自动控制浇花系统.docx

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自动控制浇花系统

自动控制浇花系统

摘要

　现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，由于现代生活节奏的加快，人们往往忙于工作而忘记定期、及时地为花卉补充水分及养料，或者由于放假回家而将花放在办公室等处没人管理导致花木枯死。

水是植物生存、生长的最基本需要，因此，设计一种能够在无人管理的情况下为花木自动浇水的系统，能够有效的防止花木在上述情况下的枯死。

单片机因体积小、质量轻、价格便宜等优点已经广泛地应用在我们日常的生产和生活当中。

它能通过编写的程序实现高智能、高效率、高可靠性地任务完整执行。

本系统是一个采用AT89S52单片机为核心的微控制定时浇水系统。

系统主要实现的功能有定时自动浇水功能及能够根据实际情况设定时。

电路主要可以分成定时与浇水电路两个模块，定时电路以液晶模组作为显示电路，浇水电路利用电磁阀来完成。

本次设计包括AT895S52单片机及基本外国电路模块、DS1302时钟电路模块、显示电路模块、按键控制电路模块、浇水电路模块、电源电路模块等部分组成。

本系统会将以上述为思路、以单片机为控制核心，为我们呈现出一个持续地、定时地、有效地为花木绕水的方案，为我们解决无人管理情况下花木枯死的尴尬情况。

目录

第一章前言…………………………………………………………………………………1

第二章核心器件简介………………………………………………………………………2

2.1单片机简介…………………………………………………………………………2

2.1.1单片机简介……………………………………………………………………2

2.1.2AT89S52单片机………………………………………………………………3

2.2显示器简介…………………………………………………………………………6

第三章系统总体设计………………………………………………………………………8

3.1显示电路模块………………………………………………………………………8

3.2时钟电路模块………………………………………………………………………8

3.2.1时钟电路图……………………………………………………………………8

3.2.2时钟流程图……………………………………………………………………9

3.3浇水电路模块………………………………………………………………………10

3.4模块整合……………………………………………………………………………11

3.4.1整合后电路图…………………………………………………………………11

3.4.2主程序流程图…………………………………………………………………12

第四章低碳环保探讨………………………………………………………………………13

第五章结束语………………………………………………………………………………14

参考文献………………………………………………………………………………………15

致谢………………………………………………………………………………………16

第一章前言

水对我们的生命起着重要的作用，它是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。

人的生命一刻也离不开水，水是人生命需要最主要的物质。

同样，对于地球上其它的生命体来说，水也是一样的至关重要。

它是生命体内化学反应的介质，没有水，养料不能被吸叫；氧气不能运到所需部位；养料和激素也不能到达它的作用部位；废物不能排除，新陈代谢将停止，生命将完结。

在地球上，哪里有水，哪里才有生命。

一切生命活动是起源于水的。

现代生活中，随着人们生活水平的提高，人们对花卉、树木等绿色植物的喜爱和种植越来越多，然而以前对花木的浇灌、施肥等工作都需要靠人工来实现，由于现代生活节奏的加快，人们往往忙于工作而忘记定期、及时地为花卉补充水分及养料，或者由于放假回家而将花放在办公室等处没人管理导致花木枯死。

水是植物生存、生长的最基本需要，因此，设计一种能够在无人管理的情况下的自动控制浇花系统，能够有效的防止花木在上述情况下的枯死。

当今社会，科学技术飞速发展，半自动化、自动化和智能化的各种装置和系统渐渐地融入到人们的生活中。

我们喜爱并且种植了的植物，在我们无暇管理的时候，得以补充充足的水分成为了可能。

这其中就需要到人类发明的自动控制系统。

一整套的自动控制系统，可能会用到很多领域的不同器件，但是，在众多自动控制系统器件中，控制核心却是其最基本、最重要和最决定性的，所以，人们在一直不断地开发更准、更快、更全面、更智能化的控制核心。

单片机，就是在这样一种情况下被发明出来的，并且逐渐得到了广泛应用。

当然，单片机也用到了我们上述所提到的自动控制浇花系统中去。

因此，我们不在喜爱的花木身边时，自动控制浇花系统也能让它们喝到充足的水，健康地生长。

另一方面，经济和科技向低碳方向转变的需要，人们也在尝试着将低碳、环保的理念融入到自动控制系统中，以达到更好地为我们服务。

第二章核心器件简介

2.1单片机简介

2.1.1单片机简介

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段（不在此作详细介绍了）以后，现今已经发展的较为成熟、已经广泛地应用到了工业生产和人们日常生活中。

单片机具有结构简单、集成度高、可靠性高、功能强、速度快等优点。

从外形上看单片机芯片体积不大，去有着非常多的引脚（如图2.1），这些引脚能够实现其内部控制单元能够与外部电路形成充分的连接。

一般而言，其引脚越多也代表着其功能更强大。

单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总图2.1单片机芯片

线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性

能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可。

用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

它主要是作为控制部分的核心部件。

单片机在工作时是按装预先设定的程序而进行的。

为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序.程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。

