PAGEII基于單片機(jī)的家用智能澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)如今，養(yǎng)花已成為許多人的愛好之一，但人們卻非常擔(dān)心澆花的問題。目前市場(chǎng)上各種花卉澆灌設(shè)備雖然琳瑯滿目，但或多或少都存在一些缺陷。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種操作簡(jiǎn)單，易于使用，設(shè)計(jì)成本低的家用智能花卉澆灌系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用STC89C52作為主控芯片，外接電源供電。通過按鍵輸入設(shè)置參數(shù)。采用Yl-69型土壤濕度傳感器和DHT11型溫濕度傳感器作為檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)采集盆栽土壤溫度和環(huán)境溫度信息，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后得出檢測(cè)值，以LCD1602液晶顯示器作為顯示裝置，顯示設(shè)定值和檢測(cè)值，同時(shí)將檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷是否需要澆水，然后輸出控制信號(hào)，控制繼電器的動(dòng)作，從而控制蜂鳴器報(bào)警裝置和水泵澆水裝置的開關(guān)，合理澆灌盆栽，實(shí)現(xiàn)智能澆水。關(guān)鍵詞：STC89C52；智能澆花；傳感器25026摘要 I9055目錄 III146401緒論 -1-39801.1設(shè)計(jì)背景 -1-59491.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -1-105732系統(tǒng)功能要求及基本工作原理 -3-233902.1功能要求 -3-85372.2基本工作原理 -3-153733系統(tǒng)硬件選擇 -4-252043.1STC89C52單片機(jī) -4-57353.2YL-69土壤濕度傳感器 -5-94813.2.1YL-69土壤濕度傳感器的使用 -5-230133.2.2YL-69工作原理 -6-144613.3DHT11溫濕度傳感器 -7-17583.4ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器 -8-307643.5LCD1602液晶顯示器 -9-322853.5.1LCD1602顯示原理 -9-207803.5.2LCD1602的指令 -9-46163.6電磁繼電器 -11-100593.6.1電磁繼電器工作原理 -11-36323.7電磁閥 -13-68863.7.1電磁閥的工作原理 -13-205523.8三極管 -14-323903.8.1三極管的工作原理 -14-96753.8.2三極管的放大原理 -15-6243.8.3三極管的參數(shù) -15-317063.8.4三極管的結(jié)構(gòu)類型 -16-34523.8.5三極管的封裝形式和管腳識(shí)別 -16-69473.8.6三極管的作用 -16-138174系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì) -17-142764.1單片機(jī)控制模塊 -17-88114.1.1復(fù)位電路 -17-75644.1.2晶振電路 -18-64914.2土壤濕度檢測(cè)模塊 -19-171624.3空氣溫度檢測(cè)模塊 -20-1524.4液晶顯示模塊 -21-87764.5報(bào)警器模塊 -22-203824.6按鍵輸入模塊 -23-276824.7澆水電路模塊 -24-220024.8電源供電模塊 -25-50205系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) -27-321895.1系統(tǒng)主程序流程圖 -27-226955.2系統(tǒng)總電路圖 -28-132986結(jié)論 -29-30249參考文獻(xiàn) -30-PAGE5-1.1設(shè)計(jì)背景近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷改革、進(jìn)步和發(fā)展，人民群眾對(duì)生活質(zhì)量的要求大大提高，實(shí)現(xiàn)人民美好生活的迫切需要與日俱增。在書桌上擺放盆栽或在家里種花，已逐漸成為人們追求美好生活的方式之一。如今，越來越多的年輕人開始喜歡用花卉栽培來保護(hù)和改善自己的生存環(huán)境。種花已成為許多年輕人的重要愛好。人們可以在家里種花養(yǎng)花，享受身心，陶冶情操，為生活環(huán)境增添一抹亮色和活力。花草還能改善室內(nèi)環(huán)境，有利于人們的身心健康。植物的生長(zhǎng)離不開水分，許多花卉對(duì)水分有著強(qiáng)烈的需求，特別是在花卉的開花期，缺水會(huì)嚴(yán)重影響花卉的數(shù)量和質(zhì)量，嚴(yán)重缺水甚至?xí)?dǎo)致植物的死亡。另外，一些植物對(duì)土壤水分的控制有嚴(yán)格的要求，過量的澆水會(huì)大幅度增大土壤的濕度，從而導(dǎo)致這些植物的根部腐爛，嚴(yán)重影響它們的正常健康生長(zhǎng)和發(fā)育。這不僅是個(gè)人的經(jīng)濟(jì)損失，也是以花盆為精神寄托者的精神損失。