自動澆花控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡版分解

1、學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 1、堅(jiān)持以“求實(shí)、創(chuàng)新”的科學(xué)精神從事研究工作。 2、本論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成 果。 3、本論文中除引文外，所有實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和有關(guān)材料均是真實(shí)的。 4、本論文中除引文和致謝的內(nèi)容外，不包含其他人或其它機(jī)構(gòu)已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的研究成果。 5、其他同志對本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了聲明并表示了謝 尼、o 作者簽名：日期: 2014-05 本設(shè)計(jì)是基于MSP430G255單片機(jī)設(shè)計(jì)的小型自動澆花控制系統(tǒng)。它的工作 原理是通過土壤濕度傳感器檢測到土壤的相對濕度，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行信息處理，將所測濕度值 與設(shè)定濕度值對比，當(dāng)大于設(shè)定濕度時

2、，單片機(jī)輸出控制信號，控 制繼電器開關(guān)吸合，繼而啟動 水泵，實(shí)現(xiàn)自動澆花，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定的濕度值，則停止?jié)不?。本系統(tǒng)澆灌方式智能，合理，能夠在 無人照看的情況下科學(xué)的對植物進(jìn)行澆灌，避免植物因無人照料而枯死。 關(guān)鍵字：MSP430G255單片機(jī)；土壤濕度傳感器；自動澆花 Abstract This desig n is a small automatic wateri ng con trol system, which is based on MSP430G2553 microci ntroller The op erati ng princip le of this system is to d

3、etect the relative humidity of thr soil by soil moisture sen sor, a nd the n sent to the microc on troller for in formatio n p rocess ing , the n comparing moisture measureme nt value with the give n humidity, the microc on troller out puts a con trol sig nal for con trolli ng the relay switch , whe

4、 n measureme nt value is greater tha n the set value , the n start the pump to water the flower automatically. Whe n the humidity is below the set value , the n stop wateri ng. The way of this wateri ng system is in tellige nt and reas on ableIt can wateri ng plants scie ntifically in case of p ossi

5、ble un atte nded to avoid plants due to un atte nded dead Key words: MSP430G2553 microcontroller ; soil moisture sensor ; Automatic watering 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1系統(tǒng)分析 1.2系統(tǒng)框圖 硬件電路設(shè)計(jì)2. 2.1系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計(jì)2. 2. 2主要模塊3. 2. 2. 1 MSP430G2553 單片機(jī) 2. 2.2 MSP430G2553的時鐘設(shè)置和模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換模塊 2.2.2 電源模塊電路設(shè)計(jì)4. 2.2.3 土壤濕度檢測電路設(shè)計(jì)5. 2.2.4 液

6、晶顯示電路設(shè)計(jì)5. 2. 2. 5水泵控制電路設(shè)計(jì)6. 軟件設(shè)計(jì) 3.1軟件設(shè)計(jì)思路 3. 2主要模塊流程圖 3.2. 1初始化程序 3. 2. 2 LCD 1602 顯示程序8. 3. 2. 3 AD采樣程序 3.2.4繼電器控制程序9. 3.2.5延時程序9. 設(shè)計(jì)總結(jié)9. 參考文獻(xiàn) 錯誤！未定義書簽。 目前，國內(nèi)外均有自動澆花系統(tǒng)的應(yīng)用，而大多數(shù)自動澆花系統(tǒng)是利用虹吸原理，即利用滲透 的方式澆花，這 種方式澆花過程是連續(xù)的、不間斷的，采用這種方式只能保證花不會干旱而死，不 是花需要澆水時才進(jìn)行澆灌。還有 一些自動澆水系統(tǒng)，可以設(shè)定何時進(jìn)行澆灌及澆灌時間，與上一種方式相同，不是花需要澆水時

7、才進(jìn)行澆灌。另外還 有一些自動澆水系統(tǒng)，是釆用單片機(jī)控制，利用濕度傳感器采集濕度信息，需要澆水時自動澆灌，但是需要用在外部 有水龍頭的情況下，而家庭花草種植一般都放在陽臺上，陽臺上一般均沒有水龍頭，使用起來非常不方便。而基于單 片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)則可以在陽臺上使用，能夠按需自動澆花。 1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1系統(tǒng)分析 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以MSP43 （單片機(jī)為中心，由電源、繼電器、土壤傳感器、液晶顯示五個模塊組成。 用FC_28 土壤濕度傳感器檢測盆景土壤濕度，將“濕度值”傳送到單片機(jī)中，由液晶屏顯示；另外, 單片機(jī)根據(jù)濕度值控制系統(tǒng)判斷“濕度過高”或“濕度過低”，當(dāng)土壤濕度值大于閾值，“濕度過低”，需 要

