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win2012做网站,计算机软件开发培训学校,自助网站建设技术支持,天门建站家庭自动灌溉系统设计与实现 摘 要 现今#xff0c;越来越多的人忙于日常生活#xff0c;从早到晚不知疲倦地工作#xff0c;在日落时分休息#xff0c;这让年轻人越来越累。在家里第一次模拟检查绿色可以让你在家里度过一天的最佳舒适度#xff0c;但由于工作繁忙#…家庭自动灌溉系统设计与实现摘 要现今越来越多的人忙于日常生活从早到晚不知疲倦地工作在日落时分休息这让年轻人越来越累。在家里第一次模拟检查绿色可以让你在家里度过一天的最佳舒适度但由于工作繁忙你经常忘记浇水和照顾它们房子里的许多植物会因为忘记浇水而死亡因此本文设计了一种基于单片机的控制独立检测含水量和反应及时灌溉以确保花盆的含水量减轻人们的负担。本次毕业设计的自动灌溉系统采用STC89C52单片机作为系统控制芯片DHT11传感器采集土壤温湿度数据LCD1602显示数据蜂鸣器作为输入模块按钮设置湿度上下限。首先土壤的温度和湿度数据由DS18B20传感器和水位传感器收集然后由STC89C52微控制器进行处理和分析。然后输出控制信号控制继电器打开和关闭水泵的电源。这允许实时测量土壤温度和湿度显示当前的温度和湿度以及自动控制灌溉系统中的水阀。用户可以根据需要输入预设值如果实际测量的温度和湿度不符合预设温度和湿度标准则会发出报警信号以激活相应的控制。关键词单片机自动浇溉传感器ABSTRACTNowadays, more and more people are busy with their daily lives, working tirelessly from morning till night and resting at sunset, which makes young people increasingly tired. Simulating green for the first time at home can provide the best comfort for you to spend a day at home, but due to busy work, you often forget to water and take care of them, and many plants in the house will die because of forgetting to water. Therefore, this article designs a microcontroller based control that independently detects moisture content and reaction, irrigates in a timely manner to ensure the moisture content of the flowerpot, and reduces people’s burden.The automatic irrigation system for this graduation project adopts STC89C52 microcontroller as the system control chip, DHT11 sensor collects soil temperature and humidity data, LCD1602 displays the data, and buzzer as the input module button to set the upper and lower limits of humidity. Firstly, the temperature and humidity data of the soil are collected by DS18B20 sensors and water level sensors, and then processed and analyzed by STC89C52 microcontroller. Then output control signals to control the relay to turn on and off the power supply of the water pump. This allows for real-time measurement of soil temperature and humidity, display of current temperature and humidity, and automatic control of water valves in irrigation systems. Users can input preset values as needed. If the actual measured temperature