基于单片机的自动浇花器设计机械制造专业.docx

中文题目： 基于单片机的自动浇花器设计 摘 要 本次自动浇花器设计，系统是用AT89C51单片机作为控制核心，使用YL-69作为土壤湿度传感模块，光敏电阻作为光照量传感模块，LCD1602作为显示数据的模块，按键用来设定数值。本系统有三种模式的功能，一是可以通过YL-69湿度传感器进行土壤湿度的采集，利用单片机AT89C51对信息进行处理，输出控制信号，控制信号通过控制继电器控制水泵电源是否通断，从而完成自动浇水。二是利用单片机精确控制，在设定时间内实施浇水。三是在系统中加入一个光敏电阻，当检测到有光照的时候即白天的时候系统检测到土壤湿度低于设定值时才运行完成浇水，当检测到无光照即黑夜时即使检测到土壤湿度低于设定值系统也不会运行。 关键词：YL-69；湿度；光敏电阻；AT89C51单片机；水泵；LCD1602 Abstract The 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, button 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 and 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 lower 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 录 1 绪论 6 1.1 研究背景 6 1.3主要设计内容 7 2 系统设计 9 2.1 方案论证 9 2.1.1 总体方案设计 9 2.1.2 土壤湿度测量方案 9 2.2 硬件的选择 10 2.3 系统结构 10 3 系统硬件设计 12 3.1 AT89C51主要性能参数 12 3.2 时钟电路 13 3.3 AT89C51的复位电路 14 3.4 YL-69土壤湿度传感器 15 3.5 ADC0832转换芯片 16 3.6 SRS-05VDC-SL继电器 17 3.7 按键电路 18 3.8 光敏电阻及其控制电路 18 3.9 DS1302时钟芯片 19 4 系统软件设计 20 4.1 系统流程图 20 4.2 土壤湿度检测程序 21 4.3 设置湿度上下限程序 22 4.4 按键程序 23 4.5 LCD1602显示程序 24 5 仿真设计与硬件调试 25 5.1 硬件调试 25 结论 26 参考文献 27 致谢 28 附录 29 附录A:实物图 29 附录B:主程序 30 1 绪论 1.1 研究背景 如今，对于浇灌系统而言，微喷技术被国际上许多国家广泛采用，该项技术的工作原理为借助低压管道让水快速的射出，并在空气里分散为细小的水珠，从而让这些水雾覆盖于种植物、农作物及周围的土地表面，使得农作物不再缺乏水分。该系统具有节约水，对植物的冲击力小等优点，不过此系统主要应用于植物种植密度大，植物柔软细嫩的场合。 随着社会生产力的发展，人们的生活水平也在不断提高，如今千家万户都会在自己的余暇功夫里自己栽培花草。不仅美化环境，又能净化空气。植物的生长是离不开水的，但是花盆的储水量是非常有限的，需要定期浇水，人们也许会因为工作忙可能会忘记给植物浇水，或者没有一定的浇花经验甚至会因为浇水过多导致植物的死亡等。这都是非常不利于植物生长的。 1.2 国内外的发展现状 1.2.1国外研究现状 对于西方的发达国家来说，智能家用电器的技术已经十分先进，而站在国际的层面来看，由于我国的制造及设计产业在国际上的关键地位，使得中国已然发展成国际上智能家电的主要市场。同时，也提高了我国对智能家用设备的重视程度，家居设备的研发与测试技术也得到了较为迅速的发展。随着科技的不断前进，智能家电所涉及的领域也越来越广泛，其中就涵盖了智能花盆。如今，智能花盆在全球已经受到广大客户的青睐，虽然它们的控制及工作原理有着较大的差异，可它们设计的目的都是为了服务于人类平时生活中的养花种草等方面。 在英国有这样的一类智能花盆，它的设计者是瑞贝克皮特森。它能够随时观察记录盆栽的生长情况。当主人靠近它时，它会发出声音来表示自己的需要。发出的声音可能是唱出来一首歌或者是几句话。 “Plantroid”是一个智能花盆机器人，它是由东京农工大学副教授水内郁夫发明创造的，“Plantroid”与其它的花盆不同的是，除了有六个晶硅太阳能以外，在他的底部还装有四个可以滚动的滑轮，这使得其能够在地面随处移动。其内部装有光线传感器，当它检测到盆栽处于背阴处时，或者晒不到阳光的地方，机器人会自动下达指令让滑轮走到有阳光的地方，因而方便了人们的植物培养，并且使得植物充分的享有光照进行光合作用，加速植物的健康生长。 