8、澆水，則單片機(jī)控制輸出信號，使繼電器線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合，驅(qū)動水泵，實(shí)現(xiàn)土壤濕度動控制澆水。當(dāng)設(shè) 定澆水時間到，檢測到的土壤濕度未低于閾值值，則繼續(xù)澆水；當(dāng)達(dá)到閾值時，由單片機(jī)發(fā)出信號，使繼電器線圈斷 電，對應(yīng)常開觸點(diǎn)斷開，水泵不工作，停止?jié)菜Ｔ谧詣涌刂?澆花系統(tǒng)工作時，由1602液晶屏上顯示已設(shè)定土壤濕 度閾值和當(dāng)前土壤濕度值。 1.2系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)以MSP430G255單片機(jī)為中心，由電源、繼電器、土壤傳感器、液晶顯示五個模塊組成。 自動澆花控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示， 5 FC-28 土壤濕度傳感器 LCD1602 顯示 電源模塊 繼電器 水盆 MSP430G2553 單片機(jī)

9、水管 保險(xiǎn)絲 1水泵 T 花盆 一1水管1 圖1-2 自動控制澆花系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2硬件電路設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、 土壤濕度傳感器、繼電器、液晶屏、二極管、三極管、水泵、電源 等組成。自動控制澆花系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示： LCEJW： 曲 7r r r 14 PJTT Pl.O Pl J PU Pl J Pl 4 DE PL A-SIX Pi r X 5VT TEST 離 Pl- 1? io Pl. 1 Pl.t 11 PI0 Pli IT P21 P14 TT P2： PU via. Jzv VinVwx - Ltc; l DC0CTL 二 CALDC0_8M

10、H Z; 2.模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換模塊 MSP430G555中AD有10位轉(zhuǎn)換精度。其特點(diǎn)包括有多種時鐘源可供選擇，內(nèi)帶時鐘發(fā)生器。它配 有6個外部通道和2個內(nèi)部通道，內(nèi)置參考電源，并且參考電壓Vtef有8種組合。釆樣速度快，最 快200KS/S,具有中斷能力。它有四種工作模式：單通道單次轉(zhuǎn)換模式、單通道多次轉(zhuǎn)換模式、序列通道單次轉(zhuǎn)換模式、序 列通道多次轉(zhuǎn)換模式。 A/D轉(zhuǎn)換工作原理 ADC10采樣和轉(zhuǎn)換所需要的各種時鐘信號有 控制的采樣周期、SHS控制的采樣觸發(fā)來源選擇、 的分頻系數(shù)等。只有在這些時序控制電路的指揮下, ADC10CLK專換時鐘、SAMPC0釆樣及轉(zhuǎn)換信號、SHT ADC12S

11、SE選擇的內(nèi)核時鐘源 及ADC12DIV選擇 ADC10各部件才能協(xié)調(diào)工作！ ADC10是一個10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有采樣和保持功能的的 10位轉(zhuǎn)換器內(nèi)核，在這個內(nèi)核中 有兩個可編程的參考電壓 時，ADC10輸出滿量程值 終結(jié)果滿足公式 （VR+和VR-）定義轉(zhuǎn)換的最大值和最小值。 03FFH當(dāng)輸入電壓等于或小于VR-時， 當(dāng)輸入模擬電壓等于或高于VR+ ADC10輸出0。輸入模擬電壓的最 VlN -Vr- adc 102八 X Vr 在經(jīng)過合理設(shè)置后, ADC1C硬件會白動將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應(yīng)的 ADC10ME存儲寄存器中。 2. 2. 2電源模塊電路設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，土壤濕度傳感器、單

12、片機(jī)、繼電器、液晶屏都需要電源供電。因而選用電源 電壓必須穩(wěn)定而且減少消 耗。因此，本系統(tǒng)釆用的是獨(dú)立供電的方式。系統(tǒng)中使用 LM2596電源管理 芯片提供穩(wěn)定直流電源。LM2596的穩(wěn)壓電路圖如圖2-2-2所示。 其中土壤濕度傳感器、單片機(jī)的工作電壓為+3.3V,繼電器、液晶屏的工作電壓為+5V,水泵的 工作電壓為+6V。 c】 | 12対 圖2-2-2 LM2596穩(wěn)壓電路圖 223 土壤濕度檢測電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用的土壤濕度傳感器為 FC-28 土壤濕度傳感器，其工作原理 7 是：將FC-28探頭插入土壤中充當(dāng)電阻， 串行傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，由 測外部模擬特性參數(shù)量化成數(shù)字特性參數(shù), 與電路

13、中的電阻分壓，將釆集到的 濕度模擬量通過“一線式總線” AD轉(zhuǎn)換模塊將所1 經(jīng)過一定算法處理，將所得土壤 2-2-3所示。 濕度值顯示在1602液晶屏上。其土壤濕度檢測電路如圖 2. 2. 4液晶顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用LCD 1602液晶顯示模塊，該液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。1602液晶顯示器都是數(shù) 字式的，能夠顯示多種數(shù)據(jù)和符號；它和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作方便叭開機(jī)顯示 設(shè)置：“ Hello World !”，之后顯示土壤濕度閾值和當(dāng)前土壤濕度值。 LCD 1602顯示電路如圖2-2-4所示。圖2-2-4 ( 1)為開機(jī)界面，圖2-2-4 (2)為工作界面。 圖2-2-4 L

