自动浇花控制系统的设计简版分解

1、学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。 3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经 发表或撰写过的研究成果。 5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢 尼、o 作者签名：日期: 2014-05 本设计是基于MSP430G255单片机设计的小型自动浇花控制系统。它的工作 原理是通过土壤湿度传感器检测到土壤的相对湿度，传输到单片机进行信息处理，将所测湿度值 与设定湿度值对比，当大于设定湿度时

2、，单片机输出控制信号，控 制继电器开关吸合，继而启动 水泵，实现自动浇花，当低于设定的湿度值，则停止浇花。本系统浇灌方式智能，合理，能够在 无人照看的情况下科学的对植物进行浇灌，避免植物因无人照料而枯死。 关键字：MSP430G255单片机；土壤湿度传感器；自动浇花 Abstract This desig n is a small automatic wateri ng con trol system, which is based on MSP430G2553 microci ntroller The op erati ng princip le of this system is to d

3、etect the relative humidity of thr soil by soil moisture sen sor, a nd the n sent to the microc on troller for in formatio n p rocess ing , the n comparing moisture measureme nt value with the give n humidity, the microc on troller out puts a con trol sig nal for con trolli ng the relay switch , whe

4、 n measureme nt value is greater tha n the set value , the n start the pump to water the flower automatically. Whe n the humidity is below the set value , the n stop wateri ng. The way of this wateri ng system is in tellige nt and reas on ableIt can wateri ng plants scie ntifically in case of p ossi

5、ble un atte nded to avoid plants due to un atte nded dead Key words: MSP430G2553 microcontroller ; soil moisture sensor ; Automatic watering 系统设计 1.1系统分析 1.2系统框图 硬件电路设计2. 2.1系统硬件原理图设计2. 2. 2主要模块3. 2. 2. 1 MSP430G2553 单片机 2. 2.2 MSP430G2553的时钟设置和模数（A/D）转换模块 2.2.2 电源模块电路设计4. 2.2.3 土壤湿度检测电路设计5. 2.2.4 液

6、晶显示电路设计5. 2. 2. 5水泵控制电路设计6. 软件设计 3.1软件设计思路 3. 2主要模块流程图 3.2. 1初始化程序 3. 2. 2 LCD 1602 显示程序8. 3. 2. 3 AD采样程序 3.2.4继电器控制程序9. 3.2.5延时程序9. 设计总结9. 参考文献 错误！未定义书签。 目前，国内外均有自动浇花系统的应用，而大多数自动浇花系统是利用虹吸原理，即利用渗透 的方式浇花，这 种方式浇花过程是连续的、不间断的，采用这种方式只能保证花不会干旱而死，不 是花需要浇水时才进行浇灌。还有 一些自动浇水系统，可以设定何时进行浇灌及浇灌时间，与上一种方式相同，不是花需要浇水时

7、才进行浇灌。另外还 有一些自动浇水系统，是釆用单片机控制，利用湿度传感器采集湿度信息，需要浇水时自动浇灌，但是需要用在外部 有水龙头的情况下，而家庭花草种植一般都放在阳台上，阳台上一般均没有水龙头，使用起来非常不方便。而基于单 片机的智能浇花系统则可以在阳台上使用，能够按需自动浇花。 1系统设计 1.1系统分析 本系统设计以MSP43 （单片机为中心，由电源、继电器、土壤传感器、液晶显示五个模块组成。 用FC_28 土壤湿度传感器检测盆景土壤湿度，将“湿度值”传送到单片机中，由液晶屏显示；另外, 单片机根据湿度值控制系统判断“湿度过高”或“湿度过低”，当土壤湿度值大于阈值，“湿度过低”，需 要

8、浇水，则单片机控制输出信号，使继电器线圈通电，常开触点闭合，驱动水泵，实现土壤湿度动控制浇水。当设 定浇水时间到，检测到的土壤湿度未低于阈值值，则继续浇水；当达到阈值时，由单片机发出信号，使继电器线圈断 电，对应常开触点断开，水泵不工作，停止浇水。在自动控制 浇花系统工作时，由1602液晶屏上显示已设定土壤湿 度阈值和当前土壤湿度值。 1.2系统框图 本系统以MSP430G255单片机为中心，由电源、继电器、土壤传感器、液晶显示五个模块组成。 自动浇花控制系统结构框图如图1-2所示， 5 FC-28 土壤湿度传感器 LCD1602 显示 电源模块 继电器 水盆 MSP430G2553 单片机