and humidity do not meet the preset temperature and humidity standards, an alarm signal will be issued to activate the corresponding control.Key wordssinglechip; Automatic watering; sensor目 录摘 要 IABSTRACT II1 绪论 11.1课题背景及其研究意义 11.2国内外发展现状 11.3本文研究内容 32 系统方案论证和工作原理 42.1 设计方案的论证 42.1.1主控制器模块 42.1.2湿度检测模块 42.1.3显示模块 52.2 结构框图 53 硬件电路设计 73.1单片机选择设计 73.1.1 单片机芯片 73.1.2 晶振电路 113.1.3 复位电路 123.2 DS18B20温度传感器模块 133.3按键电路设计 143.4 LCD显示电路设计 144 程序软件系统设计 164.1 Keil程序开发环境 164.2主程序设计 174.2 DS18B20数字温度传感器模块设计 184.3 显示子程序设计 194.4 按键子程序设计 205 仿真功能测试 225,1 系统功能测试 225.2 测试结论 246 结论 25参考文献 26致谢 271 绪论1.1课题背景及其研究意义在现代生活中城市工人阶级的生活变得更加规律和有节奏这导致年轻一代养成了日出工作、日落休息的生活方式。忙碌了一天后回到家我已经筋疲力尽了。因此有时人们会忘记在家照顾植物或宠物。因此本文开发了一种自动灌溉机器人可以自动检测当前花盆中的剩余水并为花盆中缺水的植物及时补水使其不会干涸死亡。此外在现代养殖中心如现代农场或大型花卉种植基地实现对这些植物的实时护理是非常困难和劳动密集型的。因此这里采用现代育种技术通过使用微控制器的自动检测和控制设备有效地检测植物当前的含水量并根据不同植物物种的不同水分需求进行适当的调整以确保植物有足够的水分提高生产效率减少劳动力最大限度地提高生产力。随着经济的快速发展人们对物质和精神生活的需求不断增加。越来越多的人选择在家里建自己的“小花园”。然而许多人忙于种植花草忽视了对植物的关注最终导致植物死亡。如何在吸引人们工作的同时照顾好植物节约水资源促进远程植物护理提高农场的美观和环境效益已成为亟待解决的重要问题。在这种情况下该项目设计了一个以一组微控制器为核心的家庭自动灌溉系统。灌溉策略会自动关闭并根据灌溉策略的时间和需要进行调整。完全满足植物的生长需求。使人们在工作过程中更快、更方便地在家照顾植物。1.2国内外发展现状1国外研究现状早在许多年前电子自动灌溉机就在国外得到了广泛的应用。中国最方便的电子灌溉机都是从国外进口的质量可靠但价格相对昂贵。例如美国、法国、日本和英国等发达国家已经在早期引入了相对先进的灌溉技术。从液压控制的研发到后来的机械控制再到两种混合协调控制模式。控制的方法和精度也越来越高安全性和可靠性也取得了很大进步。它们也以易于使用而闻名。在国外使用先进灌溉技术的一些国家中以色列取得了优异的成绩。他们开发了一系列配套的智能灌溉系统不仅可以改善用水还可以捕捉作物的最佳生长时间从而提高产量。在美国贝纳米和奥芬于1984年开发了一种节水灌溉控制器通过记录土壤湿度来确定是否应该打开水阀。美国农业灌溉中的节水主要集中在供水、灌溉和田间灌溉三个方面。土壤灌溉特别强调提高田间入渗的均匀性以实现节水同时实现管道供水。土壤灌溉技术在美国农业灌溉中起着主导作用超过60%的农业灌溉使用这种灌溉技术主要是通过沟灌和边界灌溉。美国的沟灌和畦灌在技术上得到了改进并融合了最新的现代技术和科学研究成果因此传统的灌溉方法在美国仍然具有较高的技术含量。以色列A主要使用滴灌和喷灌系统每个系统都配备了电子传感器和计算机来测量水和肥料需求。目前以色列所有250万公顷的灌溉面积都已达到喷灌和滴灌。澳大利亚土地资源丰富但水资源严重短缺主要水源依赖河水和水库。农田沿着河流分布水资源是灌溉农业的命脉。在农业节水灌溉技术方面第一步是改进地面灌溉技术提高用水效率如渠道渠化、精确平整和土壤含水量自动测量。2国内研究现状自20世纪70年代以来中国一直非常重视智能灌溉技术的研究但它总是从国外引进更多的技术自己的研发是成功的研发较少有一定的影响力。因此从国外引进的技术主要是根据国外的具体情况开发的没有考虑到我国特殊的地理气候、土壤特征和植物种类因素使这些技术不符合我国的具体国情无法利用国内这些先进技术的优势和特点引进价格非常昂贵。虽然目前市场上出售的自动饮水机有很多锅但价格昂贵不是普通人能负担得起的而且大多数只能提供源源不断的锅不能真正做到及时、合理的数量一些自动浇水器可以播放缺水报警实际浇水也必须手动操作否则无法解决出差或旅行等问题。微喷系统是近年来结合国内外先进技术组装而成的一种新型灌溉系统主要是利用特制的喷头以一定的速度通过管道系统喷洒水流使水流在空气中分散成小水滴落在花卉上。植物与周围土壤达到及时饲喂的目的。