基于單片機(jī)智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要根據(jù)研究表明，花卉能過(guò)激發(fā)人的情感，放松人的心情，給人愉悅的感受，近幾年來(lái)，許多人喜歡種植一些花卉，陶冶情操。而種植花卉最重要的是按時(shí)按量的澆水，花卉才不會(huì)枯死，并且正常生長(zhǎng)。但是，現(xiàn)在人們因?yàn)楣ぷ鳌⒊霾畹仍?，并不能每天都按時(shí)按量澆水，不能保證花卉每天所需的水分，影響花卉的正常生長(zhǎng)。而本次的智能澆花系統(tǒng)，正是解決了不能按時(shí)按量澆水的問(wèn)題。本系統(tǒng)使用AT89C52為處理核心，利用溫度、濕度傳感器、LCD液晶顯示、報(bào)警裝置以及澆花模塊等，實(shí)現(xiàn)了智能澆花。其中，包括電子元器件的選型，硬件電路的設(shè)計(jì)，實(shí)物的焊接與調(diào)試，以及程序的編寫與調(diào)試。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析，該澆花系統(tǒng)有著操縱簡(jiǎn)便、性價(jià)比高等特點(diǎn)，在其他環(huán)境中也可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，實(shí)用性極高。該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)家庭的智能澆花，還能夠?qū)厥掖笈锿寥罎穸取⒖諝鉁貪穸鹊膶?shí)時(shí)檢測(cè)。關(guān)鍵字：花卉；智能澆花；單片機(jī)；LCD液晶顯示目錄TOC\o"1-2"\h\u108111前言 1591.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1208931.2課題研究意義 195982總體設(shè)計(jì)方案 1196972.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 253223硬件設(shè)計(jì) 285623.1AT89C52單片機(jī) 2317793.2按鍵控制電路 3288613.3蜂鳴器報(bào)警電路 4211653.4LCD1602顯示電路 4217633.5溫濕度檢測(cè)電路 533233.6澆花電路 6168524軟件設(shè)計(jì) 7327624.1主程序設(shè)計(jì) 757984.2液晶屏顯示模塊 7287914.3溫濕度檢測(cè)模塊 872584.4按鍵控制模塊 10273814.5蜂鳴器報(bào)警模塊 10284624.6澆花模塊 1139135系統(tǒng)測(cè)試 12154655.1程序調(diào)試 12146865.2實(shí)物測(cè)試 12121426總結(jié)與展望 151前言1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)澆花的應(yīng)用，很多都是采用非智能化的方法，即利用虹吸原理，采取滲透的方式進(jìn)行澆花。這些方式雖然可以保證花卉不會(huì)枯死，但是不能按時(shí)按量的澆花，無(wú)法保證花卉的正常生長(zhǎng)，因?yàn)闈B透澆花的過(guò)程是連續(xù)的，沒(méi)有間斷的，無(wú)法根據(jù)環(huán)境的變化，做出調(diào)節(jié)的動(dòng)作。此外，還有一些定時(shí)澆水的設(shè)備，在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)抽水澆花，雖然可以保證花卉存活所需的水分，但是缺點(diǎn)也很明顯，無(wú)法精準(zhǔn)的控制土壤的濕度，如果遇連續(xù)的雨天氣或者炎熱的天氣，就會(huì)使得土壤的濕度過(guò)高或者過(guò)低，影響花卉的正常生長(zhǎng)。上世紀(jì)80年代的歐美和日本，出現(xiàn)了一些智能澆花控制系統(tǒng)，并在90年代末進(jìn)入國(guó)內(nèi),經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展,特別是花卉養(yǎng)殖的進(jìn)步,對(duì)智能化的澆花系統(tǒng)的需求越來(lái)越大。1.2課題研究意義近些年以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平有了質(zhì)的提升，但是人們不會(huì)停下繼續(xù)創(chuàng)造美好生活的腳步。為了豐富自己的生活，大多數(shù)人會(huì)在院子、陽(yáng)臺(tái)以及室內(nèi)種植一些花卉或者盆栽，這樣不僅能陶冶情操，還能作為一個(gè)業(yè)余生活的消遣，進(jìn)一步提高生活水平。但由于工作的原因，人們經(jīng)常忘記給花卉澆水，在出差的時(shí)間也無(wú)法給花卉澆水，這就影響了花卉的生長(zhǎng)，甚至?xí)?dǎo)致枯死。