基于单片机的智能浇花系统的设计与实现

1、基于单片机的智能浇花系统的设计与实现摘要随着社会的发展，人民越来越注重环境质量。养殖花卉成了首要选择，在家 养殖可以陶怡情操，丰富生活。同时花卉可以通过光合作用吸收二氧化碳释放氧 气同时还可以净化空气，而且花卉还可以吸收有毒物质例如刚装修的房屋里的 苯、甲醛等。因此越来越多的人喜欢养殖花卉。 本文设计了一种智能湿度感应浇 花系统。系统以单片机 AT89S52为控制芯片，启动浇花之前先有蜂鸣器报警， 按时按量的供水是完成每天在限定的时间自动启动水泵浇花，按照各种花卉所需水量的差别，使用一个按钮装置来控制给水的时间， 也就是电磁阀开启和闭合的 时间，其余时间水泵不转，不会有水流通供给补水；按照温度

2、、湿度来严格控制 给水主要用到的是 SLHT5-1 土壤温度、湿度传感器，如果传感器检测温度、湿 度都达不到规定的要求，就开始浇花，达到了规定的温度、湿度就停止浇花。该 系统既能按时、按量的给花卉浇水，还可以为节约水资源，从而让花卉更好的 生长。关键词：单片机；智能浇花系统；传感器;AbstractWith the development of society, people pay more and more attention to en vir onmen talquality. Flowercultivati on has become the firstchoice, in farm

3、i ng can Tao Yi sen time nt, en rich life. At the same time, flowers can absorb carb on dioxide through photos yn thesis release oxyge n also can purify the air, and the flower also can absorb toxic substa nces suchas just decoratio n house of benzene andformaldehyde. So more and more people like to

4、 breed flowers. This paper desig ns a ki nd of in tellige nt humidity sensing wateri ng system. The systemwith AT89S52 si ngle chip computer as con trol chip, first started wateri ng the flowers before thebuzzer alarm, timing quantitative watering is to pump water the flowers every day to open autom

5、atically at a specified time, according to the different flowers n eed differe nt qua ntity of water, with a butt on to set the wateri ng 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 c

6、ontrol is to use a SLHT5-1 soil moisture sensor, whenthe detected humidity did not reach the sett ing humidity, bega nto watertheflowers, tothe setting humidity stop watering.This system can not only on time, according to the amount ofgive flower watering, can alsosave water resources, so asto make

7、flowers grow better.Keyword: MCU ; in tellige nt wateri ng system ; sen sor1、绪论 11.1选题目的及意义 11.2国内市场发展现状 11.3研究方法和手段 32、基于单片机的智能浇花系统 42.1系统组成部分 42.2系统工作原理 43、系统硬件设计 53.1 AT89S52型单片机 53.2 土壤湿度检测电路 53.3键盘及液晶显示电路 63.4水泵调节电路 63.5报警电路 73.6单片机最小系统 73.6.1 晶振电路设计 73.6.2 复位电路 83.6.3按键消抖方法 84、系统软件设计 10总结 12参考

8、文献 13致谢 141、绪论国内外均有自动浇花系统的实际使用，大部分自动供水灌溉系统都是采用 虹吸的方式，也就是运用渗透的原理来实现补水浇，该模式的补水过程是持续的、 不中断的，根据该种模式只可以确保不会出现干旱现象， 而不是根据花的实际需 要来实施补给供水。另外部分自动浇水系统，能够在规定的时间内向花卉进行补 水，这两种方式基本一致，都不是按照花的需求来进行补水灌溉。 同时还有部分 自动浇水系统，主要运用单片机控制的原理，根据温度、湿度传感器获取温、湿 度的具体数据，再根据设定值来实现自动补水浇灌，只不过这种方式要求外界提 供水龙头的前提下才能使用。通常家庭花草种植普遍都放置于阳台上， 而阳

9、台上 常常不会用到水龙头，于是使用起来相对较为棘手。本文设计的基于单片机智能 浇花系统能够实现在阳台上的应用，可以做到定时、定量地浇花。1.1选题目的及意义随着生活水平的提高，许多城乡居民为了美化环境，净化空气，喜欢在家中 阳台上种植一些花草。但现代人的生活节奏越来越快，事情越来越多。植物是离 不开水的，需经常浇灌。很多人有时忘了定时、适量给花卉浇水。而人们出差或有事不在家时，植物的供水就会中断，植物面临干枯。花草生长的问题80%以上由花儿浇灌问题引起，好不容易养的花卉浇水，因为浇水问题而长势不好或更 严重的出现枯萎甚至凋亡。有些植物对湿度的要求很高，人为的过度浇水，植物的根茎容易腐烂，从而影

