1、基于單片機的智能澆花系統的設計與實現摘 要 隨著社會的發展，人民越來越注重環境質量。養殖花卉成了首要選擇，在家養殖可以陶怡情操，豐富生活。同時花卉可以通過光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣同時還可以凈化空氣，而且花卉還可以吸收有毒物質例如剛裝修的房屋里的苯、甲醛等。因此越來越多的人喜歡養殖花卉。本文設計了一種智能濕度感應澆花系統。系統以單片機AT89S52 為控制芯片，啟動澆花之前先有蜂鳴器報警，按時按量的供水是完成每天在限定的時間自動啟動水泵澆花，按照各種花卉所需水量的差別，使用一個按鈕裝置來控制給水的時間，也就是電磁閥開啟和閉合的時間，其余時間水泵不轉，不會有水流通供給補水；按照溫度、濕度來嚴格

2、控制給水主要用到的是SLHT5-1 土壤溫度、濕度傳感器，如果傳感器檢測溫度、濕度都達不到規定的要求，就開始澆花，達到了規定的溫度、濕度就停止澆花。該系統既能按時、按 量的給花卉澆水，還可以為節約水資源，從而讓花卉更好的生長。關鍵詞：單片機；智能澆花系統；傳感器；Abstract With the development of society, people pay more and more attention to environmental quality. Flower cultivation has become the f

3、irst choice, in farming can Tao Yi sentiment, enrich life. At the same time, flowers can absorb carbon dioxide through photosynthesis release oxygen also can purify the air, and the flower also can absorb toxic subs

4、tances such as just decoration house of benzene and formaldehyde. So more and more people like to breed flowers. This paper designs a kind of intelligent humidity sensing watering system. The systemwith AT89S52 single chip computer as 

5、control chip, first started watering the flowers before thebuzzer alarm, timing quantitative watering is to pump water the flowers every day to open automatically at a specified time, according to the different flowers need different q

6、uantity of water, with a button to set the watering time length, i.e., the solenoid valve open time, the rest of the time the pump does not turn water can not flow through, according to water the flowers;humidity control is to use

7、 a SLHT5-1 soil moisture sensor, when the detected humidity did not reach the setting humidity, began to water the flowers, to the setting humidity stop watering.This system can not only on time, according to the amount of gi

8、ve flower watering, can alsosave water resources, so as to make flowers grow better.Keyword: MCU ;  intelligent watering system ;  sensor 目 錄1、緒論11.1 選題目的及意義11.2 國內市場發展現狀11.3 研究方法和手段22、基于單片機的智能澆花系統42.1系統組成部分42.2系統工作原理43、系統硬件設計53.1 AT89S52型單片機53.2 土壤濕

9、度檢測電路53.3 鍵盤及液晶顯示電路53.4 水泵調節電路63.5 報警電路73.6 單片機最小系統73.6.1 晶振電路設計73.6.2 復位電路8 按鍵消抖方法84、系統軟件設計10總 結12參考文獻13致 謝141、 緒論 國內外均有自動澆花系統的實際使用，大部分自動供水灌溉系統都是采用虹吸的方式，也就是運用滲透的原理來實現補水澆，該模式的補水過程是持續的、不中斷的，根據該種模式只可以確保不會出現干旱現象，而不是根據花的實際需要來實施補給供水。另外部分自動澆水系統，能夠在規定的時間內向花卉進行補水，這兩種方式基本一致，都不是按照花的需求來進行補水灌溉。同時還有部分自動澆水系統，主要運用

10、單片機控制的原理，根據溫度、濕度傳感器獲取溫、濕度的具體數據，再根據設定值來實現自動補水澆灌，只不過這種方式要求外界提供水龍頭的前提下才能使用。通常家庭花草種植普遍都放置于陽臺上，而陽臺上常常不會用到水龍頭，于是使用起來相對較為棘手。本文設計的基于單片機智能澆花系統能夠實現在陽臺上的應用，可以做到定時、定量地澆花。1.1選題目的及意義 隨著生活水平的提高，許多城鄉居民為了美化環境，凈化空氣，喜歡在家中陽臺上種植一些花草。但現代人的生活節奏越來越快，事情越來越多。植物是離不開水的，需經常澆灌。很多人有時忘了定時、適量給花卉 澆水。而人們出差或有事不在家時，植物的供水就會中斷，植物面臨干枯。花草生