為了能給花卉按時(shí)澆水，人們采取了很多種辦法，比如做標(biāo)記提醒自己澆花，在手機(jī)中存?zhèn)渫洝ｋm然這些方法起到了一定的效果，但是存在很多缺陷，不能從根本上解決問(wèn)題。市場(chǎng)上也有許多關(guān)于智能澆花的設(shè)備，但是價(jià)格頗高，并且許多功能在日常澆花中應(yīng)用不上，造成了功能的過(guò)剩。因此，做出一款物美價(jià)廉、實(shí)用性強(qiáng)的智能澆花系統(tǒng)，不僅滿足了不同人們的需求，而且有一定積極的意義。2總體設(shè)計(jì)方案這個(gè)智能澆花系統(tǒng)，設(shè)計(jì)整體主要分為三個(gè)大的部分：溫濕度的檢測(cè)、按鍵的控制、水泵澆花。智能澆花系統(tǒng)使用到一個(gè)液晶顯示屏，它可以將目前檢測(cè)到的溫濕度的數(shù)字在上面實(shí)時(shí)顯示，也可以查看按鍵設(shè)置溫度以及濕度的報(bào)警值，這樣可以清晰明了的查看的土壤濕度及空氣中的溫濕度。智能澆花系統(tǒng)還包含了一個(gè)報(bào)警模塊，以蜂鳴器作為發(fā)出警報(bào)的核心，通過(guò)對(duì)傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與按鍵設(shè)置的報(bào)警值比對(duì)，若是低于設(shè)置的報(bào)警值，便會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器開(kāi)始工作，同時(shí)LED燈開(kāi)始閃爍；若是高于于設(shè)置的報(bào)警值，蜂鳴器則會(huì)關(guān)閉。最后一個(gè)是藍(lán)牙模塊，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙上傳到手機(jī)上，方便實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.2.1Systemstructureblockdiagra3硬件設(shè)計(jì)3.1AT89C52單片機(jī)采用AT89C52單片機(jī)作為智能澆花系統(tǒng)的主要控制器，這款單片機(jī)使用簡(jiǎn)便、成本較低，適合用來(lái)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步使用。這款單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)組成部分包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、電源、復(fù)位電路及晶振電路，一般采用外接的5V電源。復(fù)位電路可以在程序運(yùn)行不正?；蛘叱绦虺霈F(xiàn)停止運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行及時(shí)的復(fù)位。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖中12MHz的晶振Y1與單片機(jī)的18、19腳并聯(lián)，這兩個(gè)引腳即晶振的工作引腳。C2及C3兩個(gè)電容可以起到過(guò)濾來(lái)源于晶振部分高頻信號(hào)的作用。單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，在我們的日常生活中，小到MP3、音樂(lè)盒、收音機(jī)，大到微波爐、冰箱、洗衣機(jī)，這些物品的內(nèi)部可能包含著一個(gè)或多個(gè)小型的單片機(jī)。AT89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖如圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖Fig.3.1Circuitdiagramofminimumsystemofsinglechipmicrocomputer3.2按鍵控制電路智能澆花系統(tǒng)的按鍵模塊，使用到三個(gè)按鍵，S2按鍵是進(jìn)入的設(shè)置按鍵，按一下進(jìn)入不同的設(shè)置界面，分別對(duì)土壤濕度、空氣溫濕度的報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置。S3是“加”按鍵，按一下，報(bào)警值加一；S4是“減”按鍵，按一下，報(bào)警值減一；除了按鍵的設(shè)置外，還有一個(gè)必不可少的操作便是消抖，對(duì)于按鍵的消抖查閱了相關(guān)資料，操作按鍵的開(kāi)關(guān)就像操作機(jī)器一樣，每一次的按鍵操作，即代表按鍵的正常接通，若沒(méi)有操作按鍵，則開(kāi)關(guān)沒(méi)有接通，但是每一次的按下與松開(kāi)操作都不會(huì)立馬起到相應(yīng)的作用，會(huì)產(chǎn)生一定的延時(shí)及抖動(dòng)。