该系统具有耗水量低、影响小的灌溉特点适用于密度高、植被柔软细腻的植物。自动饮水机的诞生是随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一项懒散的园艺项目。它树立了在家用花盆中进行微喷灌溉的理念通过适当的改进达到合理自动浇灌花盆的目的然而这对于国内来说并不是很真实目前一杯玻璃制成的自动饮水机相对流行。这种类型的饮水机大多产自山西和浙江价格相对较低实用性也不是电子自动饮水机好。随着国内居民消费水平和生活质量的提高园林市场异常火爆但由于生活节奏加快花卉种植容易照料灌溉问题暴露出来因此国内需求已经看到了这一潜力。目前这类家居用品的制造商主要集中在广东、上海和浙江。目前市场上销售的自动饮水机主要是电子自动饮水机和玻璃陶瓷自动饮水机。随着我们加强研发力度中国不断加大对节水项目的中央财政支持涌现出一批有效的节水灌溉试点示范区智能节水灌溉技术逐步发展。1.3本文研究内容本文提出了一种现代花卉栽培自动灌溉系统的设计和生产。本文设计并研究了一种由微控制器技术控制的检测装置可以自动检测花盆中的水分含量确定花朵是否缺水并立即自动浇水以满足花朵的需要。根据不同花型的不同储水能力该设计可以根据设计自动设计不同的需水量满足不同设计的需求得到最佳的设计解决方案确保花卉的健康生长。该结构将执行以下功能1检查花的水位并自动浇水。2可实现抽水浇水的功能。3可以设置灌溉量的阈值。2 系统方案论证和工作原理2.1 设计方案的论证2.1.1主控制器模块1AT89C51单片机AT89C51单片机作为一种经典的8位微控制器拥有广泛的用户基础和成熟的技术支持。它拥有稳定可靠的性能、相对简单的编程接口和适中的成本特别适合于简单控制系统的设计。然而由于其内部资源相对有限对于复杂的数据处理和控制逻辑可能不够灵活[9]。2STC89C52微控制器STC89C52微控制器以其强大的性能、丰富的外设接口和高效的运算能力而著称。它适用于复杂且高性能的控制系统设计能够轻松应对大量数据处理和实时控制需求。然而STC89C52的价格相对较高且编程复杂度也较大对于小型项目或初学者可能不够友好[10]。3STC89C52单片机STC89C52单片机结合了高性能和适中成本的优点。它拥有稳定的性能、丰富的资源和灵活的编程接口能够满足本设计的基本需求。同时由于其指令系统与传统的8051单片机兼容我们在开发过程中能够充分利用已有的资源和经验降低开发难度和成本[11]。综合考虑性能、成本和易用性等因素最终选择了STC89C52单片机作为主控模块。它不仅能够满足本设计的基本需求而且具有稳定的性能和较低的成本。此外其灵活的编程接口和丰富的资源也将为后续的软件开发和维护工作提供便利。2.1.2湿度检测模块目前市场上最常见的湿度检测模块是DHT11模块它可以检测温度和湿度。然而由于抖动很强必须使用卡尔曼滤波算法来获得抖动非常低的实际参数。然而需要检测的是地面的湿度因此传感器不适合检测这里的空气。因此我们使用传感器来检测水位以间接检测水分。由于花盆中的环境水会沉积在盆中因此水位测量可以提供可用于计算当前需水量的近似含水量。2.1.3显示模块1 LCD1602显示器L.CD1602可以显示32个字符但其控制方法简单可以满足不同的字符显示要求。连接到微控制器的引脚相对容易。通过查看模块说明书并明确读写时间可以完成LCD显示程序编程。总体而言它在价格方面具有很大的优势[15]。2 显示器LCD12864液晶显示器作为一项新兴技术已逐渐成为市场上的主流产品。屏幕分辨率可达128x64显示内容丰富能够显示中文信息。目前市场上主流的1.3英寸屏幕只需要4针即可控制。为了满足更小的尺寸要求它还支持0.96英寸的屏幕。但与LCD1602相比其编程难度更复杂但整体屏幕尺寸也更小便于携带屏幕分辨率更高。3 数码管显示器数码管只能显示简单的字母或数字。虽然成本低控制方法简单但现在很少使用只能应用于不需要高显示内容的少数系统中。此外如果同时显示多个数码管则必须使用主控制芯片的多个I/O引脚。综上所述该系统必须显示烟雾浓度信息和相应的阈值但显示的内容并不广泛。LCD1602可以满足显示要求因此选择方案一。2.2 结构框图该系统由STC89C52单片机、温湿度传感器、LCD1602液晶显示器、LED指示灯和电源组成。通过红外传感器检测车辆进入数据上传并存储在LCD屏幕上从而实现自动浇溉。整个系统图看起来像下图这样。图2.1 系统结构框图由于需要实时检测水位并为花朵补水我们需要在设计中使用水位传感器来检测花盆中的含水量并实时浇水以确保花朵不会因缺水而死亡。水位传感器用作信号输入设备将信号传输到微控制器微控制器接收信号并将其转换为水位信息以做出决定。当确定需要加水时微控制器向水泵发送控制指令控制水泵灌溉花盆。因此水泵是微控制器的驱动模块并作为执行机构。为了演示常见的能量并方便参数的调试本文设计了一个显示模块显示当前水位和设定的浇注阈值信息。按钮系统用作微控制器输入模块向微控制器提供信息而显示器用作输出模块接收和显示微控制器发送的信号。。