1、中文題目：基于單片機的自動澆花器設計摘 要本次自動澆花器設計，系統是用AT89C51單片機作為控制核心，使用YL-69作為土壤濕度傳感模塊，光敏電阻作為光照量傳感模塊，LCD1602作為顯示數據的模塊，按鍵用來設定數值。本系統有三種模式的功能，一是可以通過YL-69濕度傳感器進行土壤濕度的采集，利用單片機AT89C51對信息進行處理，輸出控制信號，控制信號通過控制繼電器控制水泵電源是否通斷，從而完成自動澆水。二是利用單片機精確控制，在設定時間內實施澆水。三是在系統中加入一個光敏電阻，當檢測到有光照的時候即白天的時候系統檢測到土壤濕度低于設定值時才運行完成澆水，當檢測到無光照即黑夜時即使檢測到土

2、壤濕度低于設定值系統也不會運行。關鍵詞：YL-69；濕度；光敏電阻；AT89C51單片機；水泵；LCD1602 AbstractThe automatic watering device design, system uses AT89C51 microcontroller as control core, use YL-69 as a soil humidity sensor module, photosensitive resistance as the amount of light sensing module, LCD1602 as data display module, butt

3、on is used to set the value. This system has the function of the three modes, one is the soil moisture by YL-69 humidity sensor acquisition, processing the information using microcontroller AT89C51 output control signal, the control signal through the control relay to control the pump power is on an

4、d off, so as to complete the automatic watering. Two is the use of single-chip precision control, the implementation of water within the set time. The three is to add a photosensitive resistance in the system, when the detected light time during the day when the system detects the soil humidity is l

5、ower than the set value before operation finished watering, when the detected light is dark even to detect soil moisture is lower than the setting value, the system will not be running.Keywords: YL-69; humidity; photosensitive resistance; AT89C51 single chip; water pump; LCD1602目 錄1 緒論61.1 研究背景61.3主

6、要設計內容72 系統設計92.1 方案論證92.1.1 總體方案設計92.1.2 土壤濕度測量方案92.2 硬件的選擇102.3 系統結構103 系統硬件設計123.1 AT89C51主要性能參數123.2 時鐘電路133.3 AT89C51的復位電路143.4 YL-69土壤濕度傳感器153.5 ADC0832轉換芯片163.6 SRS-05VDC-SL繼電器173.7 按鍵電路183.8 光敏電阻及其控制電路183.9 DS1302時鐘芯片194 系統軟件設計204.1 系統流程圖204.2 土壤濕度檢測程序214.3 設置濕度上下限程序224.4 按鍵程序234.5 LCD1602顯示程

7、序245 仿真設計與硬件調試255.1 硬件調試25結論26參考文獻27致謝28附錄29附錄A:實物圖29附錄B:主程序301 緒論1.1 研究背景如今，對于澆灌系統而言，微噴技術被國際上許多國家廣泛采用，該項技術的工作原理為借助低壓管道讓水快速的射出，并在空氣里分散為細小的水珠，從而讓這些水霧覆蓋于種植物、農作物及周圍的土地表面，使得農作物不再缺乏水分。該系統具有節約水，對植物的沖擊力小等優點，不過此系統主要應用于植物種植密度大，植物柔軟細嫩的場合。隨著社會生產力的發展，人們的生活水平也在不斷提高，如今千家萬戶都會在自己的余暇功夫里自己栽培花草。不僅美化環境，又能凈化空氣。植物的生長是離不開

8、水的，但是花盆的儲水量是非常有限的，需要定期澆水，人們也許會因為工作忙可能會忘記給植物澆水，或者沒有一定的澆花經驗甚至會因為澆水過多導致植物的死亡等。這都是非常不利于植物生長的。1.2 國內外的發展現狀1.2.1國外研究現狀 對于西方的發達國家來說，智能家用電器的技術已經十分先進，而站在國際的層面來看，由于我國的制造及設計產業在國際上的關鍵地位，使得中國已然發展成國際上智能家電的主要市場。同時，也提高了我國對智能家用設備的重視程度，家居設備的研發與測試技術也得到了較為迅速的發展。隨著科技的不斷前進，智能家電所涉及的領域也越來越廣泛，其中就涵蓋了智能花盆。如今，智能花盆在全球已經受到廣大客戶的青

9、睞，雖然它們的控制及工作原理有著較大的差異，可它們設計的目的都是為了服務于人類平時生活中的養花種草等方面。在英國有這樣的一類智能花盆，它的設計者是瑞貝克皮特森。它能夠隨時觀察記錄盆栽的生長情況。當主人靠近它時，它會發出聲音來表示自己的需要。發出的聲音可能是唱出來一首歌或者是幾句話。“Plantroid”是一個智能花盆機器人，它是由東京農工大學副教授水內郁夫發明創造的，“Plantroid”與其它的花盆不同的是，除了有六個晶硅太陽能以外，在他的底部還裝有四個可以滾動的滑輪，這使得其能夠在地面隨處移動。其內部裝有光線傳感器，當它檢測到盆栽處于背陰處時，或者曬不到陽光的地方，機器人會自動下達指令讓滑