對(duì)于花草的澆水管理是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，而且許多花草對(duì)土壤水分的要求不同，人工控制也很難保證土壤水分適宜，往往造成水量不足或澆水時(shí)間過少，并會(huì)導(dǎo)致大量的水資源被浪費(fèi)。當(dāng)今社會(huì)，生活節(jié)奏越來越快。人們總是忙于學(xué)習(xí)或工作，可能沒有時(shí)間照料他們種植的花草。有時(shí)，由于出差、旅游等原因，植物長(zhǎng)期無人看管，導(dǎo)致植物枯萎甚至死亡。為了有效地解決這些問題，人們發(fā)明了各種自動(dòng)澆花系統(tǒng)。目前，我國市場(chǎng)上雖然有各種自動(dòng)控制澆花系統(tǒng)，但許多自動(dòng)澆花裝置仍存在許多缺陷。一些自動(dòng)澆花裝置其實(shí)并不可行，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)機(jī)制。還有一些剎車控制灑水裝置，雖然功能多，但其價(jià)格太高，而對(duì)于一般家庭來說，過于復(fù)雜的操作和太多的功能是沒有必要的。目前我國市場(chǎng)上現(xiàn)有的自動(dòng)控制澆花設(shè)備要么過于簡(jiǎn)單，功能不完善，要么設(shè)計(jì)不完善，不如人們所期望的方便、高效，要么由于增加了許多不必要的工具和功能而變得過于昂貴。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀上世紀(jì)70年代初，世界上第一個(gè)比特微處理器誕生于英特爾。在接下來的幾年里，微處理器技術(shù)不斷發(fā)展。從此，微處理器和微型計(jì)算機(jī)時(shí)代被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。智能花卉澆灌系統(tǒng)是在這一時(shí)期誕生的一種方便的園藝產(chǎn)品，在國外應(yīng)用廣泛，但價(jià)格昂貴。例如，以色列灌溉行業(yè)的監(jiān)控系同時(shí)具有許多不同的灌溉程序，每次灌溉的開始時(shí)間可以根據(jù)日期進(jìn)行調(diào)整，對(duì)人類來說很方便。法國一家專門從事農(nóng)業(yè)研究的公司研發(fā)了一種智能灑水裝置，該裝置由一定的水壓傳感器驅(qū)動(dòng)，大大提高了施肥和噴灑農(nóng)藥濃度的精度。上世紀(jì)90年代末，智能花卉澆灌系統(tǒng)開始進(jìn)入中國市場(chǎng)。直到十多年前，我們使用的自動(dòng)控制澆水裝置都是直接從國外進(jìn)口的，價(jià)格非常昂貴，而且多用于各種園林、農(nóng)場(chǎng)等地區(qū)。然而，隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，各種智能化的花卉澆灌設(shè)備也隨之發(fā)展起來。目前市場(chǎng)上的各種自動(dòng)控制澆花裝置大多采用虹吸原理，利用液位差進(jìn)行滲透。這樣澆花的過程只能保證花卉本身不會(huì)因?yàn)樗Y源短缺而死亡，但也有以下兩個(gè)缺點(diǎn):一是不能及時(shí)確定植物的實(shí)際需水量，容易導(dǎo)致澆水過少或過多，也會(huì)導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)。二是雨天過多澆水可能使土壤相對(duì)濕度超標(biāo)，導(dǎo)致植物根部腐爛，嚴(yán)重影響植物的正常健康生長(zhǎng)。還有一些智能花卉澆水控制系統(tǒng)，可以設(shè)定每次澆水的時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，并自動(dòng)完成用戶每天設(shè)定的澆水操作，類似于大型花卉基地的澆水系統(tǒng)。與上述方法類似，當(dāng)植物需要澆水時(shí)，不需要澆水。該智能澆花裝置控制方式單一，不同植物的需水量和澆花時(shí)間沒有差異，不能根據(jù)不同植物的生長(zhǎng)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)澆灌各種植物，浪費(fèi)水資源，不利于植物生長(zhǎng)。因此，本文在分析和總結(jié)目前花卉澆灌設(shè)備市場(chǎng)銷售狀況及應(yīng)用中存在的一些問題的基礎(chǔ)上，改進(jìn)和設(shè)計(jì)了一種新型的家用智能花卉澆灌系統(tǒng)，以更好地滿足現(xiàn)代花卉種植者的需求。2.1功能要求為滿足現(xiàn)代社會(huì)中養(yǎng)花人的家用需要，本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能:1.利用土壤濕度傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)植物所在的土壤濕度數(shù)據(jù);2.通過溫度傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)植物生長(zhǎng)的空氣環(huán)境溫度數(shù)據(jù);3.通過按鍵輸入模塊，輸入所栽培植物生長(zhǎng)所需的溫濕度設(shè)定值區(qū)間;4.通過液晶顯示模塊顯示系統(tǒng)測(cè)得的溫度和濕度以及實(shí)時(shí)溫度和濕度設(shè)定值;5.實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)土壤水分，當(dāng)土壤水分低于設(shè)定范圍的下限時(shí)，可以自動(dòng)啟動(dòng)水泵進(jìn)行澆水;6.