基于土壤定时检测的家庭自动浇花系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于土壤定时检测的家庭自动浇花系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

浇花。 当检测湿度足够，就不需要浇花。 因此， 设计家庭智能花卉浇灌系统设计对现在的生活是非常必要的。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 2 第一章 单片机的概述 我们学习单片机就要求我们更好的掌握它的历史和未来的发展情况，以及其学术背景和理论与实际的情况。 基于 51 系列单片机设计的 家庭自动浇花系统 可以说是单片机的一个很小的应用，但是它却可以映射到单 片机很多方面的知识，既是基本的应用，又可以通过设计来更好的开发单片机，使之更好的为我们的生活和学习服务。 综观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。 以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。 在单片机产生后，我们就将控 制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。 这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。 所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。 第一节 单片机的发展历史 电子计算机的发展经历了从电子管，晶体管集成电路到大（超大）规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代 、 第二代 、 第三代和第四代计算机。 现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。 从 1971 年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展；一个是向高速度 、 大容量 、 高性能的高档微机方向发展；而另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉价的单片机方向发展。 但是两者在原理和技术上是紧密联系的 [2]。 1971 年微处理器的研制成功不久，就出现了单片的微型计算机即单片机，但最早出现的单片机是一位的， 1976 年 Intel公司推出了 8 位的 MCS48 系列单片机，它以体积小、控制功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 3 单片机发展 史上一个重要阶段，其后，在 MCS48 成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。 80 年代末，世界各地已相继研制出大约 50 个系列 300 多个品种的单片机产品，其中包括 Motorola 公司的 6801， 6802， Zilog 公司的 Z8 系列， Rockwell公司的 6501， 6502 等，此外，日本的 NEC 公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。 尽管目前单片机的品种很多，但是我过使用最多的是 Intel公司的 MCS51 单片机系列。 MCS51 系列是在 MCS48 的基础上于 20 世纪 80 年代初发展起来的，虽然它是 8 位的单片机，但其功能较MCS48 有很大的增强。 此外，它还具有品种全，兼容性强，软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，成为比 MCS48 更重要的单片机品种，直到现在， MCS51 仍不失为单片机的主流系列。 继 8 位单片机之后，又出现了 16 位单片机， 1983 年 Intel公司推出的 MCS96 系列单片机就是其中的典型代表。 与 MCS51 相比， MCS96 不但字长增加一倍，而且在其他性能方面也有很大的提高，特别是芯片内还增加了一个 4 路或 8 路的 10 位 A/D 转换器，使其具有 A/D 转换 的功能。 纵观单片机 近 30 年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。 但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了 32 位单片机，但使用的并不多 [1]。 第二节 单片机 未来的发展 自单片机出现至今，单片机技术已走过了近 20 年的发展路程。 纵观 20 年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（ MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。 可以预言，今后的单 片机将是功能更强，集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便等特点。 此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。 现在单片机的应用已经很广泛：工业自动化方面自动化能使工业系统处于最佳状态，提高经济效益，改善产品质量和减轻劳动强度。 因此，自动化技术广泛应用于机械、电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，而在工业自动化技术中，无论是过程控制技术，数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都需要要有单片机的参与 [1]。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 4 第二章 系统的总体设计方案 第一节 设 计内容及基本要求 一、设计内容 本次设计分为两个内容：硬件部份和软件部份。 硬件以单片机为核心，配以湿度模块电路、按键电路、显示电路、报警电路、电磁阀驱动电路和时钟电路。 主要实现以下功能： ① 通过湿度模块电路对土壤进行的湿度进行数据采集； ② 通过单片机对采集的数据进行处理； ③ 当土壤的湿度低于或高于设置的温度时启动报警。 湿度检测系统是一个智能化的系统，它的软件主要实现功能： ① 单片机能够控制湿度模块对土壤进行采样； ② 把采集来的数据通过单片机处理，再以十进制的形显示出来； ③ 按键和显示电路可对设置的定时 时间进行更改，并通过显示电路显示出来。 二、基本要求 对本次设计的主要要求有以下几点： ① 熟悉单片机的编程语言和相关传感器的使用； ② 完成自动浇水控制系统的软硬件设计； ③ 系统能够实现基本的定时浇水功能 ； ④ 设置相应按键能够调整定时时间。 