10、輪走到有陽光的地方，因而方便了人們的植物培養，并且使得植物充分的享有光照進行光合作用，加速植物的健康生長。Click and Grow同樣也是一款智能花盆機器人，它的創作者是美國的著名科學家，設計理念取自于美國航天航空局的相關應用，功能較為強大，給植物澆水施肥都能夠做到。在不久前，英國學生娜塔莉金也創造出了一款智能的花盆機器人，此機器人的配套設施較為齊全，在花盆下面裝有檢測濕度與溫度的傳感裝置，花盆表面設有光線傳感器。這些裝置的安裝能夠讓植物在處于不適宜的環境下自動報警，比如在濕度過大或溫度過強時，花盆都會自動閃光提示，讓主人能夠及時采取相關措施。1.2.2 國內研究現狀 對于中國而言，已然出

11、現了許多供植物澆水的器具，然而這些都是傳統的澆水設施，在智能機械方面的研究成果較少。目前，在中國市場上普遍存在大量的自動澆水裝置，可是這些澆水的器材都是傳統的定量澆水，很難根據植物的自身需要進行適當適量的澆水施肥，這也導致了大面積的水資源浪費，不僅沒有使得植物得到很好的生長，相反卻讓植物的成長起到了副作用。由于全球技術的高速傳播，如今的中國也有許多關于智能花盆方面的研究。楊守建等人于2011年，開始了相關方面的工作，他們研究的主要任務是利用裝置檢測土地的濕度及溫度，參照檢測裝置反饋的數據對植物進行適當適量的澆水，整個科研的經費花費較少，且后期維護的花銷也不高。與此同時，王薇等學者在2011年也

12、開始了相關智能花盆上的研究，此種智能花盆由多個部分組成，其中包括：放大電路、比較電路、驅動電路、繼電器、電磁閥等等。工作原理也是能夠自主檢測植物土壤周圍的濕度，從而根據實際情況進行澆水。 學者張兆朋在此方面也有著自己的發面，他一人設計創造了小型的職能家庭澆水儀器，同時更夠依據植物的不同種類，運行不同的控制程序。在工作原理上也是參照上述幾種智能儀器，實現自主職能澆水。學者趙麗也發明了一類高效智能的植物澆水裝置，在儀器底部裝有傳感裝置，用以檢測相關環境的溫度、濕度，在借助單片機展開數據分析，下達相關的執行指令，對澆水器進行控制，完成相關的澆水任務。學者羅維也開展了智能澆水裝置的相關工作，他是立足于

13、TRIZ理論的基礎上來研發，提出了可控自動澆花的整體方案設計，這個使用新型具有自動澆花裝置和并解決了水流量可控問題。 現如今科技不斷發展，智能化技術發展迅速，逐步向工業，軍事等領域滲透，和日常生活密切相關。同時家用電器的智能化也得到了廣大國民的青睞，所以，對于智能花盆的相關研究還是十分有必要的。1.3主要設計內容此論文是立足于單片機的自動澆花器設計：（1） 完成整體的規劃和結構設計（2） 圍繞著單片機展開相關工作，并對裝置原件展開處理，讓它們有機的搭配起來。主要的硬件部分涵蓋有：土壤濕度檢測電路、光亮度檢測電路、電源電路、按鍵設置電路、LCD1602顯示電路與繼電器控制水泵電路。以及系統的軟件

14、設計及編寫，使其與硬件模塊互相配合。大體涵蓋有以下幾類程序：主要程序、濕度檢測程序、信息匯總程序、按鍵觸碰程序、運行子程序等。（3） 完成硬件模塊和軟件模塊的調試。2 系統設計2.1 方案論證2.1.1 總體方案設計該方案的系統體系主要由兩部分共同搭建，分別是：硬件方面、軟件方面。硬件模塊方面大體包括了土壤濕度檢測模塊、光亮度檢測模塊、按鍵設置模塊、LCD1602顯示模塊與繼電器控制水泵電路模塊，設計了一種智能澆灌的系統，這個自動澆花系統可以在沒有人的環境下做到對植物進行自動澆灌，在花卉需要澆水的時候,可以根據土壤干濕程度以及光照的強度，對植物的澆水進行自動控制。單片機是此方案的控制中心，通過