當(dāng)澆水完成(即實(shí)時(shí)土壤濕度達(dá)到設(shè)定土壤濕度區(qū)間上限時(shí))，能夠自動(dòng)關(guān)閉水泵停止?jié)菜?7.當(dāng)實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，能夠自動(dòng)澆水降溫。2.2基本工作原理本系統(tǒng)以STC89C52為核心。。YL-69土壤濕度傳感器采集植物所生長(zhǎng)的土壤的濕度信息并將其傳輸?shù)紸DC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，DHT11溫濕度傳感器收集植物所在空氣環(huán)境的溫度信息，ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器測(cè)得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并將其發(fā)送到單片機(jī);根據(jù)設(shè)定值判斷是否需要澆水;LCD1602液晶顯示器用于實(shí)時(shí)顯示土壤濕度和氣溫值。用戶可以通過按鍵輸入模塊，根據(jù)天氣情況和花卉的不同需水量，調(diào)整澆水時(shí)間和澆水量的報(bào)警值，保證澆水系統(tǒng)的正確運(yùn)行。當(dāng)檢測(cè)到的空氣溫度大于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，報(bào)警啟動(dòng)水泵進(jìn)行灑水;當(dāng)檢測(cè)到土壤含水量低于報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)水泵進(jìn)行澆水。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖3.1STC89C52單片機(jī)STC89C52由STC公司生產(chǎn)。STC89C52是一種高性能、低能耗的CMOS8位微控制器。雖然STC89C52采用了傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核，但它的許多新功能是其他51單片機(jī)所不具備的。STC89C52的最高工作頻率為35MHz，可選擇6T或12t。STC89C52具有8位CPU，為嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了多種高效的解決方案。STC89C52具有以下功能：8k字節(jié)Flash；512字節(jié)RAM；32位I/O口線；看門狗定時(shí)器；內(nèi)置4KBEEPROMMAX810復(fù)位電路；3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；4個(gè)外部中斷；一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口。其引腳圖如圖3-1所示，實(shí)物圖如圖3-2所示。圖3-1STC89C52引腳圖圖3-2STC89C52實(shí)物圖3.2YL-69土壤濕度傳感器土壤濕度傳感器包括一個(gè)由不銹鋼制成的探針和一個(gè)具有防水功能的探頭。在運(yùn)行中，土壤濕度傳感器可以長(zhǎng)時(shí)間埋在土壤和大壩中，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)固定點(diǎn)并實(shí)時(shí)測(cè)量表層和深層土壤濕度。YL-69土壤濕度傳感器與數(shù)據(jù)收集器一起使用，可用于土壤濕度檢測(cè)，并可作為定點(diǎn)水分檢測(cè)工具或農(nóng)業(yè)灌溉和森林保護(hù)中的流動(dòng)測(cè)量工具，以測(cè)量土壤的體積含水量。YL-69是一種簡(jiǎn)單的土壤濕度傳感器，其主要原理是使用對(duì)濕度敏感的冷凝器。隨著周圍濕度的變化，對(duì)濕度敏感的冷凝器所在的環(huán)境將發(fā)生變化，并且濕度中的濕度將增加。電容器的精確變化電容值發(fā)生變化，并且電容值與濕度值成正比。由于濕度敏感電容器本身具有高靈敏度，快速響應(yīng)速度和小滯后特性，因此可以輕松地使其小型化和集成化。。3.2.1YL-69土壤濕度傳感器的使用1.電源:3.3V~5V2.獲取濕度信息的方式(2種可同時(shí)使用):(1)由YL-69土壤濕度傳感器的D0引腳獲取濕度信息:通過電位器調(diào)節(jié)控制相應(yīng)閾值，濕度低于設(shè)定值時(shí)，DO輸出高電平，高于設(shè)定值時(shí)，DO輸出低電平。。(這種方式多應(yīng)用于濕度閾值控制開關(guān))(2)由YL-69土壤濕度傳感器的A0引腳獲取濕度信息:可以獲得濕度數(shù)據(jù)的模擬量，更加精確。(多用于濕度值的實(shí)時(shí)顯示)本設(shè)計(jì)采用的獲取濕度信息方式為第二種，即由YL-69土壤濕度傳感器的A0引腳獲取濕度信息。3.2.2YL-69工作原理YL-69土壤濕度傳感器中電壓比較器采用LM393芯片，模塊中電位器是用于土壤濕度的閾值調(diào)節(jié)。當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時(shí)，DO輸出高電平，該模塊提示燈滅；當(dāng)土壤濕度高于設(shè)定值時(shí)，DO輸出低電平，模塊提示燈亮；順時(shí)針調(diào)節(jié)，LM393的反向輸入端輸入電壓越高，較低的濕度環(huán)境，模塊即可輸出低電平，模塊燈亮；即向右旋轉(zhuǎn)，增加模塊的靈敏度。