自動澆水花盆設(shè)計

1、研究生課程論文/研究報告 課程名稱： 嵌入式系統(tǒng)軟件 任課教師： 論文/研究報告題目：自動澆水花盆設(shè)計 完成日期： 年 月 日學(xué) 科： 學(xué) 號： 姓 名： 成 績： 目 錄1.緒論12.系統(tǒng)的總體設(shè)計12.1 應(yīng)用場所12.2 系統(tǒng)預(yù)期功能12.3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案13.系統(tǒng)的核心器件33.1 STC89C51單片機33.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器53.3 DS1320時鐘芯片53.4 LCD1602液晶顯示屏64.系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計94.1空氣式溫度的采集于顯示94.2 定時器部分94.3 系統(tǒng)原理圖95.總結(jié)10參考文獻11121.緒論隨著社會生活的進步，人們對生活品質(zhì)追求越來越高。在

2、家里養(yǎng)盆花不但可以陶冶高尚情操、增添生活情趣，激發(fā)對生活的情感。還可以裝點空間，舒緩人們緊張的情緒。綠色植物不但可以吸收二氧化碳釋放氧氣，許多植物還可以吸收空氣中的有害氣體，使人健康生活改善人們居住的生活環(huán)境。因此，養(yǎng)盆花被許多的人所青睞。盆花澆水量是否能做到適時適量，是養(yǎng)花成敗的關(guān)鍵。但是，在生活中人們總是會有無暇顧及的時候，比如工作太忙或者出差、旅游等。大多數(shù)的花草生長問題是由花兒澆灌問題引起，因此，我想通過設(shè)計一種采集空氣濕度檢測智能澆水和實時時間顯示手動澆水于一體的盆花自動澆水系統(tǒng)。讓盆花在人們無暇照顧時也能得到及時的澆灌。2.系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 應(yīng)用場所該設(shè)計主要應(yīng)用于家庭或辦公室

3、，主要針對種植了盆栽但沒時間管理的人群。其價格低廉，易于操作。2.2 系統(tǒng)預(yù)期功能每種植物對其周圍環(huán)境的濕度、溫度要求多有一定的范圍，一旦高于或低于這個范圍其生長就會受到影響。本設(shè)計有兩種澆水模式進行選擇。若是選擇智能模式澆花，則是通過對植物周圍空氣的濕溫度進行檢測，來進行判定是否澆水。當(dāng)周圍空氣過于干熱燥時可以進行噴水對環(huán)境進行降溫加濕。若是選擇手動模式澆花，則是定時定量的澆水，就在規(guī)定的時間按照澆水時間的長短對植物進行定量澆水。2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.3.1主題分類本設(shè)計主要分為兩種澆花方式：智能澆花和手動澆花。1、智能澆花：包括了空氣濕溫度的監(jiān)測和顯示、智能澆水系統(tǒng)?？諝鉂駵囟鹊臋z測

4、和顯示以濕溫度傳感器DHT11為感應(yīng)部件，將檢測的空氣濕溫度值送入STC89C51單片機，再由其輸入到LCD屏上進行顯示。并通過單片機程序設(shè)定澆水的上下線值與DHT11送入單片機的空氣濕溫度值相比較，當(dāng)?shù)陀谙戮€值時，單片機輸出一個信號控制電磁閥打開，開始澆水，高于上限時與上線值時再由單片機輸出一個信號控制電磁閥關(guān)閉，停止?jié)菜?、手動澆花：是由單片機從時鐘芯片DS1302讀入月份與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間與澆水的量，已達到定時定量澆水。2.3.2.流程圖本設(shè)計的主題流程圖如圖2-1所示：模式1模式2是是開始選擇模式智能澆花手動澆花開始澆水開始澆水低于設(shè)置濕度設(shè)置時間到？停

5、止?jié)菜穹駡D2-1 主題流程圖3.系統(tǒng)的核心器件3.1 STC89C51單片機STC89C51是由美國設(shè)計、深圳宏晶科技在國內(nèi)最新推出的一種新型51內(nèi)核單片機。其片內(nèi)含有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、A/D、PWM等模塊。該器件基本功能與普通的51單片機完全兼容。3.1.1 STC89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C51單片機的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。Vss串行通信P0 P1 P2 P3外中斷ALERSTVccXTAL1時鐘電路總線控制邏輯數(shù)據(jù)存儲器RAM128B SFR21B定時器/計數(shù)器 T0 T1中斷控制系統(tǒng)5個中斷源2個優(yōu)先級可編程并行I/O接口4個串行I/O接口全雙工

6、1個程序計數(shù)器PC4KB程序存儲器ROM/EPROM/FlashCPU內(nèi)中斷XTAL2圖3-1 STC89C51單片機的基本結(jié)構(gòu)由圖可知，是STC89C51單片機有以下幾部分組成。1.CPU系統(tǒng)（1）8位CPU，能夠進行布爾處理。（2）內(nèi)部時鐘電路。（3）總線控制邏輯。2.內(nèi)部存儲器系統(tǒng)（1）4KB程序存儲器（ROM/EPROM/Flash），可外擴至64KB。（2）128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM，可外擴至64KB)。（3）21個特殊功能寄存器（SFR）。3.I/O接口及中斷、定時部件（1）4個8位并行I/O接口。（2）5個中斷源的系統(tǒng)，2個優(yōu)先級。（3）2個16位定時器/計數(shù)器。（4）1個全雙