15、環境濕度檢測儀展開相關信息的傳遞，繼而使用智能系統規定其濕度的最大及最小值，然后再借助單片機將傳輸來的相關信息展開分析與整理，從而評估外界環境的濕度。一旦反饋的濕度值明顯小于規定的濕度最小值，那么單片機將下達指令至控制水泵，讓其進行澆水行為，在經過一段時間的澆水過后，當濕度達到規定的最大值時，儀器又將停止運水，這就是整個澆花的工作原理。或在無人的情況下，根據自己的澆灌經驗通過設定時間來進行澆灌，當到達設定時間時單片機控制水泵澆水，超過一分鐘后水泵停止澆水。本實驗主要完成以下的幾個功能：1.借助濕度傳感器采集土壤濕度的相關信息；2.顯示測量的數據3.對最適宜植物成長的土壤進行分析，并規定其濕度的

16、最大值和最小值;4.使用光敏電阻測量光照量5.不同模式的選擇。2.1.2 土壤濕度測量方案檢測土壤濕度的相關活動在眾多的部門中都得到了廣泛的應用，其中主要包括：科研單位、工業制造、氣象監測等，然而在一般的情況中，對于土壤水分的檢測并不是唯一的數據。因為土壤濕度會受到大氣壓強、溫度或人類甚至無法察覺的因素影響。如今，對于土壤濕度的測量我們通常有2種方法，分別是干濕球與電子濕度傳感器。下面是對兩種方法展開的對比研究，旨在選擇最佳的檢測方法。對于干濕球方法而言，它屬于非直接的檢測方法，借助對干球與濕球的兩種測量從而了解其濕度。因此對工作環境的溫度沒有嚴格的限制，在環境溫度比較高的情況下也不會對傳感器

17、造成損壞。所以，如果在溫度較高或者環境較為惡劣的情況下，我們會優先選擇干濕球法。隨著科技的不斷進步，電子濕度檢測在這些年得到了廣泛的推崇，由于其測量數值較為精確，一般可達2一3RH，同時在運行的階段對外界的影響有著較強的抗干擾能力。但使用的時間一長，傳感器的精度就會有所下降，因此電子式傳感器比較適用于工作在常溫、穩定的環境中。2.2 硬件的選擇（1） 土壤濕度傳感器的選擇：選取的yl-69土壤水分傳感器作為土壤傳感系統模塊，靈敏度可調，數字輸出簡單，模擬輸出準確，比較器LM393，工作穩定可靠。（2）主控芯片的選擇：方案一：使用STC89C52系列的單片機，特點是驅動能力強，運轉比較穩定，與A

18、T89C51系列相比擬，性價比較高，抗干擾能力強。方案二：使用AT89C51單片機，AT89C51系列是我們在常接觸的單片機，所以資料的查詢比較容易。它由Atmel公司生產的。主要的特點是低電壓、高性能，同時價格也比較便宜，最主要的是AT89C51單片機和 MCS-51系列有很好的兼容性。但缺點是定時器、ROM較少。AT89C51單片機是我們學習的主要單片機，它的配置已經完全可以滿足系統的需求，所以選擇方案二AT89C51單片機。（3）A/D轉換芯片選擇：第一種方案：通過ADC0832芯片轉換，ADC0832轉換芯片為雙通道8位分辨率的轉換芯片。其最高分辯可達256級。由于其轉換速度快、便宜、

19、體積較小、穩定性高等特點，因此深受單片機愛好者喜愛，普及率極高。第二種方案：ADC0809轉換芯片ADC0809芯片的使用，是一種并行轉換芯片,相比較ADC0832要快得多，但其引腳電路比較復雜，并且價錢是昂貴的。綜合考慮選用ADC0832可以滿足系統需求，故選用方案一。（4）繼電器選擇：在早期設計階段，儀器的運行需要利用小電流實施對大電流的操控，因此我們選擇了繼電器去操控電磁閥的運行。由于工作電壓在只有5V左右，并且成本低。綜上所述，本次的系統設計中，選用的是松樂SRS-05VDC-SL型號的繼電器。其工作電壓為5V，它的觸摸電容值為3A /250VAC / 30V直流，并在市場價格約1.5

20、元。（5）顯示器的選擇：因系統需要必須用到一個顯示系統模式功能和檢測數據的顯示器。LCD1602本身是一個特殊的顯示字母、阿拉伯數字和符號的點陣液晶顯示，按照系統的需求，我使用的是可以同時顯示出16*02即32個字符的16腳（帶背光）模塊。（6）電源選擇：系統選用5V電源適配器，考慮到水泵的運行可能會導致屏幕顯示不清，所以給水泵配備3節干電池。2.3 系統結構此系統主要由六個電路組建而成，分別為：土壤濕度檢測電路、光亮度檢測電路、電源電路、按鍵設置電路、LCD1602顯示電路與繼電器控制水泵電路。系統原理圖如圖1所示。LCD1602顯示電路單片機電源電路A/D轉換模塊土壤濕度檢測電路LED燈亮