11、長的問題80%以上由花兒澆灌問題引起，好不容易養的花卉澆水，因為澆水問題而長勢不好或更嚴重的出現枯萎甚至凋亡。 有些植物對濕度的要求很高，人為的過度澆水，植物的根莖容易腐爛，從而影響到植物的正常生長。雖然市面上也有賣澆花的裝備但昂貴的價格和其性價比讓人望而卻步。那種澆花裝 置大部分只能是指定時澆水時間，很難做到給花卉適時、適量澆水。還有花卉缺水報 警器但其只能報警并不能適時、適量的澆水。其效果可想而知。為了解決按時、適量澆 水問題，所以我設計自動澆花體統，通過傳感器感知土壤濕度、光照強度、溫度并傳達 單片機，由單片機判斷花卉是否缺水并最終傳達給電磁水閥，從而達到適時自動澆水。1.2 國內市場發

12、展現狀 微噴、微灌是近些年應用國內外的自動澆水設施。微噴主要由微噴帶組成1。其工作原理是利用水壓力后交付和微噴嘴帶領域,通過排水洞微噴,在重力和空氣阻力的影響,形成一個細雨的噴涂效果。微噴帶的出水孔多半采用空氣組方式，按照一定距離和一定規律布置，如：斜三通、斜五孔、左右孔、橫三孔和無空等，出水孔一般采用機械鉆孔、啟動打孔和激光打孔，孔徑為0.1-0.2mm，空形呈圓形。其用途：蔬菜、蘑菇、 苗圃果園、花卉、大棚等。微灌是利用微灌設備組成微灌系統，用壓力將水分配到田間，通過灌水去以微小的流量濕潤作物根部附近土壤的一種局部灌水技術。微灌技術可以很容易地將水分配到每一株植物的土壤，,經常保持低水壓力

13、可以滿足作物生長的需要2。但微灌系統的投資通常遠高于地面灌溉;出口很小,容易堵塞,過濾系統的要求。 許多年前,國外已經開始普及,國內使用的電子自動澆花大部分從國外進口,價格是 昂貴的,但是質量是可靠的，但不太適合國內使用。國內外流行的玻璃自動澆花。這種類型的灌溉設備大多數在中國山西和浙江地區的加工生產,價格很便宜,實際沒有電子自動澆花是好的。種花簡單澆花難，很多商家看到了這塊市場。目前這種小家居用品制 造商主要集中在廣東、上海、浙江地區3。現在市場上的自動澆花,主要有以下幾類： 玻璃、陶瓷類自動澆花器玻璃、陶瓷類自動澆花器又叫自動滲水裝置，它由本身材質的物理結構構成，根據器具的物理滲水原理完成

14、自動澆灌，當自動澆水器內部存水，自身形成一定的壓力，當遇到干燥的土壤，水就會自上而下的流出，當土壤濕潤以后，會形成一個堵塞壓力，從而導致水流速度變慢或者停止4。器具工藝不同，效果也不一樣，當然也因土壤的疏松情 況決定器具內水流的速度。當前傳感器技術與單片機技術發展迅速，其應用逐步由工業、軍事等領域向其他領域滲透，已經和我們的日常生活息息相關。而且智能家居概念也越來越受人們的推崇， 因此，微電腦控制的電子類自動澆花系統有很好的發展前景。 電子類自動澆花器（時控臨噴裝置)該系統主要構成為：主機（或者控制器）、主管、分水接頭、副管噴淋管。時控臨噴澆花裝置根據電源的不同分為交流電自動澆花器和電池自動澆

15、花器兩種。控制器的一般性能有：電磁閥控制；智能時控電路微電腦芯片控制；適用電AC220V/50HZ；最適宜水壓0.3-0.6Mpa；待機功率（4VA，澆水時12VA）；可控制連續作業時間是1 分鐘至168 個小時；可每天自動完成十次以上澆水作業，可每天、隔天、隔多天自動循 環進行澆水，手動自動兩用；每天計時誤差小于正負3 秒；電器適應環境溫度為-10 50；相對濕度90%RH5。 1.3 研究方法和手段 本畢業設計是設計單片機控制的自動澆花系統。所有節點按照在網絡中的功能不同分為協調器節點、傳感器節點和控制器節點。單個網絡中只有一個協調器節點,它作為整個網絡的中心,存放所有的控制策略,它能接收

16、傳感器節點向其發送的數據,通過智能判斷后,再把灌溉命令發送給控制器節點;傳感器節點分布于灌區的各個地方,配有各種 傳感器,如測量溫度、空氣濕度、光照度等的傳感器,負責采集灌區的環境參數, 主要研究土壤濕度與澆水量之間的關系、澆灌控制技術及設備系統的硬件、軟件編程各個部分。并按一定的時間間隔發送給協調器節點;每個控制器節點負責一個分灌區的灌溉作業, 它直接與灌溉的執行器(如閥門、水泵等)相連,當接收到協調器節點發送的灌溉命令后, 則執行相應的操作7。土壤溫濕度傳感器可將檢測到的土壤溫濕度模擬量放大轉換成數字量通過單片機內程序控制精確的將溫度與濕度分別顯示在LCD 顯示屏上，同時通過單片機內的中斷

