自动浇花系统.docx
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自动浇花系统
一、毕业设计的任务书和具体要求:
本系统以方便人们花卉的浇水,实现智能浇花,让人们从繁琐的浇花工作中解放出来,自动浇花系统的设计和应用应运而生。
本系统采用AT89C52单片机,配以相应的外围电路完成土壤含水量的检测和自动浇花的控制过程。
由土壤湿度传感器采集土壤信息,再经过信息处理模块处理后由ADC0832A/D转换芯片转换成数字信号,AT89C52单片机作为控制中心,配以DS1302时钟芯片、LCD1602液晶显示模块等组成数据处理控制模块,实现智能浇花,显示时钟功能。
通过一系列的设计实现,简单的电路及低价的成本实现自动浇花系统是可行的,进一步可以推广到蔬菜大棚,园林,草地等的自动浇灌管理。
对于实现科技服务生活具有重要意义。
二、毕业设计说明书应包含的内容:
第1章系统功能与特色:
包括系统功能特色简介和功能指标;
第2章系统硬件设计:
包括硬件框架、主控芯片、温湿度采集模块、土壤湿度采集模块、光照强度采集模块、浇水模块等;
第3章系统软件设计:
包括系统软件设计和系统工作原理;
第4章系统实物;
第5章总结:
包括毕业设计的收获及存在的问题等。
三、毕业设计应完成的图纸:
图2-1硬件框架图见3页;
图2-10浇水模块图见8页;
图2-11电源模块图见10页;
图3-1软件设计图见12页。
四、其它要求:
五、毕业设计的期限:
自2012年12月10日至2013年5月12日
六、毕业设计(论文)进度计划
起止日期
工作内容
备注
2012年12月10日—2013年2月9日
2013年2月10日—2013年2月25日
2013年2月26日—2013年3月29日
2013年3月30日—2013年4月15日
2013年4月16日—2013年5月12日
查找资料文献,准备毕业报告;
设计总体方案,完备整体思路;
理论分析系统,编译程序;
使用软件,调试系统,完成论文初稿;
撰写论文,论文评阅,毕业设计答辩,根据答辩委员会意见修改论文。
毕业设计终审不及格补审意见:
成绩:
补审人签名:
职称:
年月日
学院审查(补)意见:
成绩:
审查(补)人签名:
职称:
年月日
教务处终审(补)意见:
成绩:
审查(补)人签名:
职称:
年月日
参考文献、资料索引
文献、资料名称
编著者
出版单位
1.单片机原理与应用实例仿真[M]
语言程序设计[M]
3.传感器应用电路400例[M]
4.单片机控制的节水灌溉系统的研究[J]
李泉溪
贾宗璞,许合利
王煜东
王芳琴
北京航空航天大学出版社
中国矿业大学出版社
中国电力出版社
华中农业大学
此表由学生填写所参考的文献、资料
摘 要
随着国内居民消费水平和生活质量的提高,居家园艺市场异样火爆,可是由于生活节拍加速,种花容易养花难的问题暴露出来。
而养花最重要的问题确实是浇水问题,研究说明花草80%以上的死亡由于浇水不及时引发,因此设计和利用自动操纵器带来很多便利。
本次设计的盆花自动浇水系统包括土壤温湿度的检测与操纵和蓄水箱自动上水及水位报警两大部份。
介绍一款能够自己编程、设置参数、自己动手组装的自动浇花操纵器。
这是一款基于Bardolino的操纵器,利用土壤湿度传感器对土壤湿度进行监测,通过温湿度传感器对室内温度、湿度进行测量,操纵水泵或电池阀进行浇水,从而达到自动浇灌的目的。
扩展功能还增加了通过对串口数据的监听来实现对当前操纵器串口返回的土壤湿度和室内温度、湿度等参数的读取,其读取时刻不定,该软件会自动监测串口数据的接收并自动读取,可不能在没有数据的时候随意读取,幸免了必然的数据读取冲突造成错误。
土壤温湿度的检测与操纵部份又包括了土壤温湿度的检测和显示、自动浇水系统。
土壤温湿度的检测和显示以温湿度传感器SHT-11为感应部件,将检测到的土壤温湿度值送入AT89C51单片机,再由其输出到LCD屏进行显示。
自动浇水系统设计为智能和手动两个部份:
智能浇水部份是通过单片机程序设定浇水的上下限值与SHT-11送入单片机的土壤湿度值相较较,当低于下限值时,单片机输出一个信号操纵电磁阀打开,开始浇水,高于上限值时再由单片机输出一个信号操纵电磁阀关闭,停止浇水;手动部份是由单片机从时钟芯片DS1302读入月份与天天的实不时刻,通过软件程序设定按时浇水的时刻与浇水的量,蓄水箱自动上水及水位报警采纳纯硬件电路操纵,实现水箱水位实时监测、自动上水和水位上下限报警的功能。
