基于单片机的智能浇花系统的设计与实现样本.docx

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基于单片机的智能浇花系统的设计与实现样本

基于单片机智能浇花系统设计与实现

摘要

随着社会发展，人民越来越注重环境质量。

养殖花卉成了首要选取，在家养殖可以陶怡情操，丰富生活。

同步花卉可以通过光合伙用吸取二氧化碳释放氧气同步还可以净化空气，并且花卉还可以吸取有毒物质例如刚装修房屋里苯、甲醛等。

因而越来越多人喜欢养殖花卉。

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，准时按量供水是完毕每天在限定期间自动启动水泵浇花，按照各种花卉所需水量差别，使用一种按钮装置来控制给水时间，也就是电磁阀启动和闭合时间，别的时间水泵不转，不会有水流通供应补水；按照温度、湿度来严格控制给水重要用到是SLHT5-1土壤温度、湿度传感器，如果传感器检测温度、湿度都达不到规定规定，就开始浇花，达到了规定温度、湿度就停止浇花。

该系统既能准时、按量给花卉浇水，还可觉得节约水资源，从而让花卉更好生长。

核心词：

单片机；智能浇花系统；传感器；

Abstract

Withthedevelopmentofsociety, people paymoreandmoreattentionto environmentalquality. Flowercultivation hasbecomethe firstchoice, in farming can Tao Yi sentiment, enrichlife. Atthesametime, flowerscan absorbcarbondioxidethroughphotosynthesis releaseoxygen also canpurifytheair, andthe flower alsocanabsorb toxicsubstances suchas justdecoration house ofbenzene andformaldehyde. Somoreandmorepeopleliketobreedflowers. Thispaperdesignsakindof intelligenthumidity sensing watering system. ThesystemwithAT89S52singlechipcomputeras controlchip, first started wateringtheflowers beforethebuzzeralarm, timingquantitative wateringisto pump watertheflowers everyday toopenautomatically ataspecifiedtime, accordingtothe differentflowersneeddifferentquantityofwater, witha buttontosetthe watering timelength, i.e., thesolenoidvalveopentime, therestofthetime thepump doesnotturn watercannotflow through, accordingto watertheflowers;humiditycontrol istousea SLHT5-1soilmoisturesensor, whenthedetected humidity didnotreachthesetting humidity, beganto watertheflowers, tothe setting humidity stop watering.Thissystemcannotonly ontime, accordingtothe amountofgive flower watering, canalsosavewaterresources, soasto make flowers growbetter.

Keyword：

MCU； intelligentwatering system; sensor

1、绪论

国内外均有自动浇花系统实际使用，大某些自动供水灌溉系统都是采用虹吸方式，也就是运用渗入原理来实现补水浇，该模式补水过程是持续、不中断，依照该种模式只可以保证不会浮现干旱现象，而不是依照花实际需要来实行补给供水。

此外某些自动浇水系统，可以在规定期间内向花卉进行补水，这两种方式基本一致，都不是按照花需求来进行补水灌溉。

同步尚有某些自动浇水系统，重要运用单片机控制原理，依照温度、湿度传感器获取温、湿度详细数据，再依照设定值来实现自动补水灌溉，只但是这种方式规定外界提供水龙头前提下才干使用。

普通家庭花草种植普遍都放置于阳台上，而阳台上经常不会用到水龙头，于是使用起来相对较为棘手。

本文设计基于单片机智能浇花系统可以实当前阳台上应用，可以做到定期、定量地浇花。

1.1选题目及意义

随着生活水平提高，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某些花草。

但当代人生活节奏越来越快，事情越来越多。

植物是离不开水，需经常灌溉。

诸多人有时忘了定期、适量给花卉浇水。

而人们出差或有事不在家时，植物供水就会中断，植物面临干枯。

花草生长问题80%以上由花儿灌溉问题引起，好不容易养花卉浇水，由于浇水问题而长势不好或更严重浮现枯萎甚至凋亡。

有些植物对湿度规定很高，人为过度浇水，植物根茎容易腐烂，从而影响到植物正常生长。

虽然市面上也有卖浇花装备但昂贵价格和其性价比让人望而却步。

那种浇花装置大某些只能是指定期浇水时间，很难做到给花卉适时、适量浇水。

尚有花卉缺水报警器但其只能报警并不能适时、适量浇水。

其效果可想而知。

为理解决准时、适量浇水问题，因此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，由单片机判断花卉与否缺水并最后传达给电磁水阀，从而达到适时自动浇水。