17、服務程序判斷是否要給花澆水,若需澆水則單片機系統發出澆水信號并經放大驅動設備開啟電磁閥進行澆水若不需澆水則進行下一次循環檢測。 2、基于單片機的智能澆花系統2.1系統組成部分該系統主要由土壤濕度檢測電路、鍵盤、LCD 液晶顯示電路、報警電路、水泵控制電路等組成。具體結構如圖1 所示。通過土壤濕度傳感器測量出土壤濕度信號，單片機采集土壤濕度信號并進行分析和處理，輸出控制信號，控制水泵工作與否，從而達到按需澆花的目的。圖1 智能澆花系統組成框圖2.2系統工作原理由于不同的花卉有不同的需水特性，澆花時應適時適量，按需澆花。為此，系統采用模糊控制的方式達到精確澆花的目的。一方面，單片機采集土

18、壤濕度信號，并通過計算判斷是否應該澆花; 另一方面，單片機采用查表的方法來實現澆水量的模糊控制。在軟件設計時，根據不同花卉的需水量，將其土壤濕度值允許區間存入表格中，即模糊控制響應表，這些數據均是人們長期積累的經驗值，并將表格事先置入ROM 存儲區的某一位置中供查表使用。例如: 對君子蘭進行自動澆水，單片機將采集到的濕度信號與表格中的君子蘭最小濕度值進行比較，當采集到的濕度值小于表格中的最小濕度值時，開始澆花；當采集到的濕度值大于表格中君子蘭的最大濕度值時，停止澆花，從而控制澆水的時機及澆水量的多少8。在單片機控制系統中可以通過鍵盤輸入數據或命令。鍵盤是由一組常開的按鍵組成，每個按鍵都被賦予一

19、個代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是 通過一個編碼電路識別閉合鍵的鍵碼，非編碼鍵盤是通過軟件來識別鍵碼。由于非編碼鍵盤的硬件電路簡單，用戶可以方便的改變鍵的數量，因此在單片機系統中應用廣泛。 3、系統硬件設計3.1 AT89S52型單片機AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統可編程Flash存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器9。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式

20、控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節Flash，256字節RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16 位 定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。3.2 土壤濕度檢測電路 本設計采用土

21、壤溫濕度傳感器SLHT5-1。該傳感器采用全量程標定，兩線數字輸出，可直接與單片機連接實現，具有相當高的統一性，濕度測量限度為0100%RH。能夠把探頭直接插入土壤中，并且可以在草地、花園、農業溫室大棚、苗圃等土壤中進行溫、濕度的檢測運用。具體檢測電路見圖2 。圖2 SLHT5-1 土壤濕度傳感器檢測電路3.3鍵盤及液晶顯示電路 該設計選取了LCD12232F 液晶顯示模塊，其具有內置的字節庫，不具存儲功能，采用并行連接的模式，使用起來相對便捷。用于顯示系統的操作狀態、花卉種類、土壤溫、濕度信息。鍵盤選取獨立式的按鈕，其中主要有復位按鈕、選取花卉類別按鈕、開啟按鈕。開機時出現: “歡迎您的到來

22、”，其次出現“請選取花卉類別”。依靠對選取花卉類別按鈕的設置，根據液晶屏出現的內容，確明確花卉的種類。該系統主要有香雪蘭、仙人球、銀杏、牡丹、蘆薈、芍藥、君子蘭，總共七個品種的花卉，同時內置有七個不同的溫、濕度范圍。在明確完花卉類別之后，將出現花卉的具體名稱，到此為止設置完成。3.4水泵調節電路 圖3為水泵調節電路圖，其中三極管發射極E 連接繼電器線圈的端點，線圈的另一端接到+ 5V 電源VCC 上，三極管Q1的基極B連接單片機P3.6上; 而繼電器線圈兩端并聯二極管IN4148，以實現繼電器線圈停電時引發的反向電動勢的消除，避免反向電勢擊壞三極管、擾亂其余電路; R2同紅色發光二極管構成一個

23、繼電器狀態指示電路，如果繼電器通電吸合，LED將會變亮，由此就可以實現對繼電器操作狀態的檢測。圖3 水泵調節電路圖其中系統水泵選取220V 供電潛水泵，最大流量1640L /H，澆花噴頭選取花灑噴頭，達到均勻噴水目的，避免局部土壤濕度過高，檢測不穩定。如果AT89S52 單片機中P3.6 引腳導入高電平，那么三極管飽和電流通過，+5V電源接入繼電器線圈接口，使得繼電器閉合，并且發光二極管工作狀態也將變亮，而繼電器的常開觸點關閉，也就是水泵通電，于是水泵進行澆水。另外，如P3.6引腳導入低電平，那么三極管將不會導電，繼電器線圈兩端由于無法產生電位差，使得繼電器銜鐵斷開，并且發光二極管的工作狀態也

