自動澆花系統(tǒng)的設計

1、 題 目 自動澆花系統(tǒng)的設計 學生姓名 薛 嬋 娟 學號 1213024008 所在學院 物理與電信工程學院 專業(yè)班級 通信工程1201班 指導教師 劉 亞 鋒 完成地點 物理與電信工程學院實驗室 2016年 6 月 5 日陜西理工學院本科畢業(yè)設計任務書院(系) 物理與電信工程學院 專業(yè)班級 通信工程(通信1201) 學生姓名 薛嬋娟 一、畢業(yè)設計題目 自動澆花系統(tǒng)的設計 二、畢業(yè)設計工作自 2015 年 12 月 9 日 起至 2016 年 6 月 18 日止三、畢業(yè)設計進行地點: 物理與電信工程學院實驗室 四、畢業(yè)設計應完成內容及相關要求： 現(xiàn)代生活的節(jié)奏越來越快，很多人喜歡在工作地點、生

2、活區(qū)間、公共場所等地方用綠色植物來點綴，既美化環(huán)境又能改善空氣質量。但對綠色植物的維護、保養(yǎng)是需要花不少時間去完成的，當由于種種原因忘記定時對花卉及時澆水時，或澆水的量過多或過少，反而會給人們帶來很多麻煩和損失，因此設計一個家用自動澆花系統(tǒng)就十分必要。 本系統(tǒng)采用單片機為核心芯片，利用濕度傳感器來采集土壤的濕度。經(jīng)過信息采集、信息比較、通過繼電器控制信息，驅動水泵控制電路工作，實現(xiàn)自動澆花。 五、畢業(yè)設計應收集資料及參考文獻：1、應收集與課題相關文獻12篇（其中包括一篇英文文獻），文獻的發(fā)表年限應為2010年至2016年； 2、除了文獻之外，所參考的書目不能超過3篇； 3、所有的參考資料要留存

3、電子版，在交論文時一并打包交予指導教師。 六、畢業(yè)設計的進度安排：1、必須查閱大量資料（包括一定數(shù)量的外文資料），了解課題的研究背景、意義，熟悉設計中要用到的相關電路知識；完成開題報告；并完成一篇外文文獻的全文翻譯工作； （1月1日3月18日） 2、進行系統(tǒng)的概要設計；（3月19日4月10日） 3、熟悉設計軟件，并提交中期報告；（4月10日4月20日） 4、系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)；準備作品的驗收；完成論文第一稿；（4月21日5月10日） 5、根據(jù)要求對對論文及作品進行完善，完成論文第二稿；（5月11日5月20日） 6、制作答辯PPT，準備答辯材料，準備答辯，并完成后續(xù)工作；（5月21日6月10日）

4、7、必須定期與指導老師見面，匯報進展情況，按時完成論文的撰寫工作。 指導教師簽名 劉亞鋒 專業(yè)負責人簽名 王戰(zhàn)備 學院領導簽名 熊曉軍 批準日期 2016-01-10 自動澆花系統(tǒng)的設計薛嬋娟（陜西理工學院 物理與電信工程學院 通信工程專業(yè)1201級，陜西 漢中 723000）指導教師：劉亞鋒摘要 利用單片機技術設計了一個自動澆花系統(tǒng)。該系統(tǒng)由土壤濕度檢測顯示和控制水泵澆灌兩部分組成。土壤濕度檢測顯示部分是由YL-69土壤濕度傳感器、ADC0832模數(shù)轉換器、STC89C52單片機和LCD1602組成。控制水泵灌溉部分分為智能和手動兩部分：其智能部分是通過單片機程序設計澆水的上、下限值與感應電

5、路送入單片機的土壤濕度值相比較，當?shù)陀谙孪拗禃r，單片機輸出一個信號控制電磁閥打開驅動水泵澆水，高于上限值時再由單片機輸出一個信號使電磁閥關閉停止水泵澆水;手動部分是由通過關閉單片機電源，由外圍電路供電進行澆灌。此系統(tǒng)具有體積小、靈活性強、易于操作、簡單實用和價格低廉等特點。關鍵詞 澆花系統(tǒng)；STC89C52；YL-69；LCD1602The Design of Automatic Watering SystemXue Chanjuan(Grade 2012,Class 01,Major in Communication Engineering,School of Physics and Tel

6、ecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor:Liu YafengAbstract:The automatic watering system is designed by using single chip technology. The system is composed of two parts, which are the soil moisture detection display and the control of the water p

7、ump. Soil moisture detection display is composed of YL-69 soil moisture sensor, ADC0832 analog digital converter, STC89C52 microcontroller and LCD1602. Control pump irrigation part is divided into two parts of intelligent and manual:the intelligent part is by SCM programming watering, the lower limi

8、t value and induction circuit into SCM soil moisture values compared, when the lower limit value, the output of the single chip a signal controls the solenoid valve opens driven pump watering, above the upper limit again by the MCU output a signal so that the solenoid valve closed to stop watering p