存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。

所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。

在单片机工作前，我们需要把用到的指令从该单片机指令系统中“拿”出来，而要进一步将这一系列指令“制作”为程序时，我们就必须用到与单片机相关的C语言和汇编语言。

单片机的应用方面，目前单片机已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。

就概括而言，单片机广泛应用在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信、医用设备、汽车设备、航空航天等领域，可以说它真是无孔不入。

当然，相对的，社会上对单片机方面的人才需求量也很大。

大部分大学、各种培训机构以及相当多的书籍和影音著作都在对人们“讲述”着单片机的知识。

认识、学习和熟练单片机的方方面面成为了一个高技术性人才所必需去做的事情。

目前世界上最具实力的单片机开发公司有：

美国的Intel，ATMEL，荷兰的Philips，德国的Siemens等。

其中Intel公司一直处于领先地位，主要有MCS-48、MCS-51和MCS-96三大系列，其中MCS-51系列是1980年推出的高档8位单片机，代表着单片机的发展方向，成为单片机领域中的主流产品。

ATMEL公司的89系列Flash单片机以Intel80C50/52作为内核，并采用可重复编程FlashROM技术，是一种源于8061而又优于8051的单片机，已成为广大MCS-51用户进行电子设计与开发的优选单片机品种。

根据实际情况与要求，本系统选用ATMEL公司89系列标准型单片机AT89S52，其价格适中功能强大。

2.1.2AT89S52单片机

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8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。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

AT89S52单片机有40个引脚，为CMOS工艺双列直插封装（DIP），其引脚分布如图2.2

VCC：

电源端，+5V。

GND：

接地。

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。

在flash编

程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引图2.2AT89S52引脚分布

脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外

部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：

外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

AT89S52单片机基本特征：

1、与MCS-51单片机产品兼容

2、8K字节在系统可编程Flash存储器

3、1000次擦写周期

4、全静态操作：

0Hz-33MHz

5、三级加密程序存储器

6、32个可编程I/O口线

7、三个16位定时器/计数器

8、六个中断源

9、全双工UART串行通道

10、低功耗空闲和掉电模式

11、掉电后中断可唤醒

12、看门狗定时器

13、双数据指针

14、掉电标识符

2.2显示器简介

显示器通常也被称为监视器，顾名思义它应该是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的一种显示工具。

从广义上讲，街头随处可见的大屏幕、电视机的荧光屏、手机和快译通等的显示屏都算是显示器的范畴。

从早期的黑白世界到现在的色彩世界，显示器走过了漫长而艰辛的历程，随着显示器技术的不断发展，显示器的分类也越来越明细。

现今，显示器的主要分类为：

CRT显示器，LCD显示器，LED显示器，3D显示器，PDP显示器。

1、CRT显示器

CRT显示器是一种使用阴极射线管（CathodeRayTube）的显示器，阴极射线管主要有五部分组成：

电子枪（ElectronGun），偏转线圈（Deflectioncoils），荫罩（Shadowmask），荧光粉层（Phosphor）及玻璃外壳。

它是目前应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点，而且现在的CRT显示器价格要比LCD显示器便宜不少。

CRT显示器按大小、调控方式不同、显像管种类的不同又可以分为很多种类。

由于CRT显示器比较笨重，再加上新型显示器技术的进一步完善，CRT显示器虽然有着一定的优势，但是却在逐步地退出历史舞台。

2、LCD显示器

LCD显示器即液晶显示器,优点是机身薄，占地小，辐射小，给人以一种健康产品的形象。

但实际情况并非如此，使用液晶显示屏不一定可以保护到眼睛，这需要看各人使用计算机的习惯。

LCD显示器的缺点是，色彩不够艳，你或者在显示器的商店上看到显示的产品真不错，但那场合备有足够的灯光，才能够看到表现如此的效果。

因为液晶显示屏主要的光源是通过反射外来光源，将产品搬回家你就大有发现了效果不同让人失望。

不过LCD显示器，其相对于LED显示器来说，具有LED的轻薄和辐射小，价格上又没有LED显示器那么高，所以它在一些小型的显示器应用上还是十分广泛，如MP3、MP4和手机。

3、LED显示器

LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。

它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，近年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。

LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。

4、3D显示器

3D显示器一直被公认为显示技术发展的终极梦想，多年来有许多企业和研究机构从事这方面的研究。

日本、欧美、韩国等发达国家和地区早于20世纪80年代就纷纷涉足立体显示技术的研发，于90年代开始陆续获得不同程度的研究成果，现已开发出需佩戴立体眼镜和不需佩戴立体眼镜的两大立体显示技术体系。

传统的3D电影在荧幕上有两组图像（来源于在拍摄时的互成角度的两台摄影机），观众必须戴上偏光镜才能消除重影（让一只眼只受一组图像），形成视差（parallax），产生立体感。

它使用的3D成像技术可分为快门式3D技术和不闪式3D技术。

5、PDP显示器

PDP（PlasmaDisplayPanel，等离子显示器）是采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新一代显示设备。

等离子显示技术的成像原理是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室，通过电流激发使其发出肉眼看不见的紫外光，然后紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝3色荧光体发出肉眼能看到的可见光，以此成像。