所以，在程序設(shè)置的時(shí)候要有消除抖動(dòng)的部分。按鍵控制的電路圖如圖3.2所示。圖3.2按鍵控制電路圖Fig.3.2Keycontrolcircuitdiagram3.3蜂鳴器報(bào)警電路智能澆花系統(tǒng)的報(bào)警電路選用的是PNP型的三極管，其中三極管的集電極接電源，發(fā)射極接地。在三極管的基極增加了一個(gè)1K的電阻，它可以有效地減少流過(guò)蜂鳴器的電流，這樣蜂鳴器才不會(huì)容易變得失去原本的功能。如果沒(méi)有這個(gè)三極管，那么蜂鳴器正常工作狀態(tài)下要求的電流值是很難實(shí)現(xiàn)的，所以當(dāng)流過(guò)的電流被放大到一定程度時(shí)，蜂鳴器便會(huì)正常工作。報(bào)警電路圖如圖3.3所示。圖3.3報(bào)警電路圖Fig.3.3Alarmcircuitdiagram3.4LCD1602顯示電路本智能澆花系統(tǒng)所采用的顯示屏是LCD1602顯示器，它所外接的電源為5V,可以為它提供正常工作所需要的電壓。在第3引腳連接了一個(gè)1k-3.3k的電阻R5，其原理主要是通過(guò)單片機(jī)處理溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送到顯示模塊，按照顯示要求顯示在液晶屏幕上面。當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)正常工作時(shí)，通電的液晶屏將會(huì)顯示當(dāng)前土壤濕度及空氣溫濕度的具體數(shù)值。液晶屏電路圖如圖3.4所示。圖3.4液晶屏電路圖Fig.3.4LCDcircuitdiagram3.5溫濕度檢測(cè)電路該智能澆花系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)電路由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是土壤濕度檢測(cè)電路，另一個(gè)是空氣溫濕度檢測(cè)電路。土壤濕度檢測(cè)電路，由YL-69土壤傳感器和ADC0832芯片組成，YL-69土壤傳感器的1腳與ADC0832芯片的CH0相連，ADC0832芯片的CS、CLK分別與單片機(jī)的P1.0、P1.1口相連，其中Ｄ0與D1并聯(lián)與單片機(jī)P1.2口連接。傳感器采集到的模擬量，從模擬通道0進(jìn)入ADC0832芯片，然后從D0輸出數(shù)據(jù)量到單片機(jī)上。YL-69土壤傳感器有靈敏度高，響應(yīng)速度快，滯后量小的特點(diǎn)，可用在溫濕度檢測(cè)電路上。土壤濕度檢測(cè)電路圖如圖3.5-1所示（J3為YL-69探頭）?？諝鉁貪穸葯z測(cè)電路，主要由DHT11溫濕度傳感器組成。DHT11傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，是一款已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器，與單片機(jī)14引腳相連，可直接將采集到的數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)，無(wú)需轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?？諝鉂穸葯z測(cè)電路圖如圖3.5-2所示圖3.5-1土壤濕度檢測(cè)電路圖Fig.3.5-1CircuitDiagramofsoilmoisturemeasurement圖3.5-2空氣溫濕度檢測(cè)電路圖Fig.3.5-2CircuitDiagramofairtemperatureandhumiditydetection3.6澆花電路智能澆花系統(tǒng)的澆花電路由發(fā)光二極管、繼電器、水泵組成，當(dāng)土壤的濕度低于設(shè)置的下限值，繼電器就會(huì)工作，驅(qū)動(dòng)水泵抽水澆花，同時(shí)LED燈D1常亮。繼電器的線圈需要較大的電流，才能使繼電器吸合，而單片機(jī)無(wú)法提供較大的交流，所以需要在電路中加入三級(jí)管擴(kuò)流，才能達(dá)到繼電器吸合的條件，當(dāng)繼電器中有電流通過(guò)，繼電器才會(huì)吸合。澆花電路圖如圖3.6所示。圖3.6澆花電路圖Fig.3.6CircuitDiagramforwateringflowers4軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)當(dāng)智能澆花系統(tǒng)正常通電后，液晶屏接通電源，藍(lán)牙模塊也會(huì)接通電源，開(kāi)始進(jìn)行正常工作的預(yù)先步驟，然后進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)。