9、ump;and the manual part is made by turning off the MCU power supply, by the external circuit power supply for irrigation.This system has the characteristics of small size, high flexibility, easy to operate, simple and practical, and cheap price.Key words: Watering system;STC89C52;YL-69;LCD1602;ADC08

10、32目 錄引言11 方案論證31.1 設計方案的提出31.2 設計方案的比較31.3 設計方案的選擇32 系統(tǒng)硬件電路設計42.1 總體設計42.2 STC89C52單片機42.2.1 STC89C52單片機的組成42.2.2 STC89C52的主要性能52.2.3 STC89C52的管腳說明52.2.4 振蕩電路和時鐘72.2.5 復位電路72.3 ADC0832 A/D轉換82.4 LCD160282.5 濕度傳感器82.6 按鍵電路92.7 繼電器93 系統(tǒng)軟件設計113.1 系統(tǒng)控制流程圖113.2 子程序流程圖114 系統(tǒng)調試134.1 系統(tǒng)的仿真134.2 系統(tǒng)的安裝和焊接134.

11、3 系統(tǒng)調試145 結束語15致謝16附錄A 英文文獻原文18附錄B 英文文獻譯文21附錄C 實物圖24附錄D 源程序25附錄E 元器件清單33陜西理工學院畢業(yè)設計引言進入21世紀以來，人們的生活和工作環(huán)境發(fā)生著巨大的變化。生活快節(jié)奏，工作重壓力，無一不占用我們的時間和精力。隨著社會快速發(fā)展，生活水平的提高，許多人越來越向往那種悠然自得的生活方式，越來越多人喜歡花卉等盆栽植物的種植，不僅可以美化環(huán)境，而且還可以愉悅我們的心情1。但目前困擾人們的巨大問題是沒有多余的時間與精力或者由于長時間出行，無法定時打理照顧這些花卉植物，從而導致這些花卉植物枯萎死亡。對于人類來說，最重要的水資源，對所有生命物

12、體都一樣重要2。所以，為了應對人們們現(xiàn)今生活和工作狀態(tài)，而又種植著花卉等盆栽植物的人們來說，設計出一種無人管理的情況下自動控制澆花系統(tǒng)尤為重要，這樣不論在什么時候什么地方，都不會造成花卉枯萎死亡的情況發(fā)生。該自動澆花器具有系統(tǒng)體積小、抗干擾能力強、操作簡單靈活和價格低廉等特點，使用此自動澆花器可以節(jié)省人力物力財力，方便人們出行出差的時候，不會影響到花卉盆栽的生長，如果在家也可以關閉自動模式手動澆花，用戶可以自由設定各種基準值來實現(xiàn)自動澆花的功能，從而使盆栽植物健康的生長，也減輕了養(yǎng)花者的工作，使人們種養(yǎng)盆栽更輕松，能更好地欣賞我們所種植的盆栽植物3。1)相關領域研究現(xiàn)狀、國內外發(fā)展趨勢20世紀

13、的70年代，微電子技術正處于快速發(fā)展的階段，隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，自動澆花系統(tǒng)也隨之誕生，成為一種新型的懶人園藝用品。多年前，國外就已經(jīng)開始使用，但是其價格卻特別昂貴，而在國內使用的電子類自動澆花器多數(shù)是從國外進口的，價格更加昂貴，但質量比較可靠。不過這并不適用于國內，大多適用于花園、農(nóng)場等廣闊的地方。隨著經(jīng)濟與電子科技的快速發(fā)展，人們在注重生活質量的同時，也更加注重休閑養(yǎng)生。種養(yǎng)盆栽將成為人們越來越喜歡的休閑項目。因此，需要將灌溉用的自動澆花器改良為桌面盆栽用的小型自動澆花器，這也將會成為種養(yǎng)盆栽者的首選之物。目前這些澆花器的市場也越來越大，市場上的自動澆花器的功能也在不斷

14、發(fā)展，在國內外比較流行的是玻璃和陶瓷制作而成的自動澆花器。這種類型的自動澆花器大多數(shù)是在我國山西和浙江等地區(qū)加工生產(chǎn)的，價格比較便宜，但其實用性沒有電子類自動澆花器好。研究表明，養(yǎng)花最重要的問題就是澆水問題。有調查顯示80%以上的花草死亡是由于澆水不及時引起的。因此，國內商家已經(jīng)看到了這種市場需求潛力。目前電子類自動澆花器這類的小居家用品的廠家主要集中在廣東、上海和浙江等地區(qū)。 現(xiàn)在市場上所出售的自動澆花器，主要有以下幾類:（1）電子類自動澆花器。電子類自動澆花器又叫時空噴淋裝置。系統(tǒng)構成為主機、主管、分水接頭、副管和噴淋管4。電子類自動澆花器根據(jù)電源的不同可以分為交流電自動澆花器和電池自動澆

15、花器兩種。（2）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。它有本身材質的物理結構構成，根據(jù)器皿的物理滲水原理完成自動澆灌。當自動澆水器內部存水，自身會形成一定的壓力，遇到干燥的土壤，水就會自上而下地流出，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。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水流速度。當前傳感器技術與單片機技術發(fā)展迅速，其應用逐步由工業(yè)軍事領域向其他領域滲透,已經(jīng)和我們的日常生活息息相關,而且智能家居5概念也越來越受人們的推崇。因此，微電腦控制的電子類自動澆花系統(tǒng)，有著很好的發(fā)展前景。 隨著科學技術的快速發(fā)展，自動化設備越