10、响到植物的正常生长。虽然市面上也有卖浇花的装备但昂贵的价格和其性价比让人望而却步。那种浇花装 置大部分只能是指定时浇水时间，很难做到给花卉适时、适量浇水。还 有花卉缺水报 警器但其只能报警并不能适时、适量的浇水。其效果可想而知。 为了解决按时、适量浇 水问题，所以我设计自动浇花体统，通过传感器感知土 壤湿度、光照强度、温度并传达 单片机，由单片机判断花卉是否缺水并最终传 达给电磁水阀，从而达到适时自动浇水。1.2国内市场发展现状微喷、微灌是近些年应用国内外的自动浇水设施。微喷主要由微喷带组成。其工作原理是利用水压力后交付和微喷嘴带领域 ,通过排水洞微喷,在重力和空气阻力的影响，形成一个细雨的喷

11、涂效果。微喷带的出水孔多半采用空气组方 式，按照一定距离和一定规律布置，如：斜三通、斜五孔、左右孔、横三孔和无 空等，出水孔一般采用机械钻孔、启动打孔和激光打孔，孔径为0.1-0.2mm，空形呈圆形。其用途：蔬菜、蘑菇、苗圃果园、花卉、大棚等。微灌是利用微灌设备组成微灌系统，用压力将水分配到田间，通过灌水去以微小的流量湿润作物 根部附近土壤的一种局部灌水技术。微灌技术可以很容易地将水分配到每一株植 物的土壤，经常保持低水压力可以满足作物生长的需要2。但微灌系统的投资 通常远高于地面灌溉；出口很小,容易堵塞,过滤系统的要求。许多年前，国外已经开始普及，国内使用的电子自动浇花大部分从国外进口 ，

12、价格是 昂贵的，但是质量是可靠的，但不太适合国内使用。国内外流行的玻璃自 动浇花。这种类型的灌溉设备大多数在中国山西和浙江地区的加工生产，价格很便宜,实际没有电子自动浇花是好的。种花简单浇花难，很多商家看到了这块市 场。目前这种小家居用品制 造商主要集中在广东、上海、浙江地区 。现在市 场上的自动浇花，主要有以下几类： 玻璃、陶瓷类自动浇花器玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置，它由本身材质的物理结构构成，根据器具的物理渗水原理完成自动浇灌， 当自动 浇水器内部存水，自身形成一定的压力，当遇到干燥的土壤，水就会自上而下的 流出，当土壤湿润以后，会形成一个堵塞压力，从而导致水流速度变慢或者停止

13、 。器具工艺不同，效果也不一样，当然也因土壤的疏松情况决定器具内水流的速度。当前传感器技术与单片机技术发展迅速， 其应用逐步由工业、军事等领 域向其他领域渗透，已经和我们的日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来 越受人们的推崇，因此，微电脑控制的电子类自动浇花系统有很好的发展前景。 电子类自动浇花器（时控临喷装置）该系统主要构成为：主机（或者控制 器）、主管、分水接头、副管喷淋管。时控临喷浇花装置根据电源的不同分为交 流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。 控制器的一般性能有：电磁阀控制；智 能时控电路微电脑芯片控制； 适用电AC220V/50HZ最适宜水压0.3-0.6Mpa ；待 机功率（

14、4VA浇水时v 12VA ;可控制连续作业时间是1分钟至168个小时； 可每天自动完成十次以上浇水作业， 可每天、隔天、隔多天自动循 环进行浇水， 手动自动两用；每天计时误差小于正负 3秒；电器适应环境温度为-1050 C；相对湿度v 90%rH。1.3研究方法和手段本毕业设计是设计单片机控制的自动浇花系统。 所有节点按照在网络中的功 能不同分为协调器节点、传感器节点和控制器节点。单个网络中只有一个协调器 节点,它作为整个网络的中心，存放所有的控制策略，它能接收传感器节点向其发 送的数据,通过智能判断后，再把灌溉命令发送给控制器节点；传感器节点分布于 灌区的各个地方，配有各种传感器,如测量温度

15、、空气湿度、光照度等的传感器， 负责采集灌区的环境参数，主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技 术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。并按一定的时间间隔发送给协调器节 点;每个控制器节点负责一个分灌区的灌溉作业 ，它直接与灌溉的执行器（如阀 门、水泵等）相连,当接收到协调器节点发送的灌溉命令后，则执行相应的操作 。土壤温湿度传感器可将检测到的土壤温湿度模拟量放大转换成数字量通过单 片机内程序控制精确的将温度与湿度分别显示在LCD显示屏上，同时通过单片机内的中断服务程序判断是否要给花浇水，若需浇水则单片机系统发出浇水信号 并经放大驱动设备开启电磁阀进行浇水若不需浇水则进行下一次循环检测。