关键词:
Bardolino,串口数据,传感器,C51程序,数字电路
目 录
第1章系统功能与特色
系统功能特色简介
(1)选择性浇水
在每次浇水前,系统会对植物土壤湿度进行检测,若是超过必然值,就不进行浇水操作,避免过度浇水、浪费水资料;若是低于设定值但此光阴照强度太高不适于浇水,那么系统也可不能浇水。
(2)加水提示
水箱装有红外检测器,水位太低时,红外被促发,系统记录下标志,系统会立刻提示用户加水。
(3)时刻显示
系通通内部装有一块DS1302时钟芯片,能够准确的显示时刻,用户能够依照时刻记录花期。
(4)浇水设置
本系统增加了外设键盘,用户可依照花的品种不同而设定不同的浇水限制。
(5)数据保留
系统内部放置了一块EEPROM,可对用户的设置进行保留,具有掉电爱惜功能。
功能指标
(1)温度测量精准到1℃,湿度测量精准到1%RH,土壤湿度测量精准到1%RH,光照强度测量精准到1lx;
(2)LCD显示温湿度、土壤湿度、光照强度和时刻和浇水限值;
(3)电磁阀开断灵敏度;
(4)存储芯片擦写次数可达10万次以上;
第2章系统硬件设计
硬件框架
图2-1硬件框架图
主控芯片
Bardolino是一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得Bardolino为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗按时器,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,三个16位按时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电爱惜方式下,RAM内容被保留,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。
Bardolino单片机和atmel的对照:
atmel:
(1)8K字节程序存储空间;
(2)512字节数据存储空间;
(3)内带4K字节EEPROM存储空间;
(4)可直接利用串口下载。
Bardolino单片机:
(1)8K字节程序存储空间;
(2)256字节数据存储空间;
(3)没有内带EEPROM存储空间。
温湿度搜集模块
(1)DHT11数字温湿度传感器
温湿度搜集部份利用DHT11数字温湿度传感器。
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用的数字模块搜集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的靠得住性与卓越的长期稳固性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接,因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优势。
校准系数以程序的形式贮存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处置进程中要挪用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用乃至最为苛刻的应用处合的最正确选那么。
产品为4针单排引脚封装,连接方便,特殊封装形式可依照用户需求而提供。
(2)湿度值输出
DHT-11可通过I2C总线直接输出数字量湿度值,从其相对湿度输出特性曲线中能够看出,DHT11的输出特性呈必然的非线性,为了补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据,可按式(3-1)修正湿度值:
=
式中,SORH表示传感器相对湿度测量值,系数取值别离如下:
12位时:
;
8位时:
。
(3)温度值输出
DHT-11温度传感器的线性超级好,可用以下公式(3-2)将温度数字输出转换成实际温度值T:
式中,
表示传感器温度测量值。
当电源电压为5V,温度传感器的分辨率为14位时,