16、來越普遍，當然花卉自動澆水系統(tǒng)的應用也很廣泛?；ɑ茏詣訚菜到y(tǒng)可以根據(jù)需要調節(jié)土壤濕度范圍，這也是根據(jù)不同植物的不同需水習性設計的。在今后的生活中，將不再局限于花卉方面的應用，還可以用于農(nóng)田以及公路綠化中等等。在生活中常見的滴灌技術其實也是自動澆花系統(tǒng)的變相用法。近10年來，滴灌技術6在我國發(fā)展速度已居世界前列，目前主要應用在大田(棉花、玉米、葡萄、辣椒等)、溫室大棚、果園及綠化帶等。在最近幾年，滴灌技術的應用領域出現(xiàn)新的變化趨勢，由溫室大棚小單元滴灌向室外露地的大單元滴灌擴展；由平地大面積滴灌向山區(qū)崎嶇地勢滴灌發(fā)展；由蔬菜單一植物滴灌向多種經(jīng)濟作物滴灌延伸；由農(nóng)場集中大面積向農(nóng)村小面積分散發(fā)

17、展；由原來的高附加植作物向一般經(jīng)濟作物普及。此外，公路鐵路沿線和荒漠風沙治理綠化也開始陸續(xù)采用滴灌技術，而且還進一步應用在城市綠地、林木、屋頂花園等非農(nóng)領域，盡管用量較少，但卻為滴灌技術的今后推廣提供了更為廣闊的市場，相信伴隨著社會主義新農(nóng)村建設的推進和建設節(jié)約型社會的發(fā)展要求，滴灌技術的應用范圍會越來越廣闊。 自動化滴灌技術是世界許多發(fā)達國家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要舉措。在以色列、美國、和印度等一些國家都已經(jīng)采用先進的自動化灌溉技術。由傳統(tǒng)充分灌溉向非充分灌溉方向發(fā)展，通過采用遙感、傳感器來監(jiān)測土壤墑情和作物生長，對灌溉區(qū)用水進行實時監(jiān)測預報，實現(xiàn)用水管理的全自動遙控，對灌溉區(qū)實行動態(tài)管理，實

18、現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水管理的自動化。在農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域合理地推廣自動化控制系統(tǒng)，尤其在干旱和半干旱地區(qū)，不僅可以提高水資源利用率以及緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以使農(nóng)作物的產(chǎn)量增加，使農(nóng)產(chǎn)品的成本降低。高效農(nóng)業(yè)和精細農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率，要將水源開發(fā)、輸配水、灌溉技術、水資源合理利用和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面綜合統(tǒng)一考慮，根據(jù)多種因素合理調配水資源。因此，研制和推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制新技術是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展需要。2)設計所采用的研究方法和手段本次設計是一個采用STC89C52單片機為核心的微控制澆水系統(tǒng)，系統(tǒng)主要實現(xiàn)自動澆水和能夠根據(jù)實際情況設定完成手動控制這兩種功能。

19、電路主要可以分成土壤濕度檢測顯示和控制水泵澆灌兩個模塊，以液晶顯示器和A/D模數(shù)轉換器組作為顯示電路，澆水電路利用電磁閥驅動水泵工作來完成。本次設計包括STC89C52單片機及基本外圍電路模塊、顯示電路模塊、按鍵電路模塊、繼電器電路模塊、電源電路模塊等部分組成。本系統(tǒng)的設計將以上述內容為思路、以單片機為控制核心，設計出一個持續(xù)地、有效地為花木澆水的系統(tǒng)，為我們解決無人管理情況下花木枯萎死亡的尷尬情況。自動澆花系統(tǒng)，主要就是檢測土壤濕度。通過土壤濕度傳感器檢測土壤濕度含量，把檢測到的值傳送到A/D模數(shù)轉換器中，結束轉換后數(shù)值反饋給單片機，單片機讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件程序處理后傳送到LCD1602顯示

20、信息。控制水泵灌溉部分分為智能和手動兩部分：其智能部分是通過單片機程序設計澆水的上、下限值與電路送入單片機的土壤濕度值相比較，當?shù)陀谙孪拗禃r，單片機輸出一個信號控制電磁閥打開驅動水泵澆水，高于上限值時再由單片機輸出一個信號使電磁閥關閉停止水泵澆水;手動部分是通過關閉單片機電源，由外圍電路供電進行澆灌。該設計主要包括：1）硬件部分：包括傳感器的選擇、顯示模塊的選擇、A/D模數(shù)轉換器的選擇、繼電器的選擇和土壤濕度信號轉換電路的設計。2）軟件部分：包括微處理器控制程序的編寫、原理圖的繪制和電路仿真。3）系統(tǒng)的綜合調試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進行綜合的測試與實驗，分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調