逆時(shí)針調(diào)節(jié)，LM393的反向輸入端輸入電壓越低，較高的濕度環(huán)境，模塊才能輸出低電平，模塊燈亮。即為了讓LM393電壓比較器輸出低電平，需要反向輸入端電壓大于正向輸入端電壓，而反向輸入端電壓已經(jīng)通過電位器調(diào)低了（對(duì)應(yīng)分壓也變低了），那么只能將正向輸入端的電壓調(diào)的更低，只有濕度更大的情況下，正向輸入端的電壓才更低，所以將土壤濕度傳感器向水中插入更深入才能觸發(fā)模塊的LED輸出指示燈點(diǎn)亮。其原理圖如圖3-3所示。圖3-3YL-69土壤濕度傳感器原理圖圖3-4YL-69土壤濕度傳感器實(shí)物圖3.3DHT11溫濕度傳感器 DHT11是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器。其精度濕度為+-5%RH，溫度為+-2℃，它的濕度量程為20-90%RH，溫度量程為0~50℃。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器具有極高的可靠性和優(yōu)越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。DHT11溫濕度傳感器由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件組成，使用時(shí)將其連接在8位單片機(jī)上。該傳感器品質(zhì)卓越、響應(yīng)快速、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。DHT11溫濕度傳感器使用單電纜串行接口輕松方便地集成系統(tǒng)。圖3-5DHT11實(shí)物圖3.4ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最高分辨可以達(dá)到256級(jí)，適用于一般模擬量轉(zhuǎn)換要求。由于轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電源輸入和參考電壓的多路復(fù)用，芯片的模擬電壓輸入介于0?5V之間，芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有雙倍數(shù)據(jù)輸出，可用作數(shù)據(jù)驗(yàn)證，從而減少數(shù)據(jù)方面的誤差，轉(zhuǎn)換速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入使多設(shè)備連接和處理器控制更加容易。通過DI數(shù)據(jù)輸入端子，可以輕松實(shí)現(xiàn)通道功能選擇。圖3-6ADC0832引腳圖圖3-7ADC0832實(shí)物圖3.5LCD1602液晶顯示器 LCD1602液晶顯示器是目前廣泛應(yīng)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(dòng)主電路HD44780及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB板上而組成。LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x2即32個(gè)字符。3.5.1LCD1602顯示原理LCD1602液晶顯示器的原理是利用液晶的電光特性，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可見的字符，圖像等信號(hào)，以便在通電時(shí)進(jìn)行顯示。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，在字符和行間距中起作用。因此，間隙效果不能很好地顯示圖形(使用特殊CGRAM時(shí)顯示效果不好)。1602LCD表示所顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行16個(gè)字符的LCD模塊(字符和顯示編號(hào))。市場(chǎng)上大多數(shù)字符LCD均基于HD44780LCD芯片。3.5.2LCD1602的指令表3-1為L(zhǎng)CD1602的指令集。表3-1LCD1602指令集圖3-8LCD1602液晶顯示器實(shí)物圖3.6電磁繼電器繼電器是一種電氣控制裝置。當(dāng)輸入量（勵(lì)磁量）的變化滿足規(guī)定的要求時(shí)，使輸出電路中的受控量按預(yù)定的步進(jìn)變化的電器。它在控制系統(tǒng)（也稱為輸入電路）和受控系統(tǒng)（也稱為輸出電路）之間具有交互關(guān)系。它通常用于自動(dòng)控制電路中，實(shí)際上是一種用小電流控制大電流運(yùn)行的“自動(dòng)開關(guān)”。因此，它在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)和轉(zhuǎn)換電路的作用。繼電器是一種具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通信、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化和電力電子設(shè)備中。在控制電路中用的繼電器大多數(shù)是電磁式繼電器。電磁式繼電器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制電路中使用的大多數(shù)繼電器都是電磁繼電器。