,
;当温度传感器的分辨率为12位时,
,
。
图2-3相对湿度输出特性曲线图
土壤湿度搜集模块
BardolinoMoistureSensor土壤湿度传感器可用于检测土壤的水分,当土壤缺水时,传感器输出值将减小,反之将增大,利用AD转换器读取它的值,然后传送给单片机,单片机依照数值大小来判定是不是该浇水。
AD采纳了TLC2543,TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,利用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换进程。
由于是串行输入结构,能够节省Bardolino系列单片机I/O资源,且价钱适中,分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为普遍的应用。
2TLC2543的特点:
(1)12位分辩率A/D转换器;
(2)在工作温度范围内10μs转换时刻;
(3)11个模拟输入通道;
(4)3路内置自测试方式;
(5)采样率为66kbps;
(6)线性误差±1LSBmax;
(7)有转换终止输出EOC;
(8)具有单、双极性输出;
(9)可编程的MSB或LSB前导;
(10)可编程输出数据长度。
图2-4土壤湿度传感器
光照强度搜集模块
光照搜集采纳了光敏电阻,依照光敏电阻阻值说光照强度的不同,而大小不一样这一特性采纳电阻分压的方式搜集光敏电阻两头电压值,经AD转换读取数据,依照AD值求出光照强度。
时刻显示模块
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实不时钟芯片,附加31字节静态RAM,采纳SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实不时钟可提供秒、分、时、日、礼拜、月和年,一个月小与31天时能够自动调整,且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达~。
显示模块
显示部份采纳了一块12864中文字库液晶。
12864液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置国标GB2312码简体中文字库(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。
可与CPU直接接口,提供两种界面来连接微处置机,8-位并行及串行两种连接方式。
具有多种功能,如光标显示、画面移位、睡眠模式等。
图2-712864液晶显示图
水量提示模块
水箱装有红外检测器,水位太低时,红外被促发,系统记录下标志,系统会立刻提示用户加水。
原理说明:
当没有物体反射红外线时,Ce之间截止,无电流流过,输出电压为电源电压,高电平;当有物体反射红外线时,be饱和导通Ce也就导通了,输出端就相当于接地,输出电压为低电平。
存储模块
存储芯片采纳AT24C02。
AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM,内部含有256个8位字节,CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。
AT24C02有一个16字节页写缓冲器,该器件通过IIC总线接口进行操作,有一个专门的写爱惜功能。
浇水模块
水部份采纳了一个G1/42分口径电磁阀,单片机通过度析搜集来的信息操纵继电器的开断进而操纵电磁阀的通断。
图2-10浇水模块图
电源模块
本系统创新性的加入了电源模块,不用再为不行供电而发愁。
由于要12864液晶和功率较大的电磁阀本系统的稳压芯片才用了功率较大抗干扰强的LM2596和LM7812。
LM2596系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片,它内含固定频率振荡器(150KHZ)和基准稳压器(),并具有完善的爱惜电路:
电流限制、热关断电路等。
利用该器件只需极少的外围器件即可组成高效稳压电路。
提供有、5V、12V及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。