21、光亮度檢測電路繼電器控制水泵電路按鍵設置電路圖1 系統原理圖3 系統硬件設計3.1 AT89C51單片機簡介及設計3.1.1 AT89C51主要性能參數AT89C2051是一款極為精簡的51單片機，將P0口和P2口進行了精簡，引腳也僅有20個，然而其內部卻安裝了十分實用的模擬比較器，對于開發研究精簡的51系統而言，其是最好不過的選擇了，因為在大多數的情況下，我們開發根本用不到所有的32個I/O口，所以選擇AT89C2051較為適宜，不僅芯片體積更小，同時其工作電壓最低為2.7V，所以用來開發時能夠用5號電池供電的便攜式產品。其引腳圖如圖2所示。與MCS51系列徹底兼容K字節可重復擦寫Flash

22、閃速存儲器1000次擦寫周期4.05.5V的工作電壓范圍全靜態工作模式0HZ24HZ三級程序加密鎖32個可以編程的I/O接口低功率空閑和掉電模式有6個中斷源內部RAM字節為128*82個16位定時計數器全雙工串行UART通道看門狗（WDT）及雙數據指針掉電標識和快速編程特性其主要性能參數如下所示：圖2 AT89C51引腳圖3.1.2 時鐘電路單片機AT89C51的內部裝有一個以高增益的發達器，在此之內同樣包含了一個輸入端與一個輸出端，分別是以引腳XTAL1與XTAL2的放大器，最終的目的是為了搭建一個較為鞏固的自激式振蕩電路，因此我們一定要在XTAL1及XTAL2引腳中裝設晶體振蕩器、陶瓷振蕩

23、器，此電路的輸出能夠傳送到程序內部的時序電路。對于單片機AT89C51而言，其產生的時鐘途徑主要包括以下兩種：外部時鐘與內部時鐘。就單片機的時鐘電路而言，其重要性不言而喻，它相當于人體的大腦，控制著單片機的運行頻率。而連接單片機的主要形式通常包括以下兩種：外部時鐘形式、內部時鐘形式。之所以選用此方案的內部時鐘的理由為：一個高增益放大器和相位平方芯片內部外部跳線晶體，調諧電容時鐘電路生成的結構形式，時鐘電路圖的系統如圖3所示。在這一系統中，內部時鐘模式，C1、C2使用30pf，C1、C2可微調頻率，對于晶振頻率的選擇是12mhz。為了可以保障振蕩器的可靠性、穩定性、縮小寄生電容發生概率。時鐘電路

24、圖如圖3所示。 圖3 時鐘電路3.1.3 AT89C51的復位電路51單片機高電平復位。就現如今使用比較多的AT89系列得單片機來講,在復位腳加上2個高電平機器周期（即24個振蕩周期）就可以使單片機進行復位。復位后，單片機的主要特征是各IO口顯現為高電平，程序計數器開始從零運行程序。復位方式有兩種：1.手動復位：當按鈕按下時，復位腳就會獲得VCC的高電平，單片機復位。當按鈕放開后，單片機就從頭開始運行。2.上電復位：在復位電路通電以后，電容電壓不能夠突變，VCC電壓利用復位電容（10F電解）給單片機復位腳施加5V的高電平，與此同時，通過10K的電阻向電容器進行反向充電，使復位腳電壓逐漸降低。經

25、過一段時間后（約10毫秒）復位腳的電壓變為0V，單片機繼續開始工作。本系統選用的是手動按鍵復位的模式，采用的措施是接一個按鈕在復位RST端和正電源Vcc之間。當按鈕被按下時，Vcc的+5V電平就會被直接加到RST復位端。由于按鍵閉合的時間非常短，而我們總可以使按鈕保持最起碼十毫秒的接通時間，因此，完全可以符合對復位的時段要求。圖4為按鍵電路圖圖4 按鍵電路圖3.2 YL-69土壤濕度傳感器該系統設計采用yl-69是一個相對簡單的土壤水分傳感器，這相當于一個濕敏電容原理，當測試土壤水分的變化，通過濕敏電容所處的空間內介質發生變化，這也導致了其電容數值產生改變，并且電容的數值和濕度值之間呈正比關系

26、。YL-69表面經過鍍鎳處理，可以很好的提高導電性，保護傳感器不易被腐蝕。借助電位器掌控有關的閥值，在探查到環境濕度在最小值以下，DO隨之產生高電平；相反，在探查到的環境溫度在最大值以上，DO隨之產生一個低電平。本次系統的電路設計為VCC外接一個5V電壓，GND外接數字地，DO"小板數字量輸出接口（0和1）”接到單片機。電路原理圖如圖5所示，k1是YL-69探頭。圖5 YL-69與AD轉化電路3.3 ADC0832轉換芯片ADC0832是串行接口8位的A/D轉換器，ADC0832與單片機是由三根導線相連接，它的主要特點為著性價比高、耗能低，多用于使用在袖珍型的智能設備中。ADC083