21、整系統(tǒng)的不足之處。系統(tǒng)的組成結構如圖1.1所示。圖1.1 系統(tǒng)組成結構第 1 頁 共 33頁1 方案論證1.1 設計方案的提出方案一：此方案的設計是以核心控制軟件AT89C52單片機，LCD12864液晶顯示器，ADC0809模數(shù)轉換器，F(xiàn)C-28土壤濕度傳感器，SRD-05VDC-SL-C繼電器主要元件構成，電路其他元器件的選擇沒有太大區(qū)別。方案二：此方案的設計是以STCC8951為核心控制軟件，LCD12864液晶顯示器，ADC0832模數(shù)轉換器，F(xiàn)C-28土壤傳感器，SRD-05VDC-SL-C繼電器等主要元器件構成。方案三：此方案的設計是以STC89C52為核心控制軟件，LCD1602

22、液晶顯示器，ADC0832模數(shù)轉換器，YL-69土壤濕度傳感器，SRD-05VDC-SL-C繼電器等主要元件構成。1.2 設計方案的比較方案一：其中AT系列的單片機的程序下載方式不太方便，且LCD12864液晶顯示器雖說不影響電路功能，但是根據(jù)設計簡單實用可操作性強的思想不能物盡其用。ADC0809速度比較快，但是其外圍電路復雜，市場價格比較高。 方案二：其中STC系列單片機下載程序方式較之AT系列單片機比較簡單，但是SCT89C51單片機的空間較小，可能沒有足夠的空間去操作，ADC0832雖然速度比不上ADC0809，但是其外圍電路簡單，性價比高。方案三：其中STC89C52比STC89C5

23、1單片機的空間大了一倍，且程序下載方式簡單易操作，LCD1602的功能能夠滿足本次設計的需求，且物盡其用，市場價格不貴，YL-69和FC-28兩者相比功能沒有太大差別，且價格相差不大。1.3 設計方案的選擇根據(jù)上述三種方案的優(yōu)缺點，還有自身掌握的專業(yè)知識，從各個方面綜合考慮，決定選擇第三種方案來實現(xiàn)本次設計所要達到的目的。具體實現(xiàn)過程為：以STC89C52單片機為核心，YL-69土壤濕度傳感器所采集到的數(shù)據(jù)傳送到ADC0832中，當STC89C52單片機需要數(shù)據(jù)時，就會給A/D模數(shù)轉換器發(fā)送一條工作指令，當轉換結束后，單片機讀取數(shù)據(jù)后，通過軟件程序處理之后傳送到LCD1602液晶顯示器上顯示信

24、息。自動澆水部分功能的實現(xiàn)為，單片機讀取數(shù)據(jù)后，經(jīng)過軟件程序的對比處理后，發(fā)送信號到SRD-05VDC-SL-C繼電器來驅使水泵工作或者關閉。當土壤濕度檢測值低于設定值時，水泵工作；當土壤濕度檢測值等于或者高于設定值時，水泵停止工作。而自動澆水功能的實現(xiàn)則為關掉單片機電源電路，由外圍電路供電來實現(xiàn)澆水。第 13 頁 共 33 頁2 系統(tǒng)硬件電路設計2.1 總體設計自動澆花系統(tǒng)利用單片機為核心來實現(xiàn)。自動澆花系統(tǒng)的濕度檢測電路是利用土壤濕度傳感器土進行信息采集，再經(jīng)過A/D轉換器處理，輸送到單片機內處理之后轉變?yōu)閿?shù)字信號，發(fā)送到LCD顯示屏去顯示，通過這種方式我們便可以對土壤濕度變化進行檢測和控

25、制，也可以對濕度范圍重新設置，手動灌溉系統(tǒng)用單片機接受到的數(shù)據(jù)處理之后發(fā)送指令到繼電器以控制水泵澆灌。自動澆花系統(tǒng)的硬件電路由單片機系統(tǒng)電路、電源的電路、濕度傳感器電路、LCD顯示電路、控制按鍵的電路等電路共同構成的；自動灌溉系統(tǒng)的軟件程序選用C語言編程。自動澆花系統(tǒng)靈活可靠，操作簡單，制作成本比較低，在灌溉中的應用范圍很廣泛。系統(tǒng)總框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)總框圖2.2 STC89C52單片機STC89C52單片機是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的低電壓、高性能CMOS8位微控制器7，具有 8K系統(tǒng)可編程可擦除Flash只讀存儲器，STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51

26、內核，但做了大量的改善使得芯片具有許多傳統(tǒng)51單片機不具備的功能，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期隨意選擇。采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash存儲器組合在一個芯片上，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。2.2.1 STC89C52單片機的組成STC89C52由一個8位微處理器、128KB片內數(shù)據(jù)存儲器RAM、1個特殊功能寄存器SFR、3KB片內程序存儲器Flash ROM、64KB可尋址片內外一編址的ROM、64KB可尋址片外的RAM、4