7、工的串行I/O口。3.1.2 STC89C51單片機引腳功能STC89C51器引腳排列和邏輯符號如圖3-2所示。圖3-2 STC89C51的引腳圖其引腳功能如下。1.電源及時鐘引腳（1）Vcc：接5V電源。（2）GND：接地。（3）XTAL1：外接晶振輸入端（采用外部時鐘時，此引腳接地）。（4）XTAL2：外接晶振輸入端（采用外部時鐘時，此引腳作為外部時鐘信號輸入端）。2.并行I/O接口引腳（32個，分成4個8位并行口）（1）P0.0P0.7：通用I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低8位地址總線復(fù)用引腳。（2）P1.0P1.7：通用I/O口引腳。（3）P2.0P2.7：通用I/O口引腳或高8位地址總線引腳。

8、（4）P3.0P3.7：一般I/O口引腳或第二功能引腳。3.控制信號引腳（1）RST/VPD：復(fù)位信號引腳/備用電源輸入引腳。（2）ALE/：地址鎖存信號引腳/編程脈沖輸入引腳。（3）/VPP：內(nèi)外程序存儲器選擇信號引腳/編程電壓輸入引腳。（4）：外部程序存儲器選通信號輸出引腳。3.2 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器DHT11傳感器是一款含有以校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它的數(shù)字模塊采集技術(shù)以及溫濕度傳感技術(shù)確保了DHT11傳感器的可靠性與穩(wěn)定性。其內(nèi)部含有一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并且與一個高性能的8位單片機相連。因而DHT11具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極

9、高的優(yōu)點。3.2.1 DHT11的性能指標(biāo)和特性DHT11低功耗，5V電源電壓下，工作平均最大電流0.5mA。其性能指標(biāo)和特性如下：Ø 工作電壓范圍：35.5VØ 工作電流：平均0.5mVØ 濕度測量范圍：2090%RHØ 溫度測量范圍：050Ø 濕度分辨率：1%RH 8位Ø 溫度分辨率：1 8位Ø 采樣周期：1SØ 單總線結(jié)構(gòu)Ø 與TTL兼容（5V）3.2.2 DHT11的引腳說明DHT11為四針單排引腳。1.引腳1：（VDD）電源引腳。2.引腳2：（DATA）串行數(shù)據(jù)，單總線。3.引腳3：（NC）空腳

10、，懸浮。4.引腳4：（GND）接地。3.3 DS1320時鐘芯片DS1302是一款美國DALLAS公司推出的涓流充電式的時鐘芯片，其片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，可通過簡單的串行接口與單片機進行通信。3.3.1 DS1302的性能指標(biāo)和特性DS1302是一款高性能，低功耗的時鐘芯片，其主要性能有如下幾點：Ø 工作電壓范圍：25.5V。Ø 工作電流2V時，小于300nA。Ø 可對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，并且具有閏年補償?shù)裙δ堋?#216; 讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有兩種傳送方式：單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送（字符組方式）Ø

11、與TTL兼容（5V）3.3.2 DS1302的引腳說明DS1302含有8針雙排引腳。1.引腳1：（VCC1）主電源。2.引腳2、3：（X1、X2）震蕩源，外接32768Hz晶振。3.引腳4：（GND）地線。4.引腳5：（）復(fù)位/片選端。5.引腳6：（I/O）串行數(shù)據(jù)輸入/輸出（雙向）。6.引腳7：（SCLK）串行數(shù)據(jù)輸入端。7.引腳8：（VCC2）后備電源。3.3.3 DS1302的控制字節(jié)DS1302控制字節(jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位（位0）

12、如果為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。3.4 LCD1602液晶顯示屏3.4.1 LCD液晶顯示器簡介LCD1602液晶顯示器是目前廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏（LCD），控制驅(qū)動主電路HD44780及其擴展驅(qū)動電路HD44100，以及少量電阻，電容原件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB板上而組成。不同廠家生產(chǎn)的LCD1602芯片可能有所不同，但使用方法都是一樣的。為了降低成本，現(xiàn)在絕大多數(shù)制造商都直接將裸片做到板子上。它是一種字符型液晶顯示器，目前國際上已經(jīng)對字符型液晶顯示模塊進行了規(guī)范，使得無論顯示屏規(guī)格如何變化，其電特性和接口形式都是

13、統(tǒng)一的。因此，只要設(shè)計出一種型號的接口電路，并在指令設(shè)置上稍加改動即可使用各種規(guī)格的字符型液晶顯示模塊。3.4.2 液晶顯示的主要技術(shù)參數(shù)1、 液晶顯示屏是由若干5×8或5×11點陣塊組成的顯示字符群。每個點陣塊為一個字符位，字符間距和行間距都為一個點的寬度。2、 控制驅(qū)動電路為HD44780（HITACHI公司）及與其他公司全兼容的電路，如SED1278(SEIKO公司，EPSON公司)，KS0066(SAMSUNG公司)和NJU6408(NER JAPANRADIO公司)。3、 具有字符發(fā)生器ROM，可顯示192種字符（160個5×7點陣字符和32個5