1.2国内市场发呈现状

微喷、微灌是近些年应用国内外自动浇水设施。

微喷重要由微喷带构成[1]。

其工作原理是运用水压力后交付和微喷嘴带领域,通过排水洞微喷,在重力和空气阻力影响,形成一种细雨喷涂效果。

微喷带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，出水孔普通采用机械钻孔、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。

微灌是运用微灌设备构成微灌系统，用压力将水分派到田间，通过灌水去以微小流量湿润作物根部附近土壤一种局部灌水技术。

微灌技术可以很容易地将水分派到每一株植物土壤，,经常保持低水压力可以满足作物生长需要[2]。

但微灌系统投资普通远高于地面灌溉;出口很小,容易堵塞,过滤系统规定。

许近年前,国外已经开始普及,国内使用电子自动浇花大某些从国外进口,价格是昂贵,但是质量是可靠，但不太适合国内使用。

国内外流行玻璃自动浇花。

这种类型灌溉设备大多数在中华人民共和国山西和浙江地区加工生产,价格很便宜,实际没有电子自动浇花是好。

种花简朴浇花难，诸多商家看到了这块市场。

当前这种小家居用品制造商重要集中在广东、上海、浙江地区[3]。

当前市场上自动浇花,重要有如下几类：

①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，它由自身材质物理构造构成，依照器具物理渗水原理完毕自动灌溉，当自动浇水器内部存水，自身形成一定压力，当遇到干燥土壤，水就会自上而下流出，当土壤湿润后来，会形成一种堵塞压力，从而导致水流速度变慢或者停止[4]。

器具工艺不同，效果也不同样，固然也因土壤疏松情况决定器具内水流速度。

当前传感器技术与单片机技术发展迅速，其应用逐渐由工业、军事等领域向其她领域渗入，已经和咱们寻常生活息息有关。

并且智能家居概念也越来越受人们推崇，因而，微电脑控制电子类自动浇花系统有较好发展前景。

②电子类自动浇花器（时控临喷装置）该系统重要构成为：

主机（或者控制器）、主管、分水接头、副管喷淋管。

时控临喷浇花装置依照电源不同分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。

控制器普通性能有：

电磁阀控制；智能时控电路微电脑芯片控制；合用电AC220V/50HZ；最适当水压0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时＜12VA）；可控制持续作业时间是1分钟至168个小时；可每天自动完毕十次以上浇水作业，可每天、隔天、隔多天自动循环进行浇水，手动自动两用；每天计时误差不大于正负3秒；电器适应环境温度为-10～50℃；相对湿度＜90%RH[5]。

1.3研究办法和手段

本毕业设计是设计单片机控制自动浇花系统。

所有节点按照在网络中功能不同分为协调器节点、传感器节点和控制器节点。

单个网络中只有一种协调器节点,它作为整个网络中心,存储所有控制方略,它能接受传感器节点向其发送数据,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各个地方,配有各种传感器,如测量温度、空气湿度、光照度等传感器,负责采集灌区环境参数，重要研究土壤湿度与浇水量之间关系、灌溉控制技术及设备系统硬件、软件编程各个某些。

并按一定期间间隔发送给协调器节点;每个控制器节点负责一种分灌区灌溉作业，它直接与灌溉执行器（如阀门、水泵等）相连,当接受到协调器节点发送灌溉命令后，则执行相应操作[7]。

土壤温湿度传感器可将检测到土壤温湿度模仿量放大转换成数字量通过单片机内程序控制精准将温度与湿度分别显示在LCD显示屏上，同步通过单片机内中断服务程序判断与否要给花浇水,若需浇水则单片机系统发出浇水信号并经放大驱动设备启动电磁阀进行浇水若不需浇水则进行下一次循环检测。

2、基于单片机智能浇花系统

2.1系统构成某些

该系统重要由土壤湿度检测电路、键盘、LCD液晶显示电路、报警电路、水泵控制电路等构成。

详细构造如图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解决，输出控制信号，控制水泵工作与否，从而达到按需浇花目。

图1智能浇花系统构成框图

2.2系统工作原理

由于不同花卉有不同需水特性，浇花时应适时适量，按需浇花。

为此，系统采用模糊控制方式达到精准浇花目。

一方面，单片机采集土壤湿度信号，并通过计算判断与否应当浇花；另一方面，单片机采用查表办法来实现浇水量模糊控制。

在软件设计时，依照不同花卉需水量，将其土壤湿度值容许区间存入表格中，即模糊控制响应表，这些数据均是人们长期积累经验值，并将表格事先置入ROM存储区某一位置中供查表使用。