27、個8位并行I/O接口（P0-P3）、一個全雙工通用異步串行接口UART、兩個16位的定時器及計數(shù)器、具有位操作功能的布爾處理機及位尋址功能的五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)以及片內振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路8。其基本組成框圖如圖2.2所示。圖2.2 STC89C52單片機的組成2.2.2 STC89C52的主要性能9· 增強型51單片機，完全兼容傳統(tǒng)51單片機指令代碼，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期任意選擇· 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機）· 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通51的080MHz，實際工作頻率可達4

28、8MHz· 8K用戶應用程序空間· 片上集成512字節(jié)RAM· 通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。· ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），不需要專用的編程器和仿真器，用戶可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載程序，省時省力· 具有EEPROM功能· 具有看門狗功能· 共3個16位定時器/計數(shù)器（T0、T1、T2）· 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，

29、Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒· 通用異步串行口（UART），可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART· 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）· PDIP（塑料雙列直插式）封裝2.2.3 STC89C52的管腳說明STC89C52的引腳圖如圖2.3所示。圖2.3 STC89C52單片機引腳各引腳功能：1）電源VCC（40引腳）:電源,接+5VVSS（20引腳）:接地2）I/O口線P0口（P0.0-P0.7,39-32引腳）：P0口是一個8位漏極開路雙向I/O口，也稱為數(shù)據(jù)總線口。對端口P0寫入“1”時，作為高阻輸入；作為輸出時，

30、每個引腳可驅動8個負載。用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器時，內部為上拉電阻狀態(tài)，可以作為數(shù)據(jù)和地址低8位復用總線。FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口；當FIASH進行校驗時，外部必須接上拉電阻，此時P0口輸出原碼。 P1口（P1.0-P1.7，1-8引腳）：P1口是一個內部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，專門供用戶使用。P1口的輸出緩沖器能接收4TTL（生存時間）門電流。當P1口管腳寫入“1”后，內部上拉電阻把端口拉到高電位，可用作輸入；由于內部上拉電阻的存在，P1口被外部信號下拉為低電平時，將作為輸出口。 P2口（P2.0-P2.7，21-28引腳）：P2口是一個內部帶有上拉電阻的8位雙向I/O

31、口，也可作為用戶使用的I/O口接線。P2口的輸出緩沖器可接收4個TTL門電流。當P2口被寫入“1”時，內部上拉電阻把端口拉到高電位拉高作為輸入。同時由于內部上拉電阻的存在，被外部信號拉低的P2端口將輸出電流。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。當對外部8位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容且在整個訪問期間不會變。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口（P3.0-P3.7，10-17引腳 ）：P3口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口的輸出緩沖器可接收4個TTL門電流。當P3口被

32、寫入“1”后，P3端口被內部上拉電阻上拉為高電平，并用作輸入。 STC89C52單片機的P1口個別管腳和P3口還有一些特殊功能。其中P1.0可以作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入，P1.1可以作為定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入。具體如表2.1所示。表2.1 P1.0和P1.1引腳復用功能引腳復用功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入，時鐘輸出）P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口，具體如表2.2所示。表2.2 P3引腳復用功能引腳復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷

33、0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為Flash編程和編程校驗接收一些控制信號。3）控制線 RST（9引腳）：復位信號的輸入端。需保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖。訪問外部存儲器時，用于鎖存地址的低8位。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN（29引腳）：外部ROM讀選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期出現(xiàn)兩次/PSEN信號有效。但在訪問外

34、部數(shù)據(jù)存儲器時，/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器的控制信號。當/EA保持低電平時即接地，不管是否有內部程序存儲器，在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH）都能讀取指令。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，執(zhí)行內部程序存儲器。4）時鐘 XTAL1（19引腳）：振蕩器電路的輸入端。 XTAL2（18引腳）：振蕩器電路的輸出端。2.2.4 振蕩電路和時鐘在STC89C52芯片內部，有一個振蕩電路和時鐘發(fā)生器，內部時鐘電路則是單片機里面的高增益反相放大器用來構成振蕩器，引腳XTAL1是輸入端，引腳XTAL2是輸出端，在

35、兩個端的引腳接入跨界石英晶體和兩端引腳分別接入微調電容，共同組成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為CPU的時鐘源，稱為外部時鐘方式。采用外部時鐘方式時，XTAL1作為振蕩器電路的輸入端，接至外部振蕩器的輸出端，XTAL2懸空。我們這次設計選用的是內部時鐘方式。為了保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作，在安裝中，我們就需要把石英晶體、電容和芯片的安裝距離盡量縮短，可以防止產(chǎn)生寄生電容，除此之外我們盡量選用溫度穩(wěn)定性較好的電容。內部時鐘方式的電路連接方法如圖2.4所示。圖2.4 STC89C52振蕩器的連接方法2.2.5 復位電路單片機中的復位電