14、CD1602液晶顯示電路 圖2-2-4 (1 )開機(jī)界面 圖2-2-4 (2)系統(tǒng)工作界面 2. 2. 5水泵控制電路設(shè)計(jì) 水泵控制電路如圖2-2-5所示，三極管Q1的基極B連接到單片機(jī)的P1.2引腳，三極管的發(fā)射 極E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到電源+5V上；繼電器線圈兩端并聯(lián)一個二極管IN4148, 用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管及干擾其他電路與紅色發(fā)光二極管組成繼；R1 電器狀態(tài)指示電路，便于直觀的看到繼電器的工作狀態(tài)，即當(dāng)繼電器常開 觸點(diǎn)吸合時，LED點(diǎn)亮。 當(dāng)MSP430G2553單片機(jī)的P 1. 2引腳輸出高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，+

15、5V電壓加到繼電器線圈 兩端，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，也就相當(dāng)于水泵開關(guān)閉合，水泵開始工作。反之，當(dāng)電平時，三極管截 P1-2引腳輸出低 止，繼電器線圈兩端沒有電勢差，繼電器常開觸點(diǎn)斷開，即水泵開關(guān)斷開，水泵停止工作。本系統(tǒng)水泵采用6V供電小水泵, 澆花裝置釆用小水管，在盆栽周圍挖出一道圍繞植物的 小水溝，將小水管放置水溝中，實(shí)現(xiàn)均勻澆灌，以防止局部土壤濕度過高，測量不準(zhǔn)確。 8 3軟件設(shè)計(jì) 3.1軟件設(shè)計(jì)思路 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是基于IAR軟件平臺，以MSP430G255單片機(jī) 軟件編程為主，整個軟件部分主要由系統(tǒng)初始化模塊、時鐘模塊、 A/D數(shù)據(jù)采集模塊、控制信號輸出模塊以及1602液晶屏顯示模塊

16、五 部分組成。其中編程文件模板如圖3-1所示。 3 430tKd - IAR Embedded Workt Fl) IF ErfrTproject E tv nJ Q sa 0 尋 I l Wokspace Debugr Files茫二 回 anaotxd - De* E s LC0ie02 c 0 IcdieOE.h 一S E main, c E Cn Outout 圖3-1編程文件模板 當(dāng)系統(tǒng)上電后單片機(jī)內(nèi)各模塊及外圍模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，在程序運(yùn)行下，土壤濕度傳感器開始工作，檢測該區(qū)域土壤 濕度，所測模擬量傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行閾值范圍內(nèi)，如果超出閾值范圍，則單片機(jī)發(fā)出信號，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，

17、啟動水泵澆 花，否則 AD處理，判斷土壤濕度值是否在所設(shè) 繼電器斷電，水泵不工作，停止?jié)不ā?繼電器斷電，停止?jié)?水 驅(qū)動水泵 3.2主要模塊流程圖 繼電器通電 * 足否高于 閾值濕度 321初始化程序 初始化程序主要是對系統(tǒng)時鐘和各寄存器的初始化設(shè)置工作，包括1 口初始化，AD轉(zhuǎn)換及單 片機(jī)工作模式系統(tǒng)中斷模式設(shè)置及LCD初始化內(nèi)容顯示等等。其初始化程序具體代碼如下： 3. 2. 2 LCD 1602顯示程序 將系統(tǒng)時鐘設(shè)置為8MHz設(shè)置Pl. 4、Pl. 5、P1.6和P1.7為輸出端口，然后調(diào)用系統(tǒng)初始化和 顯示程序。LCD 1602程序則參照相應(yīng)數(shù)據(jù)手冊，根據(jù)時序要求，寫相應(yīng)指令。具體

18、的下：LCD子程序如 調(diào)試時，應(yīng)將液晶屏顯示程序獨(dú)立出來調(diào)試，關(guān)閉其他功能程序，先定義一個一維數(shù)組，系統(tǒng)時鐘和LCD初始化后，調(diào) 用LCD程序?qū)?shù)組顯示在指定位置。其中應(yīng)注意顯示位置與數(shù)組長度的問題，當(dāng)數(shù)組不占滿顯示區(qū)域時，空余部分有可能出現(xiàn) 亂碼。 在此系統(tǒng)中，LCD主要功能就是顯示設(shè)定的土壤濕度閾值以及實(shí)時監(jiān)測到的土壤濕度值。 3. 2. 3 AD采樣程序 土壤濕度傳感器采集的是土壤濕度模擬信號量，需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能由 MCI處理。采 樣是單片機(jī)進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)，并在AD中斷中喚醒中央處理器。 本系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換程序如下： /AD初始化程序： void ADC_i nit(void) ADC10CTL0 ADC10CTL0 二 ADC 100N+REF2_5V+ADC1 OSHT_O+ADC 101 內(nèi)部參考電壓 2. 5V ADC10CTL1 二 ADC1OSSEL1+INCH_O+SREF_O;/ADC1 內(nèi)部時鐘源，P 1. 0 釆樣通道 ADC10CTL0 |二 ENC; /啟動AD函數(shù)： void ADC_Start(void) ADC10CTL0 |=ENC; ADC10CTL0 |二 ADC10SC; 控制程序 繼電器僅需單片機(jī)中P1.2引腳控制，P1.2為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