确明确花卉种类。该系统关键有香雪兰、仙人球、银杏、牡丹、芦荟、芍药、君子兰，总共七个品种花卉，同时内置有七个不一样温、湿度范围。在明确完花卉类别以后，将出现花卉具体名称，到此为止设置完成。
3.4水泵调整电路
图3为水泵调整电路图，其中三极管发射极E 连接继电器线圈端点，线圈另一端接到+ 5V 电源VCC 上，三极管Q1基极B连接单片机P3.6上; 而继电器线圈两端并联二极管IN4148，以实现继电器线圈停电时引发反向电动势消除，避免反向电势击坏三极管、扰乱其它电路; R2同红色发光二极管组成一个继电器状态指示电路，假如继电器通电吸合，LED将会变亮，由此就能够实现对继电器操作状态检测。

图3 水泵调整电路图
其中系统水泵选择220V 供电潜水泵，最大流量1640L /H，浇花喷头选择花洒喷头，达成均匀喷水目标，避免局部土壤湿度过高，检测不稳定。假如AT89S52 单片机中P3.6 引脚导入高电平，那么三极管饱和电流经过，+5V电源接入继电器线圈接口，使得继电器闭合，而且发光二极管工作状态也将变亮，而继电器常开触点关闭，也就是水泵通电，于是水泵进行浇水。另外，如P3.6引脚导入低电平，那么三极管将不会导电，继电器线圈两端因为无法产生电位差，使得继电器衔铁断开，而且发光二极管工作状态也将变熄灭，同时继电器常开触点断开，也就是水泵断点，于是水泵停止进行浇水。
3.5报警电路
因为该系统关键应用在室内环境中，为预防水泵开启影响到她人，该系统内置了一个报警电路。通常水泵开启以前就会出现“嘟嘟嘟”几秒警报声，然后水泵才实现补水。该报警电路图见图4。关键是单片机中P3.0引脚来决定三极管开启和闭合，实现控制蜂鸣器通断。

图4 报警电路
3.6单片机最小系统
3.6.1 晶振电路设计
AT89S52 单片机芯片内部设有一个反相放大器形成振荡器，XTAL2和XTAL1各自是振荡电路中输出端和输入端。同时在XTAL1和XTAL2引脚上连接定时器件，其内部振荡电路于是能够实现自激振荡。定时器件通常是由石英晶体和电容组成并联谐振回路。系统选择12MHz晶振片，两30pF电容C7和C8。
3.6.2 复位电路
本设计采取按键复位电路，当要系统自动复位时，只需要按住S 按键，此时电源 Vcc 经过电阻R1、R2 分压，而且在RST 端产生一个复位高电平。一样，只要确保RST 端保持高电压时间大于两个机器周期时，系统自动能实现正常复位。复位电路图5 所表示：

图 5 AT89C52 单片机复位电路
3.6.3按键消抖方法
非编码键盘能够分为独立式键盘和行列式键盘两种结构形式。行列式键盘是将I/O 线一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线交叉点上，这种结构形式键盘适适用于键数较多场所，但硬件电路结构较复杂。独立式非编码键盘中每一按键全部独立地占用一条数据线，当一按键闭合时，对应I/O 线变为低电平。对于处于常开状态独立式键盘，当按键闭合时I/O 线为低电平，当按键为常态时I/O 线为高电平[10]。因为机械触点弹性作用，触点在闭合和弹开瞬间电接触情况不稳定， 造成电压信号抖动，。键抖动时间通常为5～10ms。为了避免一次闭合引发CPU 数次处理，就要采取方法消除抖动。去抖动方法有硬件去抖和软件去抖两种方法。硬件去抖通常采取双稳态去抖电路。软件消抖方法是在CPU 检测到有键按下是，延时10～20ms，再次检测该键电平是否仍保持闭合状态，假如保持闭合状态，则确定有键按下，不然从头检测。在此次设计中用到键数较少，为了简化硬件电路，选择独立式非编码键盘，并采取软件消抖方法来消除按键抖动。
4、系统软件设计
系统软件设计包含初始化、显示子程序、选择花卉种类子程序、土壤湿度检测子程序、数据处理子程序、报警子程序等，主程序步骤图图6 所表示。