例如：

对君子兰进行自动浇水，单片机将采集到湿度信号与表格中君子兰最小湿度值进行比较，当采集到湿度值不大于表格中最小湿度值时，开始浇花；当采集到湿度值不不大于表格中君子兰最大湿度值时，停止浇花，从而控制浇水时机及浇水量多少[8]。

在单片机控制系统中可以通过键盘输入数据或命令。

键盘是由一组常开按键构成，每个按键都被赋予一种代码，称为键码。

键码分为编码键盘和非编码键盘。

编码键盘是通过一种编码电路辨认闭合键键码，非编码键盘是通过软件来辨认键码。

由于非编码键盘硬件电路简朴，顾客可以以便变化键数量，因而在单片机系统中应用广泛。

3、系统硬件设计

3.1AT89S52型单片机

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具备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容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，拥有机灵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、超有效解决方案。

AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

AT89S52具备如下原则功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定期器，2个数据指针，三个16位定期器/计数器，一种6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

此外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选取节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，容许RAM、定期器/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，直到下一种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，具备相称高统一性，湿度测量限度为0～100%RH。

可以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、湿度检测运用。

详细检测电路见图2。

图2SLHT5-1土壤湿度传感器检测电路

3.3键盘及液晶显示电路

该设计选用了LCD12232F液晶显示模块，其具备内置字节库，不具存储功能，采用并行连接模式，使用起来相对便捷。

用于显示系统操作状态、花卉种类、土壤温、湿度信息。

键盘选用独立式按钮，其中重要有复位按钮、选用花卉类别按钮、启动按钮。

开机时浮现：

“欢迎您到来”，另一方面浮现“请选用花卉类别”。

依托对选用花卉类别按钮设立，依照液晶屏浮现内容，确明确花卉种类。

该系统重要有香雪兰、仙人球、银杏、牡丹、芦荟、芍药、君子兰，总共七个品种花卉，同步内置有七个不同温、湿度范畴。

在明确完花卉类别之后，将浮现花卉详细名称，到此为止设立完毕。

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连接继电器线圈端点，线圈另一端接到+5V电源VCC上，三极管Q1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起反向电动势消除，避免反向电势击坏三极管、扰乱别的电路；R2同红色发光二极管构成一种继电器状态批示电路，如果继电器通电吸合，LED将会变亮，由此就可以实现对继电器操作状态检测。

图3水泵调节电路图

其中系统水泵选用220V供电潜水泵，最大流量1640L/H，浇花喷头选用花洒喷头，达到均匀喷水目，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，而继电器常开触点关闭，也就是水泵通电，于是水泵进行浇水。

此外，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，并且发光二极管工作状态也将变熄灭，同步继电器常开触点断开，也就是水泵断点，于是水泵停止进行浇水。

3.5报警电路

由于该系统重要应用在室内环境中，为防止水泵启动影响到她人，该系统内置了一种报警电路。

普通水泵启动此前就会浮现“嘟嘟嘟”几秒警报声，然后水泵才实现补水。

该报警电路图见图4。

重要是单片机中P3.0引脚来决定三极管启动与闭合，实现控制蜂鸣器通断。

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种反相放大器形成振荡器，XTAL2与XTAL1各自是振荡电路中输出端与输入端。

同步在XTAL1与XTAL2引脚上连接定期器件，其内部振荡电路于是可以实现自激振荡。

定期器件普通是由石英晶体与电容构成并联谐振回路。

系统选取12MHz晶振片，两30pF电容C7和C8。

3.6.2复位电路

本设计采用按键复位电路，当要系统自动复位时，只需要按住S按键，此时电源Vcc通过电阻R1、R2分压，并且在RST端产生一种复位高电平。

同样，只要保证RST端保持高电压时间不不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：

图5AT89C52单片机复位电路

3.6.3按键消抖办法

非编码键盘可以分为独立式键盘和行列式键盘两种构造形式。

行列式键盘是将I/O线一某些作为行线，另一某些作为列线，按键设立在行线和列线交叉点上，这种构造形式键盘合用于键数较多场合，但硬件电路构造较复杂。

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I/O线变为低电平。

对于处在常开状态独立式键盘，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]。

由于机械触点弹性作用，触点在闭合和弹开瞬间电接触状况不稳定，导致电压信号抖动，。

键抖动时间普通为5～10ms。

为了避免一次闭合引起CPU多次解决，就要采用办法消除抖动。

去抖动办法有硬件去抖和软件去抖两种办法。

硬件去抖普通采用双稳态去抖电路。

软件消抖办法是在CPU检测到有键按下是，延时10～20ms，再次检测该键电平与否仍保持闭合状态，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，并采用软件消抖办法来消除按键抖动。