36、路和電腦的重啟鍵的作用是一樣的。當電腦出現(xiàn)死機情況時，按下重啟鍵電腦內部程序從頭開始運行。單片機的復位電路是讓CPU和自動澆花系統(tǒng)中其他功能部件全部都處于初始狀態(tài)，然后從初始狀態(tài)開始工作。不管單片機是剛開始通電源，或者切斷電源后，還是突然故障之后都需要復位，單片機復位需要滿足RES/VPD和RST引腳持續(xù)2個周期及以上的高電平這一條件。復位電路有上電自動復位的方式和按鍵復位的方式，本次設計采用的是按鍵復位方式，選用按鍵手動電平的復位是通過RST端，經(jīng)過電阻與電源VCC的接通方式來實現(xiàn)。其電路連接如圖2.5所示。 圖2.5 復位電路的連接方法2.3 ADC0832 A/D轉換A/D轉換的作用就是

37、把采集到的模擬信號轉變?yōu)槲覀兛捎玫臄?shù)字信號。ADC0832 是一個8位分辨率的A/D轉換芯片，它分辨呂最高可以達到256級，相對其它的轉換芯片來說體積比較小，而且兼容性也比較好，在市場里面它的性價比高，一般模擬量的轉換要求都能夠滿足。由于它的內部電源輸入和我們選用的參考電壓復用，使得A/D轉換芯片的模擬電壓輸入一般在0-5V區(qū)間內。A/D轉換芯片所需的轉換時間很短，僅僅是32微秒，它還能雙數(shù)據(jù)輸出，可以減少數(shù)據(jù)誤差，所以它能進行數(shù)據(jù)校驗，總的來說它的優(yōu)點就是轉換速度快，穩(wěn)定性能強。獨立的芯片可以讓輸入更加方便，掛接多個器件和處理器控制更加容易。ADC0832模塊電路連接如圖2.6所示。圖2.6

38、 ADC0832轉換器電路連接方法2.4 LCD1602液晶顯示在很多家用電子產(chǎn)品中隨處可見，它會顯示一些數(shù)字、特殊符號和圖形等，具有體積小，顯示內容豐富和功耗低等特點10。它可以把單片機處理后的數(shù)據(jù)進行屏幕顯示，它與單片機的電路連接非常簡單，我們只需把一個8位I/O接口和液晶顯示模塊的8位數(shù)據(jù)段連接在一塊，再把3位控制口分別與液晶模塊的RS、R/W、E三個端口分別連接在一塊就可以完成。為了布線可以變簡單以及驅動能力變得更強，我們用的是單片機P0口接8位數(shù)據(jù)，用P2.7、P2.6分別與單片機管腳RS、E相連。因為本次設計中只用到寫命令，R/W一直處于低電平狀態(tài)，所以R/W管腳接地11。LCD1

39、602電路連接如圖2.7所示。圖2.7 LCD1602顯示器電路連接圖2.5 濕度傳感器傳感器是一種輸出裝置，將采集到的信息資料轉變?yōu)橛杏眯盘枴Ｋ擅舾性?、轉換元件和相對應的電子電路共同構成，在使用的過程中直接響應于被測物理量并且產(chǎn)生可用信號輸出。當外界的濕度變化時，它里面的電阻值也會隨之變化,電阻值的變化范圍一般為0歐10K歐，當電阻變化時，電路的輸出電壓也會產(chǎn)生變化。因此當電路中變調電阻的大小時,就可以能獲得相應的電壓值,滿足電路的需求。此次設計用到的是YL-69土壤濕度傳感器，它的測量范圍為0-100%RH，具有功耗低、響應時間短的優(yōu)點12。其電路連接如圖2.8所示。圖2.8 濕度傳感

40、器電路連接方法2.6 按鍵電路S0:復位鍵 S1:設置/保存 S2:加/模式切換  S3:減/手動灌溉檢測：供電后，水泵會工作，LCD1602顯示當前土壤濕度,將土壤濕度傳感器放入水中，濕度值上升,水泵停止。按下S2鍵，切換為手動澆花模式，按S3鍵就可以手動開關水泵了。設定：按下S1設置鍵,進入預設濕度值調節(jié)模式，按S2鍵,預設值加；按S3鍵,預設值減。設置成功后,再按S1設置鍵退出,返回到正常模式13。按鍵電路連接如圖2.9所示。圖2.9 按鍵電路連接方法2.7 繼電器電磁式繼電器由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點簧片組成，工作時繼電器的線圈會加上額定的電壓

41、，并且產(chǎn)生電流，緊接著電流會產(chǎn)生電磁效應，產(chǎn)生的電磁力會把銜鐵吸起來，銜鐵的動觸點與靜觸點吸和，進行動作14。當線圈失電后，電磁力就沒有了，在彈簧作用下銜鐵返回原來不通電的位置，釋放切斷。所以說依照上述原理，繼電器起到了一個開關的作用。它可以配合電路實現(xiàn)預期的效果而且它的控制精度和靈活性都比較可靠。繼電器起到開關作用，需要連接一個三極管，三極管和單片機的P1.6相連，當引腳被置高電平的時候，繼電器工作驅動水泵灌溉。如圖2.10所示15。圖2.10 繼電器電路連接方法3 系統(tǒng)軟件設計3.1 系統(tǒng)控制流程圖自動澆花系統(tǒng)軟件的設計，設計中采用結構化、模塊化的方法是為了便于功能的擴展，自動灌溉系統(tǒng)用C