24、將變熄滅，同時繼電器的常開觸點斷開，也就是水泵斷點，于是水泵停止進行澆水。3.5報警電路 因為該系統主要應用在室內環境中，為防止水泵的開啟影響到他人，該系統內置了一個報警電路。通常水泵開啟以前就會出現“嘟嘟嘟”的幾秒警報聲，然后水泵才實現補水。該報警電路圖見圖4。主要是單片機中P3.0引腳來決定三極管開啟與閉合，實現控制蜂鳴器的通斷。圖4 報警電路3.6單片機最小系統 晶振電路設計 AT89S52 單片機芯片內部設有一個反相放大器形成的振蕩器，XTAL2與XTAL1各自是振蕩電路中的輸出端與輸入端。同時在XTAL1與XTAL2引腳上連接定時器件，其內部振蕩電路于是能夠實現自激振蕩。定時器件一般

25、是由石英晶體與電容構成的并聯諧振回路。系統選擇12MHz的晶振片，兩30pF的電容C7和C8。3.6.2 復位電路 本設計采用的按鍵復位電路，當要系統自動復位時，只需要按住S 按鍵，此時電源 Vcc 經過電阻R1、R2 分壓，并且在RST 端產生一個復位的高電平。同樣，只要保證RST 端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統自動能實現正常復位。復位電路如圖5 所示：圖 5 AT89C52 單片機的復位電路按鍵消抖方法 非編碼鍵盤可以分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤兩種結構形式。行列式鍵盤是將I/O 線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設置在行線和列線的交叉點上，這種結構形式的鍵盤適用于鍵數較

26、多的場合，但硬件電路結構較復雜。獨立式非編碼鍵盤中每一按鍵都獨立地占用一條數據線，當一按鍵閉合時，相應的I/O 線變為低電平。對于處于常開狀態的獨立式鍵盤，當按鍵閉合時I/O 線為低電平，當按鍵為常態時I/O 線為高電平10。由于機械觸點的彈性作用，觸點在閉合和彈開瞬間的電接觸情況不穩定， 造成電壓信號的抖動，。鍵的抖動時間一般為510ms。為了避免一次閉合引起的CPU 多次處理，就要采用措施消除抖動。去抖動的方法有硬件去抖和軟件去抖兩種方法。硬件去抖一般采用雙穩態去抖電路。軟件消抖方法是在CPU 檢測到有鍵按下是，延時1020ms，再次檢測該鍵電平是否仍保持閉合狀態，如果保持閉合狀態，則確認

27、有鍵按下，否則從頭檢測。在本次設計中用到的鍵數較少，為了簡化硬件電路，選用獨立式非編碼鍵盤，并采用軟件消抖的方法來消除按鍵抖動。4、系統軟件設計 系統軟件設計包括初始化、顯示子程序、選擇花卉種類子程序、土壤濕度檢測子程序、數據處理子程序、報警子程序等，主程序流程圖如圖6 所示。圖6 主程序流程圖 本設計采用AT89S52 單片機當做控制芯片，構造出一款智能澆花系統。本系統根據花盆中土壤濕度來調節水泵的運行和中斷。選取模糊控制形式來調節澆水的量，同時對土壤濕度采取實時檢測，并且與設定好模糊控制響應表的濕度值做出對比，判定澆水量有沒有滿足標準，全面完成定時定量智能化澆花。系統按照各種花卉的實際需求

28、狀況設定了對應的澆水量，只要開機后設定花卉的類別，系統就可以自動早出需調節的溫、濕度區域11。該系統置于家中陽臺上較為實用，通過實驗驗證效果明顯。同時該系統能夠實現在草場、花卉、溫室大棚、苗圃等場合應用，即方便又節約水源。 總 結 本次設計的系統以單片機為控制中心，用溫度、濕度傳感器來檢測環境的溫度、濕度，依靠對溫度、濕度傳感器檢測的溫度與系統預設溫度、濕度值的對比。在實驗過程中，檢測到花卉缺水時，水泵于是開啟進行供水，當水量達到一定額度時，水泵自動停止供水。液晶顯示器穩定的顯示環境溫度、濕度和設置的溫度、濕度。智能澆水系統是通過單機片程序設定澆水的上下限度，并且還同溫度、濕度采集電路送入單機片的土壤濕度值相比較，當傳感器檢測到的濕度值低于設定的下限值時，單片機輸入一個信號，開始澆水，高于設定的上限值時，再由單片機輸出一個信號，中斷水泵并停止澆水。 通過本次畢業設計，使得我更深入的認識了單機片智能控制系統的結構和