4、系统软件设计

系统软件设计涉及初始化、显示子程序、选取花卉种类子程序、土壤湿度检测子程序、数据解决子程序、报警子程序等，主程序流程图如图6所示。

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。

本系统依照花盆中土壤湿度来调节水泵运营和中断。

选用模糊控制形式来调节浇水量，同步对土壤湿度采用实时检测，并且与设定好模糊控制响应表湿度值做出对比，鉴定浇水量有无满足原则，全面完毕定期定量智能化浇花。

系统按照各种花卉实际需求状况设定了相应浇水量，只要开机后设定花卉类别，系统就可以自动早出需调节温、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。

同步该系统可以实当前草场、花卉、温室大棚、苗圃等场合应用，即以便又节约水源。

总结

本次设计系统以单片机为控制中心，用温度、湿度传感器来检测环境温度、湿度，依托对温度、湿度传感器检测温度与系统预设温度、湿度值对比。

在实验过程中，检测到花卉缺水时，水泵于是启动进行供水，当水量达到一定额度时，水泵自动停止供水。

液晶显示屏稳定显示环境温度、湿度和设立温度、湿度。

智能浇水系统是通过单机片程序设定浇水上下限度，并且还同温度、湿度采集电路送入单机片土壤湿度值相比较，当传感器检测到湿度值低于设定下限值时，单片机输入一种信号，开始浇水，高于设定上限值时，再由单片机输出一种信号，中断水泵并停止浇水。

通过本次毕业设计，使得我更进一步结识了单机片智能控制系统构造和原理，也使我事实上接触到了检测控制系统设计，尽管该系统属于一种人们寻常生活中小系统，可是却让我懂得了诸多设计上需要注意问题，让我获益匪浅。

参照文献

[1]毛明轩，朱皋,杨守良．基于单片机温湿度感应智能晾衣杆系统设计［J］．重庆文理学院学报，,30（4）:

46－49．

[2刘明真，陈鸿．基于单片机智能节水灌溉系统设计[J]．学术问题研究，

（1）:

75－80．

[3程捷，何辰．基于单片机温湿度检测系统设计与实现[J]．电子测试，（6）:

56－58．

[4尹发根．果蔬膨化干燥监测系统设计[J]．农机化研究，（8）：

85－88．

[5]张泽根，周洪，夏明晔．基于单片机油量数据采集与监测系统设计[J].微计算机信息，，27

（1）:

109－110．

[6］满红，邹存名，冀勇钢．基于单片机仓库温湿度智能控制系统设计［J］．当代电子技术，，34（9）:

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[7]宋维强.基于单片机智能制冷系统设计.华中师范大学出版社,.12（8）:

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[8]孙彩凤，杨红军.农村蔬菜灌溉系统设计与实现[J].上海电子出版社，.101-110.

[9]姚望,国内农村智能浇花系统设计与实现研究.北京当代科学文献出版社，.210-223.

[10]孟寒,基于单片机稻田温湿度智能控制系统设计.广西智能科技出版社，.29-57.

[11]彭正德.单片机实际应用原理探究[M].中华人民共和国科技大学社会科学学报,.31（5）:

255-267.

致谢

衷心感谢我指引教师。

从我毕业论文设计、选题、提纲拟定到执笔、多次修改、不断完善整个过程中，正是得益于教师不断勉励、悉心辅导和严格教诲，我才干克服困难，顺利完毕毕业论文。

教师渊博知识和开阔思维使我受到了许多启发，她严谨治学态度勉励着我砥砺前行，她待人真诚谦和，协助我树立了完毕学业信心。

在我论文撰写过程中，教师悉心指出论文缺陷局限性并指引审改，在我人生及事业道路上予以支持和协助，她对事业热爱和奉献、对学术高深造诣和研究，公平正派做人做事风格，是我学习榜样。

在这里，要特别感谢我家人，是她们无微不至关怀，是她们坚持不懈勉励，支持我顺利完毕了学业。

因本人水平因素，本文中某些观点还不够成熟，存在许多局限性或需完善地方，恳请各位教师、学者批评指正。