16、142、基于单片机的智能浇花系统2.1系统组成部分该系统主要由土壤湿度检测电路、键盘、LCD液晶显示电路、报警电路、水泵控制电路等组成。具体结构如图1所示。通过土壤湿度传感器测量出土壤湿度信号，单片机采集土壤湿度信号并进行分析和处理，输出控制信号，控制水泵报警黑工作与否，从而达到按需浇花的目的土壌湿皮检测电路鎚示电路图1智能浇花系统组成框图2.2系统工作原理由于不同的花卉有不同的需水特性，浇花时应适时适量，按需浇花。为此， 系统采用模糊控制的方式达到精确浇花的目的。 一方面，单片机采集土壤湿度信 号,并通过计算判断是否应该浇花；另一方面，单片机采用查表的方法来实现浇 水量的模糊控制。在软件设计

17、时，根据不同花卉的需水量，将其土壤湿度值允许 区间存入表格中，即模糊控制响应表，这些数据均是人们长期积累的经验值， 并 将表格事先置入ROM存储区的某一位置中供查表使用。例如：对君子兰进行自 动浇水，单片机将采集到的湿度信号与表格中的君子兰最小湿度值进行比较，当采集到的湿度值小于表格中的最小湿度值时， 开始浇花；当采集到的湿度值大于 表格中君子兰的最大湿度值时，停止浇花，从而控制浇水的时机及浇水量的多少8。在单片机控制系统中可以通过键盘输入数据或命令。 键盘是由一组常开的按 键组成，每个按键都被赋予一个代码，称为键码。键码分为编码键盘和非编码键 盘。编码键盘是 通过一个编码电路识别闭合键的键码

18、，非编码键盘是通过软件 来识别键码。由于非编码键盘的硬件电路简单，用户可以方便的改变键的数量，因此在单片机系统中应用广泛。3、系统硬件设计3.1 AT89S52型单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有8K在系统可编程 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常 规编程器9。在单芯片上，拥有灵巧的 8位CPU和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛

19、应用。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM 32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三 个16位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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，允许 RAM定时器/计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，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。3.2 土壤湿度检测电路本设计采用土壤温湿度传感器 SLHT5-1。该传感器采用全量程标定，两线数 字输出，可直接与单片机连接实现，具

20、有相当高的统一性，湿度测量限度为0100%RH能够把探头直接插入土壤中，并且可以在草地、花园、农业温室大棚、 苗圃等土壤中进行温、湿度的检测运用。具体检测电路见图2。)fX)nlUV 二rIHV图2 SLHT5-1 土壤湿度传感器检测电路3.3键盘及液晶显示电路该设计选取了 LCD12232F液晶显示模块，其具有内置的字节库，不具存储功 能，采用并行连接的模式，使用起来相对便捷。用于显示系统的操作状态、花卉 种类、土壤温、湿度信息。键盘选取独立式的按钮，其中主要有复位按钮、选取 花卉类别按钮、开启按钮。开机时出现：“欢迎您的到来”，其次出现“请选取 花卉类别”。依靠对选取花卉类别按钮的设置，根

21、据液晶屏出现的内容，确明确 花卉的种类。该系统主要有香雪兰、仙人球、银杏、牡丹、芦荟、芍药、君子兰， 总共七个品种的花卉，同时内置有七个不同的温、湿度范围。在明确完花卉类别 之后，将出现花卉的具体名称，到此为止设置完成。3.4水泵调节电路图3为水泵调节电路图，其中三极管发射极 E连接继电器线圈的端点，线 圈的另一端接到+ 5V电源VCC，三极管Q1的基极B连接单片机P3.6上；而 继电器线圈两端并联二极管IN4148,以实现继电器线圈停电时引发的反向电动 势的消除，避免反向电势击坏三极管、扰乱其余电路 ；R2同红色发光二极管构 成一个继电器状态指示电路，如果继电器通电吸合，LED将会变亮，由此

22、就可以实现对继电器操作状态的检测。图3水泵调节电路图其中系统水泵选取220V供电潜水泵，最大流量1640L /H，浇花喷头选取花 洒喷头，达到均匀喷水目的，避免局部土壤湿度过高，检测不稳定。如果AT89S52 单片机中P3.6引脚导入高电平，那么三极管饱和电流通过，+5V电源接入继电器线圈接口，使得继电器闭合，并且发光二极管工作状态也将变亮， 而继电器的 常开触点关闭，也就是水泵通电，于是水泵进行浇水。另外，如P3.6引脚导入低电平，那么三极管将不会导电，继电器线圈两端由于无法产生电位差， 使得继 电器衔铁断开，并且发光二极管的工作状态也将变熄灭，同时继电器的常开触点断开，也就是水泵断点，于是

