基于单片机控制的花草自动浇水系统的设计

论文总字数：18333字

目 录

1 引言 6

1.1 设计背景及研究现状 6

1.2 方案介绍 6

2 系统结构与功能介绍 7

2.1 系统结构 7

2.2 系统功能实现 7

3 系统硬件 8

3.1 最小单片机系统 8

3.1.1 STC89C52RC单片机的主要功能 8

3.1.2 STC89C52RC单片机引脚图和功能介绍 9

3.1.3 晶振电路 10

3.2 土壤湿度检测模块 11

3.2.1 土壤湿度检测模块的功能介绍 11

3.2.2 土壤湿度检测模块的工作原理 12

3.3 模数转换模块 13

3.3.1 ADC0832芯片 13

3.3.3 ADC0832与STC89C52单片机的接口电路 14

3.4 浇水驱动模块 14

3.4.1 浇水驱动模块概述 14

3.4.2 HK4100F功能介绍 15

3.4.3 HK4100F驱动原理 15

3.5 LCD 显示模块 16

3.5.1　LCD显示模块概述 16

3.5.2 LCD1602功能介绍及引脚说明 17

3.5.3 LCD1602与STC89C52单片机的连接 18

3.6 按键电路模块 18

4　系统软件程序 19

4.1　主程序设计 19

4.1.1　主程序流程图 19

4.1.2 主函数程序设计 19

4.2 控制模块流程图 21

4.3模数转换程序 22

4.3.1模数转换程序流程图 22

4.4 LCD模块驱动程序 23

4.4.1 LCD函数 23

5　系统硬件调试与功能演示 24

5.1　系统硬件调试 24

5.2　系统功能演示 24

6　总结 27

参考文献 27

致谢 29

基于单片机控制的花草自动浇水系统的设计

夏国庆

，China

Abstract:A household automatic watering system is designed in this article .The design needs the sensor to detect soil humidity, the soil humidity sensor obtains the amplified analog into digital quantity through the microcomputer program,then the size of humidity will be displayed on the LCD screen..The design sets supper and lower limits, when the humidity drops to the lower limit, the program within the microcomputer determines the watering, the microcomputer issued a watering signal, control the relay to connect the series pump motor with the power supply line,when the humidity reaches the upper limit, then the watering will be stopped. If the humidity right now is higher than the lower limit, the microcomputer does not need to determine the watering, then the next test. The core of the system is STC89C52 microcomputer and soil moisture detection sensor, ADC0832 analog-to-digital conversion chip, LCD1602 liquid crystal and the relay, watering drive circuit.

Key words：STC microcomputer; ADC0832 analog-digital conversion; automatic watering; soil moisture detection

1 引言

1.1 设计背景及研究现状

　　在如今这个快节奏的社会，忙碌与疲累成为人们现代生活的主旋律，在钢铁森林般的城市里偶然看见一抹绿色恍如冬日里的阳光一般让人欣喜，因此，在家里种植花卉不仅是放松休闲的方式，更能陶冶情操。但是由于主人经验的缺乏以及忙碌的生活，花草往往得不到很好的照料，有的长期缺水而枯萎，甚至枯死。这样的花草留着就失去了观赏价值，不美观还占据了本就不多的空间；丢弃的话就让花草失去了经济价值，很是可惜。所以自动浇水器就成为一个不错的选择，然而目前市场上经济适合的自动浇花器比较少，某些浇花器依据物理原理能够渗水，有的采用缺水报警的方式，却不能自动浇水。还有的可以定时浇水。这些自动浇花器的系统功能不错但实用性却并不完善，因此设计一种集合土壤湿度检测、控制自动浇水和显示土壤湿度等功能于一体的家用自动浇水系统就可以解除人们的烦恼，当我们无暇照顾家里的盆花时，花草也能得到悉心照料。

　　由于人们生活节奏的加快以及日益懒惰是生活方式，自动浇花器诞生了，它解放了人们的双手，让人们不必忙着浇水，也让花草生长地更加旺盛。

目前市场为了迎合人们的需求也产生了两类自动浇花器，其中一类是电子类的自动浇花器，还有一类是玻璃材质或者陶瓷材质的自动浇花器。电子类自动浇花器主要由控制器、主管和喷头等部分组成，控制部分主要由单片机芯片来控制，还包含智能时控电路控制每天浇水的时间和电磁阀开启是否来控制浇水，电子类浇花器可以方便地接家里的220V交流电源。这种浇水装置可以每天完成浇水动作八次以上，并且实现一段较长时间内（比如主人出差期间）的自动循环浇水。其优点是功能强大且质量可靠，但这类浇花器价格比较贵，不太适合一般的家庭使用。玻璃材质或者陶瓷材质的自动浇花器也称为自动渗水装置，因为材料的特殊性，通过物理渗水的过程实现自动浇水，在土壤比较干燥的情况下，水会自动流出，使土壤潮湿。这类浇花器价格低廉，但实用性不高。因而设计出一种实用性强、功能强大却并不昂贵的自动浇水系统就很有现实意义。