27、2是一個8位分辨率，這樣的分辨率可以達到256的最高水平，仿真的一般是沒有問題的。ADC0832資料整理采用雙數據輸出完成，以達到減小誤差的目的，轉換速度快、穩定性強。ADC0832為減少數據錯誤，校對時采用的是雙數據使用手段，提高了轉換速度，并且增加了過程的穩定性。因為ADC0832完全可以實現單獨輸入，所以處理器就能夠更方便的控制多個器件。利用DI數據輸入，可以使信道功能選擇簡單。它的優勢在于，在8位分辨率的條件下，基準電壓為5v時，能耗能夠降到15mW；輸入和輸出電平與CMOS及TTL兼容；輸入的模擬信號的電壓范圍在05V；有兩種模擬輸入通道可供選擇；在時鐘頻率為250kHz，轉換時間為

28、32us；以供給選擇的模擬輸入通道；在時鐘頻率為250KHZ時，轉換時間是32us；ADC0832有DIP和SOIC兩類，DIP的ADC0832引腳布列如圖6所示。每個引腳解釋如下：CS芯片選擇端，低電平有效。cho，CH1兩模擬信號輸入。DI數據信號輸入，選取通道控制。DO數據信號輸出，改變數據輸出。CLK串行時鐘輸入。Vcc/REF電源輸入和參考電壓輸入。圖6 ADC0832引腳圖ADC0832 的控制原理：ADC0832在經常的使用情況下有4個引腳與單片機連接，這4個引腳分別為CLK、DI、CS、DO。因為ADC0832的通訊在并非會同時利用DO端口和DI端口，而且是DO和DI端口與單片

29、機的接口是雙向的，所以在設計電路的時候不妨用一根線將DO端和DI端銜接到一塊兒。當ADC0832未運行，其端口CS為高，這一次的芯片將被禁止，DO/DI和時鐘可以是任意的水平。如果需要進行A/D轉換，那么CS端口必須為低電平并且需要保持到A/D轉換完成為止。在芯片開始工作的時刻，處理器將會向ADC0832的時鐘輸入端CLK提供時鐘脈沖，DI端口將會進行數據信號的選擇 ，在第1個時鐘脈沖信號來到前，DI端口一定要是高電平，這意味著程序啟動。在第二個和三個時鐘脈沖到來之前，DI端口應該能夠輸入到2位數據來選擇信道功能，如表1所示。表1 ADC0832的配置位輸入形式配置位選擇通道CH0CH1CHO

30、CH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+如表1所示，和CH1的0和0號的配置，只有一個單一的頻道轉換CH0。在配置位CH0與CH1數字為1、1時，只是能夠對CH1進行單通道轉換。在配置點0和0、0號+的CH1，正輸入0和負輸入- CH1，兩輸入。在配置位CH0與CH1數字為0、1時，負輸入端IN-位CH0，正輸入端IN+位CH1，將其二者進行輸入。第三脈沖到達后，DI口將失去輸入電平的功能，在此之后DI/ DO側將開始讀取輸出數據，通過DO數據轉換。從第四個時鐘脈沖起，轉換數據的最高位D7將由DO端口輸出。直到最低位數據從第11個脈沖發出時，這就實現了一個字節數據的輸出。在同一時間，

31、相對字節數據也將被輸出，這是從第十一時鐘脈沖輸出開始。從第11個到第19個輸出8個時鐘脈沖，到19個時鐘脈沖輸出之后，A/D轉換即完成了一次。將CS設置為高電平，使芯片不能使用，最后將數據轉換為待處理的保留。3.4 SRS-05VDC-SL繼電器繼電器（relay）是一種電控制器件，能夠將線性變化的輸入量輸出為階躍變化結果。這種特質就可以被利用來起到控制的作用，當輸入量達到了一定程度，就可以通過控制階躍變化的結果反過來影響整體電路，在整個電路中，繼電器只需要很小的電流，相當于以弱電流來控制大電流的控制器，而且一定程度上繼電器還可以用來保護電路，防止電壓變化過大，損害電子元件。當前市場上的繼電器