图6 主程序步骤图
本设计采取AT89S52 单片机当做控制芯片，结构出一款智能浇花系统。本系统依据花盆中土壤湿度来调整水泵运行和中止。选择模糊控制形式来调整浇水量，同时对土壤湿度采取实时检测，而且和设定好模糊控制响应表湿度值做出对比，判定浇水量有没有满足标准，全方面完成定时定量智能化浇花。系统根据多种花卉实际需求情况设定了对应浇水量，只要开机后设定花卉类别，系统就能够自动早出需调整温、湿度区域[11]。该系统置于家中阳台上较为实用，经过试验验证效果显著。同时该系统能够实现在草场、花卉、温室大棚、苗圃等场所应用，即方便又节省水源。

总 结

此次设计系统以单片机为控制中心，用温度、湿度传感器来检测环境温度、湿度，依靠对温度、湿度传感器检测温度和系统预设温度、湿度值对比。在试验过程中，检测到花卉缺水时，水泵于是开启进行供水，当水量达成一定额度时，水泵自动停止供水。液晶显示器稳定显示环境温度、湿度和设置温度、湿度。智能浇水系统是经过单机片程序设定浇水上下程度，而且还同温度、湿度采集电路送入单机片土壤湿度值相比较，当传感器检测到湿度值低于设定下限值时，单片机输入一个信号，开始浇水，高于设定上限值时，再由单片机输出一个信号，中止水泵并停止浇水。
经过此次毕业设计，使得我更深入认识了单机片智能控制系统结构和原理，也使我实际上接触到了检测控制系统设计，尽管该系统属于一个大家日常生活中小系统，可是却让我知道了很多设计上需要注意问题，让我获益匪浅。

参考文件

[1]毛明轩，朱皋,杨守良．基于单片机温湿度感应智能晾衣杆系统设计［J］． 重庆文理学院学报，,30(4):46－49．
[2刘明真，陈鸿．基于单片机智能节水浇灌系统设计[J]．学术问题研究，(1):75－80．
[3程捷，何辰．基于单片机温湿度检测系统设计和实现[J]．电子测试，(6):56－58．
[4尹发根．果蔬膨化干燥监测系统设计[J]．农机化研究，(8): 85－88．
[5]张泽根，周洪，夏明晔．基于单片机油量数据采集和监测系统设计[J].微计算机信息，，27(1):109－110．
[6］满红，邹存名，冀勇钢．基于单片机仓库温湿度智能控制系统设计［J］．现代电子技术，，34(9):118－120．
[7]宋维强.基于单片机智能制冷系统设计.华中师范大学出版社,.12(8):71-83.
[8]孙彩凤，杨红军.农村蔬菜浇灌系统设计和实现[J].上海电子出版社，.101-110.
[9]姚望,中国农村智能浇花系统设计和实现研究.北京现代科学文件出版社，.210-223.
[10]孟寒,基于单片机稻田温湿度智能控制系统设计.广西智能科技出版社，.29-57.
[11]彭正德.单片机实际应用原理探究[M].中国科技大学社会科学学报,.31(5):255-267.
致 谢

衷心感谢我指导老师。从我毕业论文设计、选题、提要确实定到执笔、数次修改、不停完善整个过程中，正是得益于老师不停激励、悉心教导和严格教育，我才能克服困难，顺利完成毕业论文。老师渊博知识和开阔思维使我受到了很多启发，她严谨治学态度激励着我砥砺前行，她待人真诚谦和，帮助我树立了完成学业信心。在我论文撰写过程中，老师悉心指出论文缺点不足并指导审改，在我人生及事业道路上给支持和帮助，她对事业热爱和奉献、对学术高深造诣和研究，公平正派做人做事风格，是我学习楷模。
在这里，要尤其感谢我家人，是她们无微不至关心，是她们坚持不懈激励，支持我顺利完成了学业。
因本人水平原因，本文中部分见解还不够成熟，存在很多不足或需完善地方，恳请各位老师、学者批评指正。