23、水泵停止进行浇水。3.5报警电路因为该系统主要应用在室内环境中，为防止水泵的开启影响到他人，该系统 内置了一个报警电路。通常水泵开启以前就会出现“嘟嘟嘟”的几秒警报声，然 后水泵才实现补水。该报警电路图见图 4。主要是单片机中P3.0引脚来决定三 极管开启与闭合，实现控制蜂鸣器的通断。t5lrfl/SPEAKER 441K图4报警电路3.6单片机最小系统3.6.1晶振电路设计AT89S52 单片机芯片内部设有一个反相放大器形成的振荡器，XTAL2与XTAL1各自是振荡电路中的输出端与输入端。同时在XTAL1与XTAL2引脚上连接 定时器件，其内部振荡电路于是能够实现自激振荡。定时器件一般是由石

24、英晶体 与电容构成的并联谐振回路。系统选择 12MHz的晶振片，两30pF的电容C7和 C&3.6.2复位电路本设计采用的按键复位电路，当要系统自动复位时，只需要按住S按键，此时电源Vcc经过电阻R1、R2分压，并且在RST端产生一个复位的高电平。 同样，只要保证RST端保持高电压的时间大于两个机器周期时，系统自动能实 现正常复位。复位电路如图5所示：VCCS 丄 1 C1T 22ufLji200 R2 1K图5 AT89C52 单片机的复位电路3.6.3按键消抖方法非编码键盘可以分为独立式键盘和行列式键盘两种结构形式。行列式键盘是将I/O线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和

25、列线的交 叉点上，这种结构形式的键盘适用于键数较多的场合，但硬件电路结构较复杂。 独立式非编码键盘中每一按键都独立地占用一条数据线，当一按键闭合时，相应的I/O线变为低电平。对于处于常开状态的独立式键盘，当按键闭合时I/O线为低电平，当按键为常态时I/O线为高电平10。由于机械触点的弹性作用，触 点在闭合和弹开瞬间的电接触情况不稳定，造成电压信号的抖动，。键的抖动时间一般为510ms为了避免一次闭合引起的 CPU多次处理，就要采用措施消 除抖动。去抖动的方法有硬件去抖和软件去抖两种方法。硬件去抖一般采用双稳 态去抖电路。软件消抖方法是在 CPU检测到有键按下是，延时1020ms再次 检测该键电

26、平是否仍保持闭合状态， 如果保持闭合状态，则确认有键按下，否则 从头检测。在本次设计中用到的键数较少，为了简化硬件电路，选用独立式非编 码键盘，并采用软件消抖的方法来消除按键抖动。4、系统软件设计系统软件设计包括初始化、显示子程序、选择花卉种类子程序、土壤湿度检 测子程序、数据处理子程序、报警子程序等，主程序流程图如图6所示。C开始J初始化ftWlZK I门动界面I*图6主程序流程图本设计采用AT89S52单片机当做控制芯片，构造出一款智能浇花系统。本 系统根据花盆中土壤湿度来调节水泵的运行和中断。选取模糊控制形式来调节浇 水的量，同时对土壤湿度采取实时检测，并且与设定好模糊控制响应表的湿度值

27、 做出对比，判定浇水量有没有满足标准，全面完成定时定量智能化浇花。 系统按 照各种花卉的实际需求状况设定了对应的浇水量，只要开机后设定花卉的类别， 系统就可以自动早出需调节的温、湿度区域11。该系统置于家中阳台上较为实用, 通过实验验证效果明显。同时该系统能够实现在草场、花卉、温室大棚、苗圃等 场合应用，即方便又节约水源。本次设计的系统以单片机为控制中心， 用温度、湿度传感器来检测环境的温 度、湿度，依靠对温度、湿度传感器检测的温度与系统预设温度、 湿度值的对比。 在实验过程中，检测到花卉缺水时，水泵于是开启进行供水，当水量达到一定额 度时，水泵自动停止供水。液晶显示器稳定的显示环境温度、湿度和设置的温度、 湿度。智能浇水系统是通过单机片程序设定浇水的上下限度，并且还同温度、湿度采集电路送入单机片的土壤湿度值相比较， 当传感器检测到的湿度值低于设定 的下限值时，单片机输入一个信号，开始浇水，高于设定的上限值时，再由单片 机输出一个信号，中断水泵并停止浇水。通过本次毕业设计，使得我更深入的认识了单机片智能控制系统的结构和原 理，也使我实际上接触到了检测控制系统的设计， 尽管该系统属于一个人们日常 生活中的小系统，可是却让我懂得了很多设计上