32、種類有很多，但是經過一一對比，本系統選擇電磁繼電器作為整個電路的控制方式。電磁繼電器結構較為簡單，線圈、鐵芯、銜鐵及觸點簧片等就可以完成功能上的需求。其原理是通過電流變化來改變電磁效應的強弱，從而將電信號轉化為磁性強度變化，最終通過觸點的接觸與否來影響電流的通斷。圖7中Q2PNP型三級管的b基級低電位時，三極管導通，繼電器掌管K1單刀雙擲開關向右邊偏離，電機M水泵通電，水泵開始運行。圖7 繼電器控制水泵3.5 按鍵電路因本系統設計定時電路,需要用按鍵進行設置,所以加入按鍵模塊按鍵：按鍵設計如圖8所示。S1是模式鍵、S2是設置鍵、S是調整加鍵、S4是調整減鍵。圖8 按鍵電路3.6 光敏電阻及其控

33、制電路光敏電阻的特點在于能夠將光學物理信息轉化為電信號，這種特質也是其命名的來源，這種電阻也可以被簡稱為光電阻，或者可以稱它為光導管。具體來說，這種電阻可以在不同運動，電子的光照強度下表現為不同的電阻值，所以用這種材料制成的電阻器也被稱為光電導探測器。當照射光強增加時，電阻值不斷減小，變化趨勢呈現為負相關，反之亦然。這是因為光照產生的載流子改變了材料導電的能力，在外加電場的干預下能夠以漂移的方式運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的導電能力迅速提升，在物理值上反映為電阻的降低。本次系統設計將光敏電阻并聯在濕度傳感器的電路中。電路圖如圖9所示。圖9 光敏電阻電路圖3.7

34、 DS1302時鐘芯片DS1302是比日常中比較常用的一種時鐘芯片，它具有計時的功能。在本次系統中,因為要加上定時功能,所以選擇在系統在加入DS1302芯片。它和我們日常接觸的電子表功效基本相似，能夠對年月日、時分秒、禮拜計時。我們能夠經過對按鍵的調整用單片機往DS1302里面寫入時間進行時段的設置，也能夠用單片機從DS1302中讀取時間，讀出來的時間也可以放在液晶上顯示。電路圖如圖10所示。 圖10 DS1302時鐘芯片電路圖4 系統軟件設計4.1 系統流程圖系統軟件設計包括對土壤濕度檢測程序、對采集到的數據進行處理的程序、設置濕度上下限的程序、按鍵程序、顯示程序等。主程序流程如圖13所示。

35、否是圖14 程序流程圖4.2 土壤濕度檢測程序土壤濕度傳感檢測模塊對土壤的濕度變化特別敏銳，日常用來檢測泥土的濕度，模塊在土壤濕度達不到設定閾值時，DO口輸出高電平，當土壤濕度高出設定閾值時，模塊D0輸出低電平；小板數字量輸出D0能夠與單片機直接相連接，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測土壤濕度void display1(void)/白天自動檢測澆花 ad=ADC0832_read(0);Delay_ms(25);temp=(1-(double)ad/255)*100;if(temp<=jiaohua_num)if(f=0)/清屏標志位LCD_write_command(0x01);d

36、elay_n40us(100);f=1;lcd1602_write_character(0,1,"Flower is Dying!");lcd1602_write_character(0,2," Auto Watering!");jidainqi=0;jidainqi_led=0;/自動澆花else/if(temp<1.5)/wei=sprintf(temp_ad,"%0.2f",0);/elsewei=sprintf(temp_ad,"%0.2f",temp);if(f=1)LCD_write_comman

37、d(0x01);delay_n40us(100);f=0;lcd1602_write_character(0,1," The mode one:"); /初始化顯示的文字lcd1602_write_character(3,2," ");lcd1602_write_character(9-wei,2,temp_ad);lcd1602_write_character(9,2,"%RH");jidainqi=1;jidainqi_led=1;/停止澆花4.3 設置濕度上下限程序void display4(void)/澆花濕度設置 T0_nu

38、m+;if(T0_num=254) T0_num=0; lcd1602_write_character(0,1," Set water num"); /初始化顯示的文字if(T0_num%2=0)/偶數次顯示LCD_disp_char(9,2,ASCIIjiaohua_num/10); /LCD_disp_char(10,2,ASCIIjiaohua_num%10); / Delay_ms(1);elseLCD_disp_char(9,2,ASCIIjiaohua_num/10); LCD_disp_char(10,2,ASCIIjiaohua_num%10); 4.4 按

39、鍵程序按鈕是機器的特性。但按鈕關閉后，可即時保持良好的接觸，二十反彈回。時間很短，我們根本感覺不到。但對于每秒數以百萬計的指令可以在單芯片上執行，這個時間是比較長的。在這段上下震顫的期間里，單片機會讀到很許多的高低電平。假如不對其采取得當的處置，那么系統會以為按鍵被按了屢次。但是實際上，操作者通過手的不斷觸碰，這并非是多次相同按壓。假若要想準確的判別按鍵是不是被按下，系統就需要是不是這段時間。根據正常按鈕的力學特性，這段時間一般在10ms 30ms。按鍵流程圖如圖14所示。圖15 按鍵流程圖unsigned char v_readkey_f(void);/延時程序unsigned char k