電磁繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用維護(hù)方便，觸點(diǎn)容量小(通常小于SA)，觸點(diǎn)數(shù)量大，主輔之間沒有區(qū)別，無滅弧裝置，體積小，快速而精確地移動(dòng)。并控制精確，可靠等它們廣泛用于低壓控制系統(tǒng)。3.6.1電磁繼電器工作原理電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相似，主要包括電磁機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)。在一個(gè)彈簧的線圈兩端附近加上一定的吸動(dòng)電壓或者通入一定的吸動(dòng)電流，產(chǎn)生一定的吸動(dòng)性電磁力，當(dāng)這個(gè)吸動(dòng)性的電磁力超過了對(duì)彈簧的彈力時(shí)，則吸動(dòng)銜接鐵從而讓常開、常閉的接點(diǎn)運(yùn)動(dòng);所以當(dāng)連接線圈的電壓降低或者是電流減少或者是消失時(shí)，銜鐵就會(huì)被釋放，接點(diǎn)就會(huì)復(fù)位。電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、電樞、接觸簧片等組成，只要在線圈兩端施加一定的電壓，一定的電流就會(huì)流過線圈，產(chǎn)生電磁效應(yīng)。將其拉向核心，這樣就可以運(yùn)行固定裝置。電流觸點(diǎn)和靜態(tài)觸點(diǎn)(通常為斷開觸點(diǎn))被拉在一起心，這樣就可以運(yùn)行固定裝置。電流觸點(diǎn)和靜態(tài)觸點(diǎn)(通常為斷開觸點(diǎn))被拉在一起。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸引力將消失，電樞彈簧將在反作用力的作用下返回其原始位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開常閉”觸點(diǎn)，可區(qū)分為：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜態(tài)觸點(diǎn)稱為“常開觸點(diǎn)”；處于導(dǎo)通狀態(tài)的靜態(tài)觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩個(gè)電路，低壓控制電路和高壓工作電路。繼電器的線圈和端子是離散的、互補(bǔ)的。繼電器的觸點(diǎn)相當(dāng)于電路的開關(guān)。圖3-9電磁繼電器原理圖。圖3-9電磁繼電器原理圖圖3-10電磁繼電器實(shí)物圖3.7電磁閥電磁閥是由電磁力控制的工業(yè)裝置。它是自動(dòng)化技術(shù)的基本組成部分，專門用于操縱和控制各種流體運(yùn)動(dòng)。屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不限于液壓和氣動(dòng)。電磁閥主要用于工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向、流量、扭矩等參數(shù)。電磁閥可與各種電路配合控制，保證控制精度和靈活性。電磁閥有很多種，不同類型的電磁閥可以在每個(gè)控制裝置的不同位置起作用，最常見的有單向閥、安全控制閥、方向控制閥、高速控制閥。3.7.1電磁閥的工作原理電磁閥中有一個(gè)封閉的腔室。不同位置有通孔。每個(gè)孔與不同的油管相連。腔體兩側(cè)有兩個(gè)電磁鐵，腔體中間有一個(gè)活塞。當(dāng)磁鐵線圈通電時(shí)，閥體將被吸引到哪一側(cè)。通過控制閥體的運(yùn)動(dòng)，可以打開或關(guān)閉不同的放油孔。進(jìn)油孔常開，液壓油進(jìn)入不同的放油管，通過油壓推動(dòng)油缸活塞，活塞帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)構(gòu)。這樣，通過控制電磁鐵的通斷電流來控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)。圖3-11電磁閥實(shí)物圖。圖3-11電磁閥實(shí)物圖3.8三極管三極管全稱半導(dǎo)體三極管，又稱雙極晶體管、晶體三極管，是一種用于控制電流的半導(dǎo)體器件。三極管的作用是把小信號(hào)放大成大幅度的電信號(hào)，也可用作無觸點(diǎn)開關(guān)。三極管是半導(dǎo)體的基本元件之一，具有放大電流的功能，是電子電路的核心元件之一。三極管是在半導(dǎo)體襯底上形成兩個(gè)彼此非常接近的PN結(jié)。兩個(gè)PN結(jié)將整個(gè)半導(dǎo)體分成三部分。中間部分是基極區(qū)，兩側(cè)是發(fā)射區(qū)和集電極區(qū)。有兩種排列方式：PNP和NPN。3.8.1三極管的工作原理三極管按材料可分為鍺管和硅管兩種。每種材料可分為NPN和PNP晶體管，但目前最常見的是硅NPN和鍺PNP晶體管（n表示負(fù)），n型晶體管在高純硅中加入一些磷來取代一定量的硅原子，在電壓的刺激下產(chǎn)生自由電子來導(dǎo)電，P表示陽性。硼原子的加入取代了一些硅原子產(chǎn)生大量的空穴，這更有利于導(dǎo)電。）除了電源極性不同外，其工作原理基本相同。以下僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對(duì)于NPN晶體管，它是由兩個(gè)n型半導(dǎo)體夾在一個(gè)p型半導(dǎo)體之間。