當(dāng)液晶屏接通電源的那一刻，便可以顯示當(dāng)前土壤濕度和空氣中的溫度和濕度的數(shù)值，同時(shí)可以使用按鍵來(lái)對(duì)溫濕度的下限值來(lái)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)發(fā)起者按下按鍵時(shí)，系統(tǒng)程序會(huì)對(duì)這一指令做出判斷，是否有按鍵按下，判斷結(jié)果為肯定時(shí)，則可以進(jìn)行下一步的按鍵設(shè)置。在這一環(huán)節(jié)，設(shè)置好所需要的下限值，溫濕度傳感器便開(kāi)始工作，檢測(cè)有沒(méi)有低于設(shè)置的數(shù)值，一旦檢測(cè)到低于設(shè)置的數(shù)值，蜂鳴器便開(kāi)始正常工作，同時(shí)水泵正常抽水澆花，使土壤和空氣的濕度上升；當(dāng)檢測(cè)到的溫濕度高于所設(shè)置的數(shù)值時(shí)，蜂鳴器和水泵便會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)。傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)藍(lán)牙模塊上傳至手機(jī)端，方便實(shí)時(shí)查看花卉的狀態(tài)。主程序的流程圖如圖4.1所示。4.2液晶屏顯示模塊智能澆花系統(tǒng)的顯示屏通上電后，會(huì)開(kāi)始正常工作前的準(zhǔn)備步驟。完成后，為了能夠讓數(shù)據(jù)得到更好的處理，需要進(jìn)入設(shè)置好的延時(shí)程序，單片機(jī)下一步發(fā)出相關(guān)檢測(cè)信號(hào)，溫濕度傳感器開(kāi)始工作，檢測(cè)當(dāng)前土壤的濕度，通過(guò)ADC0832轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)給單片機(jī)，而空氣的溫濕度無(wú)需轉(zhuǎn)換，可直接將數(shù)據(jù)傳至單片機(jī)，單片機(jī)再對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這時(shí)顯示屏?xí)@示出當(dāng)前的溫濕度數(shù)值。液晶屏顯示流程圖如圖4.2所示。圖4.1主程序流程圖Fig.4.1Mainprogramflowchart4.3溫濕度檢測(cè)模塊當(dāng)智能澆花系統(tǒng)正常通電后，溫濕度的檢測(cè)工作也開(kāi)始進(jìn)行，首先是單片機(jī)向溫濕度檢測(cè)傳感器發(fā)出指令，傳感器接收到啟動(dòng)信號(hào)后，開(kāi)始對(duì)當(dāng)前的土壤的濕度和空氣的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到的土壤濕度模擬量，經(jīng)過(guò)A\D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，最后通過(guò)單片機(jī)程序進(jìn)行處理，空氣中的溫濕度的數(shù)值，可直接由傳感器發(fā)送至單片機(jī)處理，溫濕度檢測(cè)流程圖如圖4.3所示。圖4.2液晶屏顯示流程圖Fig.4.2LCDdisplayflowchart圖4.3溫濕度檢測(cè)流程圖Fig.4.3Flowchartoftemperatureandhumiditydetection4.4按鍵控制模塊在智能澆花系統(tǒng)的按鍵控制程序中，當(dāng)系統(tǒng)接通電源后，按鍵控制的相關(guān)程序開(kāi)始執(zhí)行，首先程序會(huì)判斷發(fā)出者有沒(méi)有按下按鍵，按下的這個(gè)動(dòng)作不是檢測(cè)的關(guān)鍵，關(guān)鍵之處在于是否有外力按下后有類似按鍵的機(jī)器開(kāi)關(guān)閉合的動(dòng)作，當(dāng)檢測(cè)到開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，程序開(kāi)始執(zhí)行按鍵的設(shè)置函數(shù)部分，首先會(huì)檢測(cè)到發(fā)起者是進(jìn)行設(shè)置加還是設(shè)置減，當(dāng)有其中一個(gè)按鍵完成設(shè)置后，便會(huì)通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。按鍵控制的流程圖如圖4.4所示。圖4.5按鍵控制流程圖Fig.4.5Keycontrolflowchart4.5蜂鳴器報(bào)警模塊智能澆花系統(tǒng)的蜂鳴器模塊，它正常工作的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，它主要是負(fù)責(zé)接收到單片機(jī)返回的指令，如果符合預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警條件，那么蜂鳴器便會(huì)開(kāi)始正常工作。