40、ey;if(P17=0)delay(30); /延時30msif(P17=0) key=1; while(!P17)/等待釋放 elsekey=04.5 LCD1602顯示程序液晶顯示器LCD1602是液晶的物理特性來實現原理來使用的，使用電壓可在顯示區域，當有電，LCD可以顯示圖像。液晶顯示器（LCD）很薄，可以大規模電路直接驅動，實現彩色顯示非常方便，已廣泛應用于平板電腦、智能相機，移動通信工具，LCD1602液晶顯示和數據寫入書面說明和程序如下：void write_com(uchar com)/寫指令rs=0;rd=0;lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;d

41、elay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)/寫數據rs=1;rd=0;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;5 仿真設計與硬件調試5.1 硬件調試在參考電路的運行圖之后，依照其樣式將實物制出，然后把程序燒錄至AT89C51單片機內接通電源，將YL-69土壤濕度傳感器探頭放入土壤中，按鍵調至模式一，調至濕度值50%，屏幕顯示澆水開始，水泵運行，澆灌到設定濕度值時停止澆水。按鍵調至模式二，檢測到濕度值低于設定濕度，水泵開始澆水，將光敏電阻遮蓋住，屏幕顯示為夜間模式，停止澆水。將其按鍵轉換到第三

42、種模式，規定時間并運行澆水，在系統檢測到需要澆水時，水泵便會自動出水，運行60秒后便停止灌溉。之后，看實物能否穩定操作。如果一切顯示都正常的話，就無需開展硬件的相關調整，如果運行的不正常則要分析其原因并開展相關調試工作。第一次調試實物無法按正常設計步驟運行，做一下檢測：（1）對于電路板進行檢查，觀察其焊接有沒有出問題或是有零件松動及相關零件的安裝；（2）通過萬用表觀察其有無錯誤及引腳短路的情況；（3）測試元件是否毀壞；測試結果及結論（1）因為電路復雜，在焊接中按鍵電路與定時電路焊接出現短路現象，在拆解的過程中由于引腳細小，用力不當導致按鍵和電路板損壞。所以進行二次焊接。（2）在進行了全方位的調

43、試過后，發現其可以正常運轉并且沒有問題出現，這表明了該系統具有較好的穩定性；在不同濕度的土壤環境中，該系統仍能夠穩定運作，同之間的假設一樣，表面程序沒有錯誤；（3）該系統在檢測濕度時，反應時間較短且數據較為精確，所以我們覺得在時間上完全符合要求。結論基于單片機的自動澆花器的設計，是基于電子自動灑水裝置原理的基礎上，利用現代傳感器技術采集土壤水分數據，利用單片機控制系統對各部分進行控制，使其澆灌模塊是否進行運作。這個自動澆花器系統分為兩個部分，一個是通過檢測土壤濕度數據并在LCD1602上進行顯示，二是通過系統分析對灌溉系統進行控制。土壤濕度測量的模塊為YL-69，其主要的作用是將測量的濕度信息

44、傳遞至單片機的系統內部，同時利用單片機的處理將I/O傳遞至LCD屏幕上。LCD上顯示的值是土壤的含水值，這是判斷灌水是否的數值。程序的控制部分由自動澆花部分組成，而系統的監察部分則是由土壤濕度處理組成。整個系統的為智能化的自動運行，程序的控制主要是通過單片機分析數據并處理得來，在濕度監測儀檢測到土壤濕度低于規定的數值后，那么單片機將下達指令至控制水泵，讓其進行澆水行為，在經過一段時間的澆水過后，當濕度達到規定的最大值時，儀器又將停止運水，這就是整個澆花的工作原理。單片機還可以手動輸入定時時間，時間會通過LCD1602進行顯示，通過程序設計澆灌開始及澆灌結束時間。參考文獻1陶佰睿,顧丁,苗鳳娟,

45、張冬梅,劉文慧,彭立志.一種基于單片機的濕度傳感器校準實驗平臺設計與實現J.傳感技術學報,2013,03:435-438.2劉攀.基于單片機的智能澆花器硬件系統設計J.產業與科技論壇,2016,06:56-57.3吳平.多路智能家庭實用澆花器設計J.價值工程,2014,12:23-25.4欒瑞.無線溫濕度監測系統的設計D.吉林大學,2013.5劉光偉.基于單片機的溫室溫濕度監測系統設計與實現D.燕山大學,2012.6吳光杰.王海寶.傳感器與檢測技術M. 重慶：重慶大學出版社，2011.7郭東平.基于單片機的大棚溫濕度監測報警裝置的研究與開發D.西北農林科技大學,2015.8杜樹春.基于Prot