在發(fā)射極區(qū)域和基極區(qū)域之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射極結(jié)，而在集電極區(qū)域和基極區(qū)域之間形成的PN結(jié)稱為集電極結(jié)。這三根引線分別稱為發(fā)射極、基極和集電極。當(dāng)點(diǎn)B的電位比點(diǎn)E的電位高幾伏時(shí)，發(fā)射極結(jié)處于正偏壓狀態(tài)，而當(dāng)點(diǎn)C的電位比點(diǎn)B的電位高幾伏時(shí)，集電極結(jié)處于反向偏壓狀態(tài)，集電極電源EC高于基極電源EB。在制造三極管時(shí)，故意使發(fā)射極區(qū)中的多數(shù)載流子濃度高于基極區(qū)，并且基極區(qū)非常薄，必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量。這樣，一旦電源打開，由于發(fā)射鏈路的正偏壓。施主區(qū)域中的大多數(shù)載流子(電子)和基極區(qū)域中的大多數(shù)載流子(空穴)可以很容易地穿過發(fā)射極結(jié)而彼此到達(dá)，但是由于前者的濃度大于一秒，因此電流會(huì)流過發(fā)射極結(jié)基本上是稱為發(fā)射極電子電流的電子電流。由于基極區(qū)非常薄，和集電極結(jié)的反向偏壓，注入基極的大部分電子通過集電極結(jié)進(jìn)入集電極區(qū)，形成集電極電流IC，只留下極少數(shù)電子（1-10%）在基極空穴中重新結(jié)合。重新組合的基孔由基極電源EB重新供電，從而形成基極電流IBO。根據(jù)電流連續(xù)性原理：Ie=Ib+Ic這意味著非常小的基極Ib由集電極的大Ic支撐，這就是所謂的電流放大，Ic和Ib保持一定的比例，即：β1=Ic/Ib其中:β1-稱為直流放大，該集電極電流變化率△IC對(duì)基極電流的變化△IB是：β=△Ic/△Ib其中有一個(gè)稱為β-電流的放大倍數(shù)。由于低頻，β1與β差別不大，因此有時(shí)為了方便起見，兩者并不完全相同，并且α1的值從100到100不等：α1=Ic/Ie(Ic和Ie為直流電路中電流的大小)其中:α1又稱直流放大系數(shù)，一般用于共基配置的放大電路，描述發(fā)射極電流與集電極電流之間的關(guān)系為：α=ΔIc/ΔIe表達(dá)式中的α是公共基波電流AC的放大率。同樣，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，α和α1之間也沒有太大差異。對(duì)于描述電流關(guān)系的兩個(gè)放大倍數(shù)，有以下關(guān)系：三極管電流放大實(shí)際上是將集電極電流大的變化由基極電流小的變化來控制。三極管是一個(gè)電流放大器，但在實(shí)踐中，三極管的電流放大往往通過一個(gè)電阻轉(zhuǎn)化為電壓放大。3.8.2三極管的放大原理1發(fā)射極將電子從發(fā)射極區(qū)域發(fā)射到基極區(qū)域。電源UB通過電阻器RB添加到發(fā)射極結(jié)。發(fā)射極結(jié)正向偏置。發(fā)射極區(qū)的大部分載流子（自由電子）不斷地通過發(fā)射極結(jié)進(jìn)入基極區(qū)，形成發(fā)射極電流即，同時(shí)基極區(qū)的大部分載流子也擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，但由于大部分載流子的濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)的濃度，電流可以忽略不計(jì)，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。2.電子在基極區(qū)擴(kuò)散，復(fù)合電子進(jìn)入基極區(qū)后，電子首先集中在發(fā)射極結(jié)附近，逐漸形成電子濃度差。在濃度差的作用下，電子在基極區(qū)擴(kuò)散到集電極結(jié)，被集電極結(jié)電場(chǎng)拉入集電極區(qū)，形成集電極電流IC。也有一小部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很薄）與基區(qū)中的空穴復(fù)合。擴(kuò)散電子流與復(fù)合電子流的比值決定了三極管的放大能力。3.在集電極區(qū)收集電子是因?yàn)樵诩姌O結(jié)上施加了很大的反向電壓。反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力將阻止集電極區(qū)中的電子擴(kuò)散到基極區(qū)，并將集電極結(jié)附近的電子拉到集電極區(qū)，從而形成主集電極電流ICN。此外，集電極中的少數(shù)載流子（空穴）將漂移并流入基極，形成反向飽和電流，用Icbo表示。它的值很小，但對(duì)溫度很敏感。3.8.3三極管的參數(shù)1.特征頻率。當(dāng)F=fT時(shí)，晶體管完全失去其電流增益功能。倘若工作頻率大于fT，則電路將無法維持常規(guī)工作。fT稱為增益帶寬的乘積，即fT=βfo。知道晶體管的實(shí)際工作頻率fo和高頻電流的放大效果，就可以得到頻率特性fT。隨著工作頻率的增加，增益效應(yīng)將減小。當(dāng)=1時(shí)，fT也可以定義為頻率。。2.電壓/電流:通過這個(gè)參數(shù)，你可以指定電子管的電壓和電流范圍。3.hFE:電流放大率。4.PCM:最大允許的功率耗散。5.封裝形式:指示管的形狀。如果其他參數(shù)正確，則不同的封裝將防止該組件插入電路板。3.8.4三極管的結(jié)構(gòu)類型晶體三極管在半導(dǎo)體襯底上形成兩個(gè)PN結(jié)，將整個(gè)半導(dǎo)體分為三部分，中間部分為基極區(qū)，兩側(cè)為發(fā)射極區(qū)和集電極區(qū)，分為PNP和NPN。