9、水管 保险丝 1水泵 T 花盆 一1水管1 图1-2 自动控制浇花系统结构图 2硬件电路设计 2.1系统硬件原理图设计 本系统硬件电路由单片机、 土壤湿度传感器、继电器、液晶屏、二极管、三极管、水泵、电源 等组成。自动控制浇花系统原理图如图2-1所示： LCEJW： 曲 7r r r 14 PJTT Pl.O Pl J PU Pl J Pl 4 DE PL A-SIX Pi r X 5VT TEST 离 Pl- 1? io Pl. 1 Pl.t 11 PI0 Pli IT P21 P14 TT P2： PU via. Jzv VinVwx - Ltc; l DC0CTL 二 CALDC0_8M

10、H Z; 2.模数（A/D）转换模块 MSP430G555中AD有10位转换精度。其特点包括有多种时钟源可供选择，内带时钟发生器。它配 有6个外部通道和2个内部通道，内置参考电源，并且参考电压Vtef有8种组合。釆样速度快，最 快200KS/S,具有中断能力。它有四种工作模式：单通道单次转换模式、单通道多次转换模式、序列通道单次转换模式、序 列通道多次转换模式。 A/D转换工作原理 ADC10采样和转换所需要的各种时钟信号有 控制的采样周期、SHS控制的采样触发来源选择、 的分频系数等。只有在这些时序控制电路的指挥下, ADC10CLK专换时钟、SAMPC0釆样及转换信号、SHT ADC12S

11、SE选择的内核时钟源 及ADC12DIV选择 ADC10各部件才能协调工作！ ADC10是一个10位的模数转换器，具有采样和保持功能的的 10位转换器内核，在这个内核中 有两个可编程的参考电压 时，ADC10输出满量程值 终结果满足公式 （VR+和VR-）定义转换的最大值和最小值。 03FFH当输入电压等于或小于VR-时， 当输入模拟电压等于或高于VR+ ADC10输出0。输入模拟电压的最 VlN -Vr- adc 102八 X Vr 在经过合理设置后, ADC1C硬件会白动将转换结果存放到相应的 ADC10ME存储寄存器中。 2. 2. 2电源模块电路设计 在本设计系统中，土壤湿度传感器、单

12、片机、继电器、液晶屏都需要电源供电。因而选用电源 电压必须稳定而且减少消 耗。因此，本系统釆用的是独立供电的方式。系统中使用 LM2596电源管理 芯片提供稳定直流电源。LM2596的稳压电路图如图2-2-2所示。 其中土壤湿度传感器、单片机的工作电压为+3.3V,继电器、液晶屏的工作电压为+5V,水泵的 工作电压为+6V。 c】 | 12対 图2-2-2 LM2596稳压电路图 223 土壤湿度检测电路设计 本系统选用的土壤湿度传感器为 FC-28 土壤湿度传感器，其工作原理 7 是：将FC-28探头插入土壤中充当电阻， 串行传输到单片机中，由 测外部模拟特性参数量化成数字特性参数, 与电路

13、中的电阻分压，将釆集到的 湿度模拟量通过“一线式总线” AD转换模块将所1 经过一定算法处理，将所得土壤 2-2-3所示。 湿度值显示在1602液晶屏上。其土壤湿度检测电路如图 2. 2. 4液晶显示电路设计 本设计采用LCD 1602液晶显示模块，该液晶显示器画质高且不会闪烁。1602液晶显示器都是数 字式的，能够显示多种数据和符号；它和单片机系统的接口更加简单可靠，操作方便叭开机显示 设置：“ Hello World !”，之后显示土壤湿度阈值和当前土壤湿度值。 LCD 1602显示电路如图2-2-4所示。图2-2-4 ( 1)为开机界面，图2-2-4 (2)为工作界面。 图2-2-4 L