1.2 方案介绍

　　本课题着手于家庭用的自动浇水系统，是一种由单片机控制，在土壤比较干燥的情形下控制继电器使抽水电机串联12V电源的线路闭合，由抽水电机工作来浇水，最终实现自动浇水的系统。单片机选用51系列单片机，具备应用宽泛、使用普遍等优点，单片机芯片由中央处理器、随机处理器、只读存储器、输入输出接口电路及定时器、计数器等部分组成，并且所有部分都集中在一块芯片里，因而51单片机能够准确、快速地完成预先编写的程序所规定的任务,可以实现智能化控制。单片机还可以加装中断单元和A/D转换电路等更复杂、更完善的电路，使得单片机功能更加强大，同时单片机还拥有结构简单、易于携带、性能稳定、价格低廉等优点，因此十分适合本设计。

　　土壤检测模块和模数转换模块是本设计实现功能的前提，分别包括土壤湿度传感器和模数转换芯片，土壤湿度传感器实时检测土壤的湿度情况并输出模拟量，再由模数转换电路将模拟量转化为数字量输入到单片机中。单片机是本系统控制的核心，当湿度低于预先设定好的下限值时，单片机发出低电平信号给三极管的基极，三极管导通使继电器衔铁吸合，使驱动抽水电机的12V电源串联抽水电机的线路连通，电机工作抽水。随着土壤逐渐潮湿，湿度增大，当土壤湿度到达预先设定好的上限值的时候，单片机发出高电平信号给三极管的基极，三极管中止导通，使继电器衔铁释放，抽水电机电源断开。在单片机工作的同时，还有LCD液晶，用于将设定的上限值、下限值和土壤当前湿度值显示出来。

2 系统结构与功能介绍

2.1 系统结构

　　本设计是一种由单片机控制，实现自动浇水的系统。单片机选用51系列单片机，单片机通过按键电路模块设定的参数和模数转换模块输入的当前湿度值进行对比判断，判断是否浇水从而实现自动浇水，显示部分采用液晶显示器，可以显示土壤湿度值等环境因素。

图2.1.1系统结构图

2.2 系统功能实现

　　土壤检测模块由土壤湿度传感器组成，土壤湿度传感器通过检测土壤电阻来获得土壤湿度情况，输出模拟量，再由模数转换电路将模拟量转化为数字量输入到单片机中。单片机接收数字量数据后，再进行数据处理，程序内部的判别语句作出判断，当湿度低于提前设定好的下限值时，通过程序判断发出低电平信号给三极管基极，三极管导通发挥开关的作用，使继电器衔铁吸合，同时电源供给12V的电压，抽水电机启动开始工作并抽水。此时土壤湿度逐渐增大，不断地通过模数转换模块输入信号给单片机，当湿度高于设定的上限值时，单片机通过程序判断发出高电平信号给三极管基极，三极管中止导通，继电器衔铁释放，线路断开，抽水电机停止工作。在单片机获得输入信号的同时也输出信号给LCD显示模块，将将设定的上限值、下限值和土壤当前湿度值显示于LCD液晶上，从而实现自动检测、自动浇水、自动停水和实时观察的功能。　

　　本设计中还有5个按键，其中S1、S2、S3、S4分别与STC89C52芯片的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连，S5与复位引脚RESET相连。当按下S5按钮，则会使RESET端口置为高电平，使单片机复位。当按键未被按下的时候，S1、S2、S3和S4都被置为高电位，当被按下的时候则被置为低电位。按一次S1使下限值减1%，按一次S2可使下限值加1%，按一次S3可使上限值减1%，按一次S4可使上限值加1%.其中，下限值不能高于40，也不能低于20，上限值不能高于90.不能低于70。进行按键调节的时候，上下限的值都可以从LCD液晶上看到。　

　　系统功能实现如图2.2.1。

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