Click and Grow同样也是一款智能花盆机器人，它的创作者是美国的著名科学家，设计理念取自于美国航天航空局的相关应用，功能较为强大，给植物浇水施肥都能够做到。 在不久前，英国学生娜塔莉・金也创造出了一款智能的花盆机器人，此机器人的配套设施较为齐全，在花盆下面装有检测湿度与温度的传感装置，花盆表面设有光线传感器。这些装置的安装能够让植物在处于不适宜的环境下自动报警，比如在湿度过大或温度过强时，花盆都会自动闪光提示，让主人能够及时采取相关措施。 1.2.2 国内研究现状 对于中国而言，已然出现了许多供植物浇水的器具，然而这些都是传统的浇水设施，在智能机械方面的研究成果较少。目前，在中国市场上普遍存在大量的自动浇水装置，可是这些浇水的器材都是传统的定量浇水，很难根据植物的自身需要进行适当适量的浇水施肥，这也导致了大面积的水资源浪费，不仅没有使得植物得到很好的生长，相反却让植物的成长起到了副作用。 由于全球技术的高速传播，如今的中国也有许多关于智能花盆方面的研究。杨守建等人于2011年，开始了相关方面的工作，他们研究的主要任务是利用装置检测土地的湿度及温度，参照检测装置反馈的数据对植物进行适当适量的浇水，整个科研的经费花费较少，且后期维护的花销也不高。 与此同时，王薇等学者在2011年也开始了相关智能花盆上的研究，此种智能花盆由多个部分组成，其中包括：放大电路、比较电路、驱动电路、继电器、电磁阀等等。工作原理也是能够自主检测植物土壤周围的湿度，从而根据实际情况进行浇水。 学者张兆朋在此方面也有着自己的发面，他一人设计创造了小型的职能家庭浇水仪器，同时更够依据植物的不同种类，运行不同的控制程序。在工作原理上也是参照上述几种智能仪器，实现自主职能浇水。 学者赵丽也发明了一类高效智能的植物浇水装置，在仪器底部装有传感装置，用以检测相关环境的温度、湿度，在借助单片机展开数据分析，下达相关的执行指令，对浇水器进行控制，完成相关的浇水任务。 学者罗维也开展了智能浇水装置的相关工作，他是立足于TRIZ理论的基础上来研发，提出了可控自动浇花的整体方案设计，这个使用新型具有自动浇花装置和并解决了水流量可控问题。 现如今科技不断发展，智能化技术发展迅速，逐步向工业，军事等领域渗透，和日常生活密切相关。同时家用电器的智能化也得到了广大国民的青睐，所以，对于智能花盆的相关研究还是十分有必要的。 1.3主要设计内容 此论文是立足于单片机的自动浇花器设计： （1） 完成整体的规划和结构设计 （2） 围绕着单片机展开相关工作，并对装置原件展开处理，让它们有机的搭配起来。主要的硬件部分涵盖有：土壤湿度检测电路、光亮度检测电路、电源电路、按键设置电路、LCD1602显示电路与继电器控制水泵电路。以及系统的软件设计及编写，使其与硬件模块互相配合。大体涵盖有以下几类程序：主要程序、湿度检测程序、信息汇总程序、按键触碰程序、运行子程序等。 （3） 完成硬件模块和软件模块的调试。 2 系统设计 2.1 方案论证 2.1.1 总体方案设计 该方案的系统体系主要由两部分共同搭建，分别是：硬件方面、软件方面。硬件模块方面大体包括了土壤湿度检测模块、光亮度检测模块、按键设置模块、LCD1602显示模块与继电器控制水泵电路模块，设计了一种智能浇灌的系统，这个自动浇花系统可以在没有人的环境下做到对植物进行自动浇灌，在花卉需要浇水的时候,可以根据土壤干湿程度以及光照的强度，对植物的浇水进行自动控制。单片机是此方案的控制中心，通过环境湿度检测仪展开相关信息的传递，继而使用智能系统规定其湿度的最大及最小值，然后再借助单片机将传输来的相关信息展开分析与整理，从而评估外界环境的湿度。一旦反馈的湿度值明显小于规定的湿度最小值，那么单片机将下达指令至控制水泵，让其进行浇水行为，在经过一段时间的浇水过后，当湿度达到规定的最大值时，仪器又将停止运水，这就是整个浇花的工作原理。或在无人的情况下，根据自己的浇灌经验通过设定时间来进行浇灌，当到达设定时间时单片机控制水泵浇水，超过一分钟后水泵停止浇水。本实验主要完成以下的几个功能： 1.借助湿度传感器采集土壤湿度的相关信息； 2.显示测量的数据 3.对最适宜植物成长的土壤进行分析，并规定其湿度的最大值和最小值; 4.使用光敏电阻测量光照量 5.不同模式的选择。 2.1.2 土壤湿度测量方案 检测土壤湿度的相关活动在众多的部门中都得到了广泛的应用，其中主要包括：科研单位、工业制造、气象监测等，然而在一般的情况中，对于土壤水分的检测并不是唯一的数据。因为土壤湿度会受到大气压强、温度或人类甚至无法察觉的因素影响。 如今，对于土壤湿度的测量我们通常有2种方法，分别是干湿球与电子湿度传感器。下面是对两种方法展开的对比研究，旨在选择最佳的检测方法。 对于干湿球方法而言，它属于非直接的检测方法，借助对干球与湿球的两种测量从而了解其湿度。因此对工作环境的温度没有严格的限制，在环境温度比较高的