46、eus和Keil C51的單片機設計與仿真M. 北京：電子工業出版社，2012.9趙振德.單片機原理及實驗/實訓M.西安：西安電子科技大學出版社，2009.10張問銀,陳丙康,郭鋒,李新顏,黃夫海.一種單片機原理實驗箱P.山東：CN203192291U,2013-09-11.11季作亮.基于單片機的溫濕度控制系統的設計D.山東師范大學,2014.12PedroM.Faia,JulianoLibardi,CristinaS.Louro.EffectofV2O5dopingonp-ton-conductiontypetransitionofTiO2:WO3compositehumiditysens

47、orsJ.Sensors&Actuators:B.Chemical,2016,222.13TaherAlizadeh,MahrokhShokri.AnewhumiditysensorbasedupongraphenequantumdotspreparedviacarbonizationofcitricacidJ.Sensors&Actuators:B.Chemical,2016,222.14YangLi,KaichengFan,HuitaoBan,MujieYang.Detectionofverylowhumidityusingpolyelectrolyte/grapheneb

48、ilayerhumiditysensorsJ.Sensors&Actuators:B.Chemical,2016,222.致謝時光荏苒，不覺四年已過去，心中萬分感慨。在此論文完成之際，我要向許多人表示由衷的謝意。首先，我想對我的導師表示深深的敬意和真摯的感謝！您嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染了我，激勵我要更好的完成課題研究。授人以魚不如授人以漁，置身其間，使我學會用靈活的全新思維方式去看待、解決問題。您樸實無華、平易近人的人格魅力更深深地影響了我，使我明白了許多為人處世的道理。其次，本論文的順利完成，離不開各位同學和朋友的熱心幫助。在撰寫期間，對本課題給予了很多啟發。同

49、他們一起的學習研究交流中，也讓我從他們的身上學習到了很多。有幸能與你們一起學習，是我的莫大的收獲。在此，我要向他們表示我的感謝。也祝愿他們人生道路上一帆風順、事業有成！最后，我要深深感謝我的家人，多年來一直在背后默默支持我，并用最無私的愛，讓我全身心投入到學習和研究中。我欣慰地知道，多年以后這里依然會到處充盈著我的氣息，承載著我的青春歲月，對此我滿懷感激。再次感謝你們。附錄附錄A:實物圖附圖1實物圖附錄B:主程序#include<reg52.h>#include<LCD1602.h>#include<ADC0832.h>#include<INTERRU

50、PT.h>#include<math.h>#include<stdio.h>#include<EEPROM.h>#include<DS1302.h>sbit jidainqi = P14;/自動澆花開關sbit jidainqi_led = P13;/自動澆花開關指示燈sbit key_mode = P32;/模式切換按鍵sbit key_set = P33;/設置sbit key_jia = P34;/加sbit key_jian = P20;/減sbit guang = P22;/光uchar temp_ad6; double temp

51、;uchar f=0;uchar wei;uchar mode;uchar set_time=0;uchar jiaohua_num;/澆花濕度值uchar set_shidu=0;/按鍵設置標志位uchar T0_num;uchar ad;char naozhong1=0x00,0x00,0x00;/*函數名稱:void delayms(uint ms)函數作用:毫秒延時函數參數說明:*/ void Delay_ms(uint ms)unsigned char i=100,j;for(;ms;ms-)while(-i)j=10;while(-j);void display(void)/選擇頁

52、面lcd1602_write_character(0,1,"Watering System "); /初始化顯示的文字lcd1602_write_character(0,2," Choice mode"); /初始化顯示的文字void display1(void)/白天自動檢測澆花 ad=ADC0832_read(0);Delay_ms(25);temp=(1-(double)ad/255)*100;if(temp<=jiaohua_num)if(f=0)/清屏標志位LCD_write_command(0x01);delay_n40us(100);

53、f=1;lcd1602_write_character(0,1,"Flower is Dying!");lcd1602_write_character(0,2," Auto Watering!");jidainqi=0;jidainqi_led=0;/自動澆花else/if(temp<1.5)/wei=sprintf(temp_ad,"%0.2f",0);/elsewei=sprintf(temp_ad,"%0.2f",temp);if(f=1)LCD_write_command(0x01);delay_n4

54、0us(100);f=0;lcd1602_write_character(0,1," The mode one:"); /初始化顯示的文字lcd1602_write_character(3,2," ");lcd1602_write_character(9-wei,2,temp_ad);lcd1602_write_character(9,2,"%RH");jidainqi=1;jidainqi_led=1;/停止澆花void display4(void)/澆花濕度設置 T0_num+;if(T0_num=254) T0_num=0; lcd1602_write_character(0,1," Set water num"); /初始化顯示的文字if(T0_num%2=0)/偶數次顯示LCD_disp_char(9