另外,该芯片还提供了工作状态的外部操纵引脚。
图2-11LM2596芯片图
LM2596系列开关稳压集成电路的要紧特性如下:
(1)最大输出电流:
3A;
(2)最高输入电压:
37V;
(3)输出电压:
、5V、12V及(ADJ)等,最大输出电压37V;
(4)震荡频率:
150KHZ;
(5)转换效率:
75%~88%(不同电压输出时的转换效率不同);
(6)工作温度范围围:
-40℃~+125℃;
(7)工作模式:
低功耗/正常两种模式。
可外部操纵;
(8)工作模式操纵:
TTL电点评相容;
(9)所需外部组件:
仅四个(不可调);六个(可调);
(10)器件爱惜:
热关断及电流限制;
(11)封装形式:
5脚(TO-220(T);TO-263(S))。
LM7812电路内部还有过流、过热及调整管的爱惜电路,利用起来靠得住、方便,而且价钱廉价。
5V用来给单片机及其他芯片供电,12V用来给电磁阀供电。
图2-11电源模块图
第3章系统软件设计
系统软件设计
土壤温湿度检测与操纵系统有自动和手动两种浇水方式。
假设设置键按下那么为手动浇水方式,不然为智能浇水方式。
手动浇水时,由单片机向时钟芯片DS1302读取实不时刻,假设与设定的按时浇水的时刻相符,那么单片机执行按时器/计数器0中断程序,完成定量浇水;智能浇水时,传感器起感应作用,当传感器把感应到的土壤温湿度信号传给单片机,由操纵程序判定是不是需要进行浇水,假设需要浇水,单片机输出高电平打开电磁阀,给植物浇水。
当浇了足量的水,传感器感应到后,把信号传给单片机判定,单片机再发出信号让电磁阀闭合。
由此,实现了智能浇水,浇水的上下限由程序编程时设定。
图3-1软件设计图
系统工作原理
在本次设计中采纳纯硬件操纵电路,利用555按时器的按时与驱动功能制作一个性能靠得住、本钱低的蓄水箱自动供水系统。
该系统要紧分为模拟检测和逻辑判定两大块,如图3-2所示。
模拟检测事实上测量的是B、C、D、E四个探头相关于A点(即地)电位的到底,在水箱里的四个探头B、C、D、E各点和A点之间事实上就相当于一个可变的电阻。
当电阻值发生转变时,各点的位值不同,再通过逻辑判定及能够取得不同的输出,以达到操作操纵不同的动作。
图3-2系统框图
第4章系统实物
图4-1系统实物图
第5章总结
本次设计的盆花自动浇水系统以电子类的自动浇花器的工作原理为参考,运用现代传感器技术及单片机操纵技术组成一个土壤温湿度搜集与操纵系统,再用数字电路操纵自动给水系统及时的给浇水系统供水。
整个盆花自动浇水系统包括土壤温湿度的检测和显示、自动浇水和蓄水箱自动上水及水位报警三个部份。
土壤温湿度的检测和显示以温湿度传感器SHT-11为感应部件,将检测到的土壤温湿度值送入AT89C51单片机,再由单片机的I/O口输出到LCD液晶显示屏进行显示,同时此湿度值也是是不是给盆花浇水的参考值。
自动浇水部份与土壤温湿度的检测和显示部份一起组成土壤温湿度的检测与操纵系统。
它设计为智能和手动两个部份。
智能浇水部份是通过单片机程序设定浇水的上下限值并与SHT-11送入单片机的土壤湿度值相较较,当传感器检测到的湿度值低于设定的下限值时,单片机输出一个信号操纵电磁阀打开,开始浇水,高于设定的上限值时再由单片机输出一个信号操纵电磁阀关闭,停止浇水。
手动部份是由单片机从时钟芯片DS1302读入月份与天天的实不时刻,通过软件程序设定按时浇水的时刻与浇水的量。
蓄水箱自动上水及水位报警采纳纯硬件电路操纵,实现水箱水位实时监测、自动上水和水位上下限报警的功能。
通过本次毕业设计,我进一步了解到了微电脑操纵的智能系统,也使我真正接触到了检测操纵系统的设计。
尽管只是一个人们日常生活中的小系统,但这也让我明白了很多设计上应该注意的问题,比如有效性、经济性和安装条件等。
参考文献
[1].李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京:
北京航空航天大学出版社,.
[2].贾宗璞,许合利.C语言程序设计[M].徐州:
中国矿业大学出版社,.
[3].王煜东.传感器应用电路400例[M].北京:
中国电力出版社,2020.
[4].王芳琴.单片机操纵的节水浇灌系统的研究[J].华中农业大学.