這個(gè)環(huán)節(jié)的流程是開(kāi)始運(yùn)行預(yù)先寫好的子程序，接下來(lái)子程序開(kāi)始判斷當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)是否低于按鍵設(shè)置的數(shù)值。若是低于設(shè)置的數(shù)值，蜂鳴器便會(huì)開(kāi)始正常工作，同時(shí)指示燈閃爍。如果不屬于以上情況，則無(wú)需蜂鳴器工作。蜂鳴器報(bào)警流程圖如圖4.5所示。4.6澆花模塊智能澆花系統(tǒng)澆花模塊的程序設(shè)計(jì)，是整個(gè)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，通過(guò)比對(duì)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)，來(lái)判斷是否需要澆花，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的。該模塊的工作原理也非常簡(jiǎn)單，當(dāng)程序的進(jìn)入報(bào)警的子程序時(shí)，在子程序里面，判斷是不是土壤的濕度觸發(fā)的報(bào)警，若是，則啟動(dòng)繼電器，驅(qū)動(dòng)水泵澆花；若不是，則不驅(qū)動(dòng)水泵。澆花流程圖如圖4.6所示。圖4.5蜂鳴器報(bào)警流程圖Fig.4.5Flowchartofbuzzeralarm圖4.6水泵澆花流程圖Fig.4.6Flowchartofpumpwateringplant5系統(tǒng)測(cè)試5.1程序調(diào)試設(shè)計(jì)這款澆花系統(tǒng)的程序軟件為KeiluVision5，在調(diào)試程序的過(guò)程中，會(huì)遇到程序出現(xiàn)的錯(cuò)誤警告，便采取先對(duì)不同模塊的程序進(jìn)行分別調(diào)試，以方便找出程序出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，在解決好單個(gè)模塊的程序調(diào)試后，再進(jìn)行整體的程序運(yùn)行，當(dāng)查看各個(gè)模塊的部分都可以正常運(yùn)行了，即代表整個(gè)澆花系統(tǒng)的功能可以正常使用。程序調(diào)試的結(jié)果圖如圖5.1所示。5.2實(shí)物測(cè)試將單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通電后，LCD1602顯示屏開(kāi)始亮起來(lái)，在液晶屏的上面顯示了兩行內(nèi)容，三個(gè)數(shù)值，第一行：moisture：036，代表的是當(dāng)前傳感器檢測(cè)到的濕度；第二行：64％，15℃，代表的是當(dāng)前傳感器檢測(cè)到空氣中的濕度和溫度。實(shí)物測(cè)試圖如圖5.2所示。圖5.1程序調(diào)試結(jié)果圖Fig.5.1Programdebuggingresults圖5.2實(shí)物測(cè)試圖Fig.5.2Physicaltestchart系統(tǒng)通電后，接下來(lái)進(jìn)行按鍵的設(shè)置，最左邊的按鍵是進(jìn)入設(shè)置的界面，第一行：SetThe：030，代表的是土壤濕度的報(bào)警值；第二行：H：53％，H：35℃，代表空氣中溫濕度的報(bào)警值，按鍵按下后，指示燈會(huì)爍，光標(biāo)會(huì)移動(dòng)到相應(yīng)的位置，第二個(gè)按鍵是設(shè)置加按鍵，每按一下，數(shù)值加一，第三個(gè)按鍵是設(shè)置減按鍵，每按一下，數(shù)值減一。設(shè)置后按最左邊的按鍵，就可以退出設(shè)置。報(bào)警值設(shè)置操作圖如圖5.3所示。圖5.3報(bào)警值設(shè)置操作圖Fig.5.3OperationChartofsettingalarmvalue系統(tǒng)通電后，藍(lán)牙模塊也會(huì)相應(yīng)的啟動(dòng)，指示燈閃爍說(shuō)明當(dāng)前系統(tǒng)還沒(méi)有與手機(jī)端連接。在手機(jī)端打開(kāi)藍(lán)牙，搜索JDK－31-SPP，與其配對(duì)，配對(duì)成功之后，就可以在相應(yīng)的手機(jī)APP與該系統(tǒng)連接，查看相應(yīng)的溫濕度數(shù)據(jù)。藍(lán)牙測(cè)試圖如圖5.4所示。圖5.4藍(lán)牙測(cè)試圖Fig.5.4BluetoothTestChart對(duì)單片機(jī)進(jìn)行上電，分別取五個(gè)樣本，在不同的環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5.5所示。樣本標(biāo)號(hào)空氣濕度/%溫度/℃土壤濕度/%空氣濕度報(bào)警值/%溫度報(bào)警值/℃土壤濕度報(bào)警值/%測(cè)試結(jié)果1751