發(fā)射極區(qū)和基極區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射極結(jié)，集電極區(qū)和基極區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電極結(jié)?；鶇^(qū)很薄，發(fā)射區(qū)很厚，大量雜質(zhì)集中。PNP晶體管的發(fā)射極區(qū)域發(fā)射與電流方向相反的空穴，因此發(fā)射極箭頭指向內(nèi)部；NPN晶體管的發(fā)射極區(qū)域“發(fā)射”自由電子，這與電流方向相反，因此發(fā)射極箭頭指出。發(fā)射極的箭頭也指向正向電壓下PN結(jié)的導(dǎo)通方向。硅和鍺晶體管都有PNP和NPN類型。3.8.5三極管的封裝形式和管腳識(shí)別一般的三極管封裝是金屬和塑料封裝的兩個(gè)主要類別，引腳排列較為整齊。調(diào)整底視圖的位置，以使三個(gè)引腳形成等腰三角形的頂點(diǎn)，從左到右分別為e，b，c;對(duì)于塑料的低功率和中功率晶體管，如圖所示，將平面朝自己的方向插入三個(gè)針腳，從左到右依次為e，b，c。中國的晶體管類型很多，其引腳布局也不相同。當(dāng)不確定使用晶體管的引腳布置時(shí)，應(yīng)進(jìn)行測(cè)量以確定正確的引腳位置或查找三極管指令，以闡明三極管的特性以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)和信息。3.8.6三極管的作用三極管具有電流增益效應(yīng)，可以利用這個(gè)特點(diǎn)將集電極電流大的變化由基極電流小的變化來控制。這是晶體管最基本和最重要的特征。設(shè)ΔIc/ΔIb，稱為晶體三極管的電流增益，用符號(hào)"β"表示。對(duì)于一個(gè)給定的晶體管來說，電流增益是一個(gè)恒定值，但在晶體管工作期間，隨著基極電流的變化，電流增益也會(huì)略有變化。4.1單片機(jī)控制模塊該系統(tǒng)以STC89C52微控制器為基礎(chǔ)。當(dāng)智能灌溉系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，微控制器會(huì)實(shí)時(shí)將傳感器收集的溫度和濕度值與用戶設(shè)置的灌溉閾值進(jìn)行比較。如果低于閾值下限，則發(fā)出控制信號(hào)，繼電器斷開，水泵開始運(yùn)行，系統(tǒng)開始灑水。如果高于閾值上限，微控制器也會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，繼電器閉合，系統(tǒng)停止灑水。單片機(jī)最小系統(tǒng)，或稱最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指單片機(jī)能以最少的元件工作的系統(tǒng)。對(duì)于51系列單片機(jī)，最小系統(tǒng)一般包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。圖4-1是STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖。圖4-1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖。圖4-1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖4.1.1復(fù)位電路復(fù)位電路的用途：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位電路類似于計(jì)算機(jī)的重啟部分。當(dāng)電腦在使用中死機(jī)時(shí)，按重啟按鈕，電腦內(nèi)部程序?qū)念^開始執(zhí)行。單片機(jī)也是如此。單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，程序受到環(huán)境的干擾而失控。按復(fù)位按鈕，內(nèi)部程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路的工作原理:要復(fù)位51單片機(jī)，您只需要將高電平連接到引腳9，最后可以執(zhí)行2US，那么這是如何工作的?在單片機(jī)系統(tǒng)中，打開系統(tǒng)電源后系統(tǒng)將重置一次，按下鍵后系統(tǒng)將重置，如果松開鑰匙再按下，系統(tǒng)又會(huì)被復(fù)位。因此，在運(yùn)行中的系統(tǒng)中，復(fù)位可以由開關(guān)的斷開和關(guān)閉來控制。圖4-2為復(fù)位電路。圖4-2復(fù)位電路4.1.2晶振電路晶振是石英晶體振蕩器的縮寫，其在電氣上等效于由電容器和電阻器并聯(lián)然后與電容器串聯(lián)組成的兩端網(wǎng)絡(luò)。在電氣上，該網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)諧振點(diǎn)，低頻是串聯(lián)諧振，而高頻是并聯(lián)諧振。由于晶體本身的特性，兩個(gè)頻率之間的距離非常近。在這個(gè)很窄的頻率范圍內(nèi)，晶體相當(dāng)于一個(gè)電感器，所以只要晶體的兩端并聯(lián)一個(gè)合適的電容，就會(huì)形成一個(gè)并聯(lián)諧振電路。并聯(lián)諧振電路和負(fù)反饋電路構(gòu)成正弦波振蕩電路。