致 谢
本文是在我的指导教师精心指导下完成的。
不管在选题、确信研究内容,仍是在研究进程中都凝聚了教师的辛勤与汗水。
导师渊博的知识、活跃的学术思想、严谨求实的治学态度、丰硕的教学体会、灵敏的科学前瞻性使我受益很多,导师的谆谆教海和精心指导将使我永生难忘。
指导教师教诲咱们学习的同时还指导咱们正确的工作态度和方式,从他身上咱们每一个组员都能够感受到一个真正科学工作者的一丝不苟,这对咱们一生都收成颇丰。
在此我要向指导教师表示最真挚的敬意和谢意。
附 录
单片机程序
#include<>
#include
#definecharunsignedchar
#definedintunsignedint
bitADC_CS=P2^0;
bitADC_CLK=P2^1;
bitADC_DI=P2^2;
bitADC_DO=P2^2;
bitdat=P1^0;//概念164数据线
bitElk=P1^1;//概念164时钟端
bitkey1=P0^0;
bitkey2=P0^1;
bitkey3=P0^2;
bitkey4=P0^3;
bitoutput=P0^7;
bitled1=P0^6;
charj,k,n;
charBabel[]={0x0c0,0xf9,0x0a4,0x0b0,0x99,0x92,0x82,0x0f8,0x80,0x90,0x0f7};//共阳极七段码
charflag;
voiddisplay_init(charComdt);//74164串行移位一个数
voiddelayms(chari);//延时子函数
unsignedcharl_update[4]={0,0,7,0};//概念数组变量
charThready(charch);//读ADC0832数据
voidmain()//主函数
{
unsignedlongintVadc;
flag=70;
while
(1)
{
Vadc=Thready(0);//读ADC通道0
Vadc=Vadc*99/255;//换算为湿度值
l_update[0]=Vadc/10;//湿度值十位
l_update[1]=Vadc%10;//湿度值个位
l_update[2]=flag/10;//设定值十位
l_update[3]=flag%10;//设定值个位
display_init(l_update[0]);
display_init(l_update[1]);
display_init(l_update[2]);
display_init(l_update[3]);
for(n=0;n<10;n++){
delayms(100);}
if(key1==0)
{
delayms(20);
flag++;
}
if(key2==0)
{
delayms(20);
flag--;
}
if(Vadc>=flag)
{
output=0;
led1=0;
}
if(Vadc { output=1; led1=1; } } } /******************************************************* 向74164串行输出一个字节 ********************************************************/ voiddisplay_init(charComdt)//74164串行移位一个字节的数 { chari=0; chard; d=Babel[Comdt];//不该该把Babel[n]向右移动,用d来替代Babel[n] while(i<8){ if(d&0x80)dat=1; elsedat=0; d<<=1;//数组Babel中的第N个数向右移动一名 Elk=0;//上升沿将数据写入164,拉高时钟端停止,再拉低等待下一次写入 Elk=1; Elk=0; i++; } } voiddelayms(chari) { for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--); } charThready(charch)//读ADC0832数据 { chari; charresult; //写两条一样的,延时用 ADC_CLK=0; ADC_CLK=0; ADC_CS=0; ADC_CS=0; ADC_DI=1;//Startbit ADC_DI=1; ADC_CLK=1; ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; ADC_CLK=0; ADC_DI=1;//单端 ADC_DI=1; ADC_CLK=1; ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; ADC_CLK=0; if(ch==0)//通道选择 { ADC_DI=0; ADC_DI=0; } else { ADC_DI=1; ADC_DI=1; } ADC_CLK=1; ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; ADC_CLK=0; ADC_DO=1; for(i=0;i<8;i++)//读出8位数据 { ADC_CLK=1; ADC_CLK=1; ADC_CLK=0; ADC_CLK=0; result<<=1; if(ADC_DO)result++; } ADC_CS=1; returnresult; }
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