14、CD1602液晶显示电路 图2-2-4 (1 )开机界面 图2-2-4 (2)系统工作界面 2. 2. 5水泵控制电路设计 水泵控制电路如图2-2-5所示，三极管Q1的基极B连接到单片机的P1.2引脚，三极管的发射 极E接到继电器线圈的一端，线圈的另一端接到电源+5V上；继电器线圈两端并联一个二极管IN4148, 用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管及干扰其他电路与红色发光二极管组成继；R1 电器状态指示电路，便于直观的看到继电器的工作状态，即当继电器常开 触点吸合时，LED点亮。 当MSP430G2553单片机的P 1. 2引脚输出高电平时，三极管饱和导通，+

15、5V电压加到继电器线圈 两端，继电器常开触点闭合，也就相当于水泵开关闭合，水泵开始工作。反之，当电平时，三极管截 P1-2引脚输出低 止，继电器线圈两端没有电势差，继电器常开触点断开，即水泵开关断开，水泵停止工作。本系统水泵采用6V供电小水泵, 浇花装置釆用小水管，在盆栽周围挖出一道围绕植物的 小水沟，将小水管放置水沟中，实现均匀浇灌，以防止局部土壤湿度过高，测量不准确。 8 3软件设计 3.1软件设计思路 本系统软件设计是基于IAR软件平台，以MSP430G255单片机 软件编程为主，整个软件部分主要由系统初始化模块、时钟模块、 A/D数据采集模块、控制信号输出模块以及1602液晶屏显示模块

16、五 部分组成。其中编程文件模板如图3-1所示。 3 430tKd - IAR Embedded Workt Fl) IF ErfrTproject E tv nJ Q sa 0 寻 I l Wokspace Debugr Files茫二 回 anaotxd - De* E s LC0ie02 c 0 IcdieOE.h 一S E main, c E Cn Outout 图3-1编程文件模板 当系统上电后单片机内各模块及外围模块进行初始化设置，在程序运行下，土壤湿度传感器开始工作，检测该区域土壤 湿度，所测模拟量传输到单片机进行阈值范围内，如果超出阈值范围，则单片机发出信号，继电器常开触点闭合，

17、启动水泵浇 花，否则 AD处理，判断土壤湿度值是否在所设 继电器断电，水泵不工作，停止浇花。 继电器断电，停止浇 水 驱动水泵 3.2主要模块流程图 继电器通电 * 足否高于 阈值湿度 321初始化程序 初始化程序主要是对系统时钟和各寄存器的初始化设置工作，包括1 口初始化，AD转换及单 片机工作模式系统中断模式设置及LCD初始化内容显示等等。其初始化程序具体代码如下： 3. 2. 2 LCD 1602显示程序 将系统时钟设置为8MHz设置Pl. 4、Pl. 5、P1.6和P1.7为输出端口，然后调用系统初始化和 显示程序。LCD 1602程序则参照相应数据手册，根据时序要求，写相应指令。具体

18、的下：LCD子程序如 调试时，应将液晶屏显示程序独立出来调试，关闭其他功能程序，先定义一个一维数组，系统时钟和LCD初始化后，调 用LCD程序将数组显示在指定位置。其中应注意显示位置与数组长度的问题，当数组不占满显示区域时，空余部分有可能出现 乱码。 在此系统中，LCD主要功能就是显示设定的土壤湿度阈值以及实时监测到的土壤湿度值。 3. 2. 3 AD采样程序 土壤湿度传感器采集的是土壤湿度模拟信号量，需经A/D转换成数字量，才能由 MCI处理。采 样是单片机进入低功耗休眠状态，并在AD中断中唤醒中央处理器。 本系统AD转换程序如下： /AD初始化程序： void ADC_i nit(void) ADC10CTL0 ADC10CTL0 二 ADC 100N+REF2_5V+ADC1 OSHT_O+ADC 101 内部参考电压 2. 5V ADC10CTL1 二 ADC1OSSEL1+INCH_O+SREF_O;/ADC1 内部时钟源，P 1. 0 釆样通道 ADC10CTL0 |二 ENC; /启动AD函数： void ADC_Start(void) ADC10CTL0 |=ENC; ADC10CTL0 |二 ADC10SC; 控制程序 继电器仅需单片机中P1.2引脚控制，P1.2为高电平时，三极管导通，继