由于晶體振蕩器相當(dāng)于一個(gè)頻率范圍很窄的電感，即使其他元件的參數(shù)變化很大，振蕩器的頻率也不會(huì)有太大的變化。晶體振蕩器有一個(gè)重要的參數(shù)，即負(fù)載電容值。晶體振蕩器的額定諧振頻率可通過選擇負(fù)載電容等于負(fù)載電容的并聯(lián)電容來獲得。一般的晶體振蕩器電路是在晶體的兩端有一個(gè)反相放大器（注意放大器不是反相器），然后將兩個(gè)電容器連接到晶體的兩端，然后將每個(gè)電容器的另一端接地。串聯(lián)的兩個(gè)電容器的容量應(yīng)等于負(fù)載電容。請(qǐng)注意，一般IC引腳有等效輸入電容，這是不可忽視的。晶體的一般負(fù)載電容為15pF或12.5pF。如果考慮元件pin的等效輸入電容，則最好采用兩個(gè)22pf電容構(gòu)成晶體振蕩器電路。晶體振蕩器是向單片機(jī)提供工作信號(hào)的脈沖。此脈沖是單片機(jī)的工作速度，如12m晶體振蕩器。單片機(jī)的工作速度是每秒12米。當(dāng)然，單片機(jī)的工作頻率有一個(gè)范圍，不要太大，一般24m不會(huì)上去，否則會(huì)不穩(wěn)定。晶體和MCU引腳xtal0和引腳xtal1的振蕩電路將產(chǎn)生諧波（即其他頻率的不需要的波）。這種波形對(duì)電路影響不大，但會(huì)降低時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了電路的穩(wěn)定性，ATMEL只建議在晶體的兩個(gè)引腳上連接兩個(gè)10pf-50pf陶瓷片電容器，以減少頻率波對(duì)電路穩(wěn)定性的影響，所以晶體的電容可以在10pf-50pf之間，沒有計(jì)算公式。圖4-3為晶振電路。圖4-3晶振電路4.2土壤濕度檢測(cè)模塊土壤濕度檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵就是YL-69土壤水分傳感器。YL-69濕度傳感器能夠直接埋在地下，適用于需要檢測(cè)土壤濕度的各種環(huán)境，例如盆栽植物和苗圃。YL-69濕度傳感器通過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，將采集到的模擬A/D信號(hào)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)土壤濕度價(jià)值。圖4-4為土壤濕度檢測(cè)電路。圖4-4土壤濕度檢測(cè)電路4.3空氣溫度檢測(cè)模塊空氣溫度檢測(cè)模塊的核心是DHT11溫濕度傳感器。DHT11溫濕度傳感器直接暴露在空氣中，將所采集的空氣溫度信息傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)。圖4-5為空氣溫度檢測(cè)電路。圖4-5空氣溫度檢測(cè)電路4.4液晶顯示模塊液晶顯示模塊使用的是LCD1602液晶顯示器。該顯示器上上有兩行，其中一行用于顯示由土壤濕度檢測(cè)模塊檢測(cè)到的土壤濕度和由空氣溫度濕度檢測(cè)模塊檢測(cè)到的空氣溫度和濕度，一行用來顯示自己設(shè)置的濕度和溫度。LCD1602液晶顯示器的引腳按照以下步驟連接，將8位I/O接口和液晶模塊的8位數(shù)據(jù)段相連接，3位控制口分別與液晶模塊的RS、R/W、E相連，8位數(shù)據(jù)I/O接口與STC89C51單片機(jī)的PO口相連，P20、P21、P22分別與RS、R/W、E相連，可實(shí)現(xiàn)其正常工作。3腳是用來調(diào)整液晶顯示的亮度，4腳用于選擇幀選擇的端口，5腳用于寫入信號(hào)端口，6腳用于打開信號(hào)端口，7腳至14腳是雙向數(shù)據(jù)端口，腳15通常處于懸空狀態(tài)。其余引腳用于連接電源。電路圖如圖4-6所示。。圖4-6液晶顯示電路4.5報(bào)警器模塊報(bào)警電路如圖3-7所示，它使用三極管9012驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳，并使用P3.2來控制警報(bào)操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。圖4-7報(bào)警器模塊4.6按鍵輸入模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三個(gè)獨(dú)立的輸入控制按鈕，直接連接到單片機(jī)的P1口。按鍵控制電路的結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。當(dāng)按鍵未按下時(shí)，MCU檢測(cè)到由于上拉電阻導(dǎo)致的引腳高電平；例如，當(dāng)按鍵時(shí)，MCU判斷其引腳為低電平。所以只要檢測(cè)到相應(yīng)端口的運(yùn)行狀態(tài)，就可以看到按鍵是否被按下。圖4-8按鍵輸入電路。圖4-8按鍵輸入電路4.7澆水電路模塊水泵電路模塊的核心是三極管和繼電器。三極管的發(fā)射極連接到繼電器線圈的一個(gè)端點(diǎn)，而線圈的另一個(gè)端點(diǎn)接到+5V的電源VCC上，Q6的基極連接到STC89C52上的單芯片P20引腳。將一個(gè)二極管D2并聯(lián)在繼電器的兩端，這樣操作是為了消除由繼電器線圈停止工作時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，以防止該反電動(dòng)勢(shì)破壞三極管并干擾其他電路，從而保護(hù)電路。水泵電路模塊的電路圖如圖3-9所示。圖4-9澆水電路4.8電源供電模塊電源控制模塊采用的是一種采通過外部直流供電的供電方式，通過一