第 二 节 系统框图 本次设计的系统框图见图 1。 解析：单片机控制传感器模块对土壤的湿度进行检测并通过单片机进行处理用 LCD 显示出来，键盘电路可设置报警的上下限， 当土壤的湿度低于或高重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 5 于设置的湿度时启动报警，即蜂鸣器响。 A T 8 9 C 5 1 单 片 机 控 制模 块显 示 模 块时 钟 和 复 位 模 块按 键 模 块传 感 器 模 块报 警 电 路 模 块驱 动 电 路电 磁 阀电 源 模 块 图 系统总体设计方框图 第 三 节 系统设计方案 本系统主要由电源模块、单片机控制模块、时钟模块、电磁阀驱动模块、土壤湿度采集模块和按键显示模块六大模块组成。 整体的设计思想是：由电源模块为整个系统提供电源，由时钟模块提供具体土壤湿度检测时间，通过土壤湿度测量模块测量当前土壤的湿度，其中时钟模块外部可调，当前时间由显示模块 LCD 显示，通过结合考虑所测得的土壤的湿度和花卉及植物喜湿性差异，来决定是否对它们进行浇水及浇水量的控制。 通过数据采集模块对土壤湿度进行采集，经信号调理电路处理后输入单片机。 当土壤湿度满足设定的浇水标准，单片机通 过电磁阀驱动电路来驱动电磁阀工作，从而对花卉、植物进行浇水作业，浇水量达到设定要求时，电磁阀关闭，停止浇水。 当湿度不满足设定的浇水标准电磁阀保持关闭状态（即不浇水状态），进而使土壤湿度达到适宜花卉、植物生长需要的最佳状态 [2]。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 6 第 四 节 系统完成的技术指标 本系统需要完成以下 5 点基本技术指示： ① 实时显示绝对湿度，系统的精度为 10mg/L； ② 采用 LCD 灯进行湿度显示； ③ 显示报警上限值为 80mg/L,下限值为 20mg/L； ④ 湿度超过上下限湿度时进行报警并用 LED 灯显示； ⑤ 传感器要求达到的技术指 标： 湿度测量范围 ： 0 to 100％ RH； 湿度测量精度： 177。 3 ％ RH（ 20到 80％ RH）； 湿度测量复现性 ： 177。 ％ RH； 湿度测量分辨率 ： ％ RH； 温度测量范围： 40～ +℃ ； 温度测量精度 ： 177。 ℃ 在 25℃ 时； 温度响应时间 ： ≤20秒； 温度测量重复性 ： 177。 ℃ ； 温度测量分辨率 ： ℃。 第 五 节 系统设计原则 要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。 一、可靠性 高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节， 都应该将可靠性作为首要的设计准则。 提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波；系统自诊判断功能等。 二、操作维护方便 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 7 在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。 因此在设计时，要尽可能减少人机交换接口，多采用操作内置或简化的方法。 同时系统应配有现场故障自动诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。 三、性 价比 单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。 一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。 因此，再设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能使用软件功能取代硬件功能等 [3]。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 8 第三章 硬件电路设计 基于土壤定时检测的家庭自动浇花系统设计由 AT89C51 单片机以及相应的振荡、复位等外围电路模块和按键设置、报警电路与 LCD1602 液晶显示电路构成整个系统的核心。 第一节 控制电路模块 一、单片机的基本概念 单片机 是把微型计算机中的微处理器、存储器、 I/O 接口、定时器 /计数器、串行接口、中断系统等电路集成到一片集成电路芯片上形成的微型计算机。 因而被称为单片微型计算机，简称单片机。 单片机 按照用途可分为通用型和专用型两大类。 ① 通用型单片机的内部资源丰富，性能全面，适应能力强。 用户可以根据不同的需要设计各种不同的应用系统。 ② 专用型单片机是针对各种特殊场合专门设计的芯片。 这种单片机的针对性强，设计时根据需要来设计部件。 因此，它能实现系统的最简化和资源的最优化，可靠性高、成本低，在应用中有 很明显的优势。 在单片机使用上注意以下几个既有相同点也有区别的概念。 ① 单板机：将微处理器（ CPU）、存储器、 I/O 接口以及简单的输入 /输出设备组装在一块电路板上的微型计算机，称为单板机。 ② 单片机：将微处理器（ CPU）、存储器、 I/O 接口和相应的控制部件集成在一块芯片上形成的微型计算机，称为单片机。 ③ 多板机：在计算机组成中，如果组成计算机的各个功能部件是由多块电路板连接而成的，那么这样的计算机称为多板机 [4]。 二、 MS51 单片机内部结构 内部结构框图如图 所示： 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 9 C P U时 钟 电 路P 0P 3 P 2 P 1T X DR X DI N T 0I N T 1并 行 接 口串 行 接 口中 断 系 统定 时 / 计 数 器R A M R O MT 0T 1 图 内部结构框图 三、 MS51 单片机的引脚及功能 P0 口： P0 口是一个三态双向口，可作为地址 /数据分时复用接口，也可作为通用的 I/O 接口。 P1 口： P1 口是准双向口，它只能作通用的 I/O 口使用。 P2 口： P2 口也是准双向口，它的用途有两个：通用 I/O 接口和高 8 位地址线。 P3 口： P3 口是准双向口以外每个口都还具有第二种功能，如表 所示。 表 P3 口功能引脚 RXD 串行输入端 TXD 串行输出地 INT0 外部中断 0 低电平有效 INT1 外部中断 1 低电平有效 T0 定时计数器 0 外输入端 T1 定时计数器 1 输入端 WR 外部存储器写信号 0 有效 RD 外部存储器读信号 0 有效 ALE：地址锁存控制信号。 在系统扩展时， ALE 用控制把 P0 口输出的低 8 位址锁存，以 现低住地址和数据的隔离。 PSEN： 外部程序存储器读选通信号。 在读外部 ROM 时，有效 (。