3 硬件电路设计3.1单片机选择设计3.1.1 单片机芯片1STC89C52单片机的简介图3.1 STC89C52单片机电路原理图STC89C52是一种能量刺激和高活性的CMOS 8位微控制器系统中具有较小的8K可编程闪存。使用Atmel高技术该技术不会被储存技术压平它与89C51的说明书和针头完全兼容。在我的芯片闪存上你可以在系统中编程你的软件它也适合普通软件用户。STC89C52具有以下标准特性8k无位闪存、256位无位RAM、256位RAM、32位I/O门线、狗时、2个数据、3-16位时间/talman、3-16位数时间/talmen、1个矢量2级停止结构、1个向量2级停止结构、全双线、片上晶体振荡器和1小时、256位内存、256位随机存取存储器、32位输入/输出门线、32位I/O门线、RAM、32位数输入/输出门线、2数据、3-16bit时间、3-16并支持两种选择能源的软件选项。在非活动模式下CPU停止运行并允许RAM、时间/数字、常规网关和停止运行。禁用控制可保存RAM内容并停止所有微控制操作直到恢复下一个停止或设置。① 主要性能与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作0Hz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符② STC89C52双列直插式引脚图图3.2 STC89C52双列直插式引脚图③ 端口介绍P0侧P0侧是一个8位双I/O侧具有开放式悬架。所有8-TTL值都可以用作控制版本。当“1”写在第P0页时它被用作高阻抗输入。当访问外部应用程序和数据库时P0网关也会更新为至少8位的地址/数据。在该方法中P0具有内压抗体。在Flash应用程序中P0端口也用于命令工作在确认过程中发布指南。批准的申请需要外部。P1侧P1侧是一个8位两位数的I/O侧带有内部拖升抗体P1输出营地可以运行4-TTL地质值。当“1”写入页面P1时内部上拉位置将上拉页面可用作输入页面。此外P1.0和P1.2用作外围计数P1.0/T2和P1.2。时间/编号2P1.1/T2EX。在闪存编程和确认期间P1端口将收到一个低8位的本地添加。P2侧P2侧是一个8位双I/O侧带有内部拖升抗体P2输出营地可以在地质上运行4-TTL。在P2侧键入“1”时内部上拉位置会拉起该侧并将其用作输入。当您访问外部程序存储器或读取具有16位地址的外部数据存储器如运行MOVX和DPTR时P2页面将发送地址的前八位。在这个应用程序中P2侧使用强大的内部向上拖动来发送1。当在8位地址如MOVXRI输入外部数据时P2页面将释放P2端的内容。在闪存编程和确认期间P2页面还具有高8位家庭增强功能和一些控制功能。P3侧P3侧是一个8位双I/O侧带有内部拖升抗体p2出口可以运行4-TTL地质值。在P3侧键入“1”时内部上拉位置会拉起该侧并将其用作输入侧。当用作口服溶液时由于内部而导致的外部电流IIL暴露。P3门也被用作STC89C52的特殊活动其他活动。在闪存应用和确认过程中P3页面还会收到一些控制标签。2STC89C52的时钟介绍微控制器的工作过程是接收一条指令对其进行解码执行一个操作然后接收另一条指令、对其进行编码并执行微操作。通过这种方式微进程自动逐步完成相应语句指定的功能。每条指令的微操作都是严格按时间顺序排列的不同微操作的时间顺序称为定时。① STC89C52的时钟信号生成方法STC89C52微控制器上的时间通常有两种产生方式一种是内部时钟另一种是外部时钟。STC89C52微控制器具有内部运动通道。只要石英晶体连接到XTAL1和XTAL2微控制器它就会在微控制器内形成自调节的顺时针弯曲。图像中用于输液的C1和C2的活性恒定且快速移动值范围为5-30pF晶体运动速率CYS为1.2-12MHz。② STC89C52的时钟信号晶体振荡器周期最小的时间单位。晶体振荡器信号被分频器分成两个交错的时钟信号P1和P2。时钟信号的周期也称为S状态它是晶体振荡器的两倍周期。也就是说一个时钟周期包含两个晶体振荡器周期。阶段1在每个时钟周期的前半部分有效阶段2在每个时钟循环的后半部分有效。每个时钟周期有两个时钟P1和P2CPU根据两相P1和P2手表的基本时钟控制不同组件的协调。晶体振荡器信号除以12形成一个机器周期。晶体振荡器周期包含12个晶体振荡器周期或6冲程周期。因此每个机器周期的12个晶体振荡器脉冲可以是S1P1、S2P2……S6P6。晶体振荡器周期和机器周期是计算微控制器内其他时间值的基本时间单位。如果晶体振荡器频率为12Hz则机器周期为1us指令周期为1-4us。3单片机中断的介绍设计中使用了外部中断INT0/INT1和定时器T0。它们的中断请求标志是IE0、IE1和TF0。这些中断请求标志由特殊功能寄存器TCON和TMOD的相应位锁定。此设计侧重于中断权限寄存器。① 中断允许IE寄存器控制CPU打开或阻止中断源。在EA0时所有中断请求都被阻止CPU不接受请求。当EA1时CPU打开一个中断。只要来自五个中断源的中断请求可以是1中断就打开。② TMOD工作模式寄存器它用于通过将89H和8