42、語言來進行軟件設計。  當自動澆花系統(tǒng)打開運行之后，首先它進行初始化，并獲取我們設定的濕度值。經(jīng)過信息處理之后，輸送到液晶顯示屏顯示信息；主循環(huán)判斷當前環(huán)境的濕度值，對比當前的土壤濕度值是否低于設定值，如果低于設定值，繼電器就會驅動水泵進行抽水灌溉；如果高于設定值，則不用工作。系統(tǒng)流程圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)流程圖3.2 子程序流程圖在自動澆花系統(tǒng)運行之后，首先獲取當前土壤濕度值，即YL-69土壤濕度傳感器已經(jīng)工作。初始化后，采集到的數(shù)據(jù)輸送到單片機中，單片機中對比處理之后，傳送到LCD顯示器上顯示出來。其進行流程如圖3.2所示。而按鍵電路的工作原理即為程序軟件處理

43、過程，其流程如圖3.3所示。 圖3.2 YL-69濕度傳感器流程圖 圖3.3 按鍵流程圖ADC0832的工作就是把模擬信號轉換成數(shù)字信號，把傳感器采集到模擬信號轉換為數(shù)字信號后，單片機讀取數(shù)據(jù)后根據(jù)軟件程序的設定做出相應的指令，其工作流程如圖3.4所示。LCD1602液晶顯示器的作用主要是顯示出我們設定的濕度值以及檢測到的當前土壤濕度值，其工作流程如圖3.5所示。 圖3.4 ADC0832流程圖 圖3.5 LCD1602流程圖4 系統(tǒng)調試4.1 系統(tǒng)的仿真此次自動澆花系統(tǒng)的軟硬件仿真均是在Proteus仿真軟件中完成的。Proteus是目前我們接觸到的最好的仿真單片機以及外圍器件的EDA工具器

44、件，可以輕松地實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設計。按照所設計的方案搭建的硬件電路如圖4.1所示。圖4.1 系統(tǒng)仿真圖4.2 系統(tǒng)的安裝和焊接在安裝系統(tǒng)之前我們要檢查元器件，例如：晶體管的型號是否匹配，電容器的耐壓是否正確，以及電容器的極性問題。再次確定原理圖，安裝電路位置，檢查極性是否正確，在安裝過程中最好導線條理清晰。焊接時需保證元器件按照電路原理圖安裝正確，先找好電源和接地點，切不可正負極焊接錯誤或者管腳焊接錯誤。電烙鐵過熱，停留時間太長，焊錫過多都會造成電路板上的覆銅翹起，從而破壞電路板。焊接完成后，不要立即移動元器件，否則會造成虛焊或者脫焊。焊接晶體三極管時對其他晶體同樣適用，溫度不可過高，時

45、間不宜太長，否則會毀壞晶體。焊接完成后，系統(tǒng)焊接如圖4.2所示。圖4.2 系統(tǒng)焊接圖4.3 系統(tǒng)調試在安裝時，我們要采用按照單元電路逐級的安裝調試，聯(lián)合的調試的方法。具體的步驟：1）依據(jù)系統(tǒng)原本設計，把所需組成元件找好并進行焊接。2）依據(jù)原件說明書，清楚每個組成元件的動作原理，并且調試每個功能模塊。3）然后把每個功能模塊編寫成獨立的源程序文件，再次進行調試成功之后，我們就可以再把各個部分組合在一起。4）在調試各個模塊之后，我們就可以把各個源程序段組合起來綜合調試。實物圖如圖4.3所示。圖4.3 系統(tǒng)實物圖5 結束語本次自動澆花系統(tǒng)的設計是以電子類的自動澆花器的工作原理為參考，運用傳感器技術和單

46、片機控制技術構成一個土壤溫濕度采集與澆水控制系統(tǒng)，再用數(shù)字電路控制自動給水系統(tǒng)及時供水。本次設計中土壤溫濕度的采集和顯示是以ADC0832配合成感應電路，將檢測到的當前土壤溫濕度值送入STC89C52單片機，單片機經(jīng)過信息對比處理之后輸出到LCD1602液晶顯示進行信息顯示。同時此土壤濕度值也是判定是否給植物澆水的參考值，它設計為自動和手動兩個部分：智能澆水系統(tǒng)是通過單片機程序設定澆水的上、下限值并與感應電路送入單片機的土壤濕度值相比較，當傳感器檢測到的土壤濕度值低于設定的下限值時，單片機輸出一個信號給繼電器驅動水泵工作開始澆水；高于設定的上限值時由單片機輸出一個信號給繼電器使水泵停止?jié)菜?；?/p>

47、動部分是關閉單片機電路，由外圍工作電路供電按鍵控制澆灌。整個系統(tǒng)經(jīng)過試驗之后，能夠根據(jù)不同的土壤濕度環(huán)境作出判斷，來決定是否澆水。在本系統(tǒng)功能實現(xiàn)的同時，系統(tǒng)的自動控制和手動模式也正常工作，可以根據(jù)個人喜好來選定模式，操作簡單，功能實用。在本系統(tǒng)試驗之后，發(fā)現(xiàn)誤差較小，在±1%RH左右。通過本次設計，能夠進一步了解微電腦智能控制的強大功能和操作方式。在現(xiàn)實生活中，自動澆花系統(tǒng)的應用很廣泛，不僅可以應用在花卉盆栽等小植株，經(jīng)過改良之后，還可以用在農(nóng)田、溫室大棚和公路綠化帶等區(qū)域較大或不規(guī)則等地方。隨著技術的發(fā)展，自動澆花系統(tǒng)會更加完善，功能更加強大，操作更加簡單。比如，在系統(tǒng)中引入語音

48、模塊，就會減少人們動手的次數(shù)，實現(xiàn)語音控制；或者也可以加入輔助配樂軟件，這樣就可以實現(xiàn)花式澆水，還可以做成澆花機器人的形式來增添更多樂趣。經(jīng)過本次設計，懂得了設計應該注意的一些問題，比如：可操作性，實用性，安全性等，也對以后的生活和工作幫助巨大。第 14 頁 共 33 頁致謝本次設計對我?guī)椭畲蟮木褪俏业膶焺嗕h老師，衷心感謝劉老師的付出及幫助。此次設計的自動澆花系統(tǒng)所涉及的內容在我大學的學習中接觸較少，也可以說是從零開始。首先是劉老師給出我要查找咨詢的方向，避免了無處下手，四處碰壁的困境。在每次檢查時，劉老師都會幫助我查漏補缺，提出寶貴的意見并且指出我的問題幫助我分析解決問題，還會鼓勵我克

49、服困難，同時無論需要什么幫助，劉老師都會熱心的幫助我。在此設計期間，劉老師對我的論文提出了許多寶貴的修改意見，從而進一步增強了本論文的可讀性和嚴密性。所以，再次衷心感謝劉老師。同時，也特別感謝班主任龍老師和所有的代課老師，感謝你們在我們學習生涯中的辛勤付出，謝謝同學們的答疑解惑和支持，可以使我不斷進步，知道怎么熟悉并且完善此次設計。通過本次設計，可以給予我學習和生活很大的幫助，讓我們懂得學習去做一樣東西的時候，應該具備什么能力和如何掌握不曾接觸的新知識。正如古話說的好，老師是一盞明燈，指引我前進的方向，同時和同學們相處的時候，我學到了互幫互助、團結協(xié)作，也學到了他們學習中的一些好的方法，積累了

50、許多學習和生活上的重要經(jīng)驗。 衷心感謝在百忙之中參與論文評閱和參加答辯的各位老師。 致謝人： 2016年 月 日第 16 頁 共 33頁參考文獻1劉冠麗.智能化澆灌系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術,2012,23:95-198.2劉明真,陳鴻.基于單片機智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設計J.學術問題研究,2010,01:75-80.3楊杜鵑.基于單片機的自動澆花系統(tǒng)設計J.科技致富向導,2014,12:225.4張躍東,姚衛(wèi).傳感器應用技術M.北京:電子工業(yè)出版社,2015.5.5張偉宏.論物聯(lián)網(wǎng)下智能家居發(fā)展及趨勢J.電腦與信息技術,2014,03：60-636鄭重,馬富裕.滴灌自動控制與智能化管理技術M

51、.北京:科學出版社.2015.27朱兆優(yōu),陳堅,鄧文娟.單片機原理與應用:基于系列增強型單片機M.第2版北京:電子工業(yè)出版,2012.8劉川,張小成,高進淵,馬金剛,和曉雲(yún),李曉勤.智能自動澆花系統(tǒng)的控制設計研究J.科技世界,2015,18:87-88.9袁建榮.基于HS1101的土壤濕度傳感器的智能化研究J.山東青年,2015,7.10金煒,電磁閥的控制原理與圖符解析J.貴州電力技術2011,2:67-70.11雷文禮,任新成,曹新亮.基于單片機的自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術,2015,19:121-124.12王清珍,董健,楊宇.基于單片機的門禁系統(tǒng)多級菜單設計J.現(xiàn)代電子

52、技術,2015,12:55-61.13ZHANG Lili,YANG Hua,YANG Qingge.An Indoor Temperature Control System Based on Microcomputer.Research and Exploration in Laboratory,2015,No.7:63-66,71.14Nilesh R,Patel Rahul B.Lanjewar Microcontroller Based Drip Irrigation System Using Smart SensorJ.2013.8.13.15SenLin Zhang,ZiXiang

53、 Wang,MeiQin Liu,MeiKang Qiu.Energy-aware routing for delay-sensitive underwater wireless sensor networks.Science in China. Series F:Information Sciences,2014,No.10,1-14.附錄A 英文文獻原文Effects of watering potato plants before harvest and of curing conditions on development of tuber diseases during storageG.A. HIDE, KATHRYN J. BOORER and SHARON M. HALLInstitute of Arable Crops Research, Rothamsted Experimental Station, Harpenden,Herts AL5 2JQ, UKAccepted for publication: 31 January 1994Additiomtl keywords: harvest date, silver