14、5;10點陣字符）。4、 具有64字節(jié)的自定義字符RAM，可定義8個5×8點陣字符或4個5×11點陣字符。5、 具有80字節(jié)的RAM。6、 標(biāo)準的接口特性。7、 模塊結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧，裝配容易。8、 單5v電源供電。9、 低功耗長，壽命高，可靠性。3.4.3 LCD1602的引腳說明LCD1602的引腳按功能可分為三類：數(shù)據(jù)類，電源類和編程控制類。如表3-1 所示為LCD1602液晶顯示器的引腳功能。表3-1 LCD1602液晶顯示器的引腳功能表引腳號符 號狀 態(tài)功 能1VSS電源地2Vdd5V邏輯電源3VO液晶驅(qū)動電源4RS輸入寄存器選擇，1：數(shù)據(jù)；0：指令5R/W輸入讀，

15、寫操作選擇，1：讀；0：寫6E輸入使能信號7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（MSB）15LEDA輸入背光5V16LEDK輸入背光低1.數(shù)據(jù)類引腳引腳714為數(shù)據(jù)線，選擇直接控制方式時8根線全用。四線制時只用DB7DB4四根高位線2.電源類引腳電源類引腳包括：（1）引腳1、2為負、正電源線。（2）引腳3 VO為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最低，接（3）電源地時對比度最高，對比度過高是會產(chǎn)生“鬼影”，這是可使用的電位器來調(diào)整。（4）引腳15

16、、16為背光電源，接5V電源時應(yīng)串入適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?.編程控制類引腳編程控制類引腳包括：（1）E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行命令。（2）RW為讀寫信號，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。（3）RS為寄存器選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。4.系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計該系統(tǒng)包括空氣濕溫度的采集與顯示系統(tǒng)和定時器的設(shè)置與顯示系統(tǒng)兩個系統(tǒng)。4.1空氣式溫度的采集于顯示空氣式是溫度采集于顯示系統(tǒng)是以STC89C51單片機為核心控制，通過軟件設(shè)置已完成動作。DHT11濕溫度傳感器將檢測的空氣濕溫度數(shù)據(jù)通過單片機的I/O接口傳送到LCD上顯示出來。同時，當(dāng)

17、系統(tǒng)處于智能澆水狀態(tài)下，傳感器所檢測到的值將于設(shè)定的濕溫度上下線值進行比較，若低于下限值，則單片機發(fā)出一個控制信號，開始澆水。若高于上限值，則停止?jié)菜?。具體系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖4-1所示。單片機AT89C51電源傳感器LCD屏顯示驅(qū)動部件閥門圖4-1 智能澆水框圖4.2 定時器部分定時器部分是以STC89C51單片機為控制核心通過軟件設(shè)置達到目的要求。通過按鍵開關(guān)對當(dāng)前時間以及澆水時間進行設(shè)置，單片機從時鐘芯片DS1302讀入時間與每天的實時時間，當(dāng)時間處在所設(shè)置的澆水時間內(nèi)時，單片機發(fā)出一個控制信號，開始澆水。否則停止?jié)菜?.3 系統(tǒng)原理圖本設(shè)計系統(tǒng)原理圖如圖4-2所示：圖4-2 系統(tǒng)原理圖5

18、.總結(jié)本設(shè)計參考電子類自動澆花器工作原理，運用單片機控制技術(shù)并配合傳感器技術(shù)已達到集空氣濕度采集控制與定時控制于一體的自動澆水系統(tǒng)。在用數(shù)字電路控制自動給水系統(tǒng)及時的給澆水系統(tǒng)供水。整個設(shè)計包括空氣濕度的檢測與控制和實時時間的顯示與定時控制?？諝鉂穸鹊臋z測和顯示以SHT11溫濕度傳感器為感應(yīng)部件，將檢測到的空氣濕度值送給STC89C51單片機，再由單片機的I/O口輸出到LCD液晶屏中進行顯示。當(dāng)傳感器檢測到的濕度低于所設(shè)定的濕度值時，單片機輸出一個信號進行澆水，高于設(shè)定的給定值時停止?jié)菜?。實時時間的顯示與定時控制是由單片機從時鐘芯片DS1302讀入年月日與每天的實時時刻，通過軟件程序設(shè)定定時澆水的時間與澆水時長，來進行定時定量的澆水。通過本次設(shè)計，讓我進一步了解了微電腦控制的智能系統(tǒng)。也使我真正接觸到了檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計，這雖然是一個日常生活的小系統(tǒng)，但也讓我明白了在設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，比如實用性、經(jīng)濟性以及安裝條件等。參考文獻1 李海濱，片春媛，許瑞雪.單片機技術(shù)課程設(shè)計與項目實例M.北京：中國電力出版社，20092 許文斌，曾全勝.單片機技術(shù)應(yīng)用與實踐M.北京：清華大學(xué)出版社，20123 曾光宇等.現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)M.北