等离子显示器的优越性：

厚度薄、分辨率高、占用空间少且可作为家中的壁挂电视使用，代表了未来电脑显示器的发展趋势。

总得来说，不管何种显示器，其构成电路基本可分为视频放大电路、场扫描电路、行扫描电路、开关电源、模式识别与控制电路。

显示器的基本参数包含可视面积、可视角度、点距、色彩度、对比值、亮度值、响应时间等七项，这七项参数也是衡量一台显示器好坏与否的标准。

根据实际情况与要求，本系统采用LCD1602液晶显示器。

第三章系统总体设计

3.1显示电路模块

显示电路由一个LCD1602液晶显示器、一个光敏电阻、一个74HCOO芯片、以及单片机的P0，P2口共同完成显示部分的功能。

显示电路示意图如图1所示。

光敏电阴RP1是起到一个开关的作用，能根椐光线的强度自动调节内部阻值大小，将光信号转化为电路参数，以便控制背光的亮与灭，白天工作在无背光状态，达到节能的目的；在夜间使LCD背光打开，便于读取数据。

3.2时钟电路模块

3.2.1时钟电路图

本系统采用DS1302时钟电路，DS1302是由一个DS1302，六个0.1u的电容、四个开关、一个3V的电池构成的电路，可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。

四个开关主要功能是调整时钟。

在四个开关上分别并联一电容，主要能起到延时防消抖作用。

DS1302时钟电路示意图如图3.2

3.2.2时钟流程图

本系统设置计时的初始时间，即时钟芯片上电后即从些个时间开始走时。

要完成初始化时钟，就应当把初始时间写入DS1302芯片中去。

首先要写入相应数据的地址，在写入一字节地址后，即可写入一字节相应的数据，依此类推。

时钟DS1302的流程图如图3.3所示。

3.3浇水电路模块

浇水控制电路是这个系统的重要组成部分之一。

它由电阻R13和两个NPN（CS9013S）三极管连接成达林顿架构，5V继电器、电磁阀和熔断器组成。

当定时时间到后，控制系统给P2.0送一个高电平，此电流通过达林顿管放大而驱动继电器；继电器通电线圈闭合，使开关K2闭合接通电磁阀的电路；电磁阀开始工作。

当浇水时间到后，控制系统给P2.0送一个低电平，继电器线圈张开，开关K2断开；电磁阀停止工作完成浇水任务。

浇水电路示意图如图3.4所示。

3.4模块整合

3.4.1整合后电路图

在完成单元电路设计后，需要从整体上对系统电路审查和考虑，例对进入电路板的信号要用电容组加以滤波；闲置不用的I/O口不要悬空，应根据实际情况接地或者接电源等等。

最终将所有单元电路模块经过整合优化后，可以得到系统电路图如图3.5所示。

3.4.2主程序流程图

启动电源后，程序在初始化。

给P2.4和P2.3’分别送入一个低电平和一个高电平使S1与S2发光二极管亮灭——表示程序是否正常运行。

液晶显示初始时钟信息，年/月/日星期以及小时/分钟/秒，接着读取定时时间与绕水时间的初始值，并送去显示。

扫描按键接口并设置定时时间和浇水时间，完成定时设置后，接着程序判断定时时间是否完成，判断的方法采用计时采样比较法来实现判断功能。

定时完成后给P2.0送入一个高电平，使它驱动继电器完成浇水。

在浇水的过程中要判断系统浇水的时间，然后采用倒计时并送去显示再判断是否完成，如果完成则重新开始倒计时，进行下一轮循环。

主程序流程图如图3.6所示。

第四章低碳环保探讨

低碳，英文为lowcarbon。

意指较低（更低）的温室气体（二氧化碳为主）排放。

随着世界工业经济的发展、人口的剧增、人类欲望的无限上升和生产生活方式的无节制，世界气候面临越来越严重的问题，二氧化碳排放量越来越大，地球臭氧层正遭受前所未有的危机，全球灾难性气候变化屡屡出现，已经严重危害到人类的生存环境和健康安全，即使人类曾经引以为豪的高速增长或膨胀的GDP也因为环境污染、气候变化而大打折扣（也因此，各国曾呼唤“绿色GDP”的发展模式和统计方式）。

现在世界各国家及各国人民都在倡导低碳理念，低碳内涵包括：

低碳社会、低碳经济、低碳生产、低碳消费、低碳生活、低碳城市、低碳社区、低碳家庭、低碳旅游、低碳文化、低碳哲学、低碳艺术、低碳音乐、低碳人生、低碳生存主义、低碳生活方式。

从不使用高碳能源、不使用高碳日常用品到节约能源和利用可再生资源，全世界无不在进行着一场低碳革命。

本章将从本系统的电源方式入手，以太阳能为方向探讨本系统的低碳环保。

太阳能（SolarEnergy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。

自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。

但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。

太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。

太阳能发电一种新兴的可再生能源。

广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。

如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。

各部分的作用为：

1、太阳能电池板：

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。

其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

2、太阳能控制器：

太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。

其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

3、蓄电池：

一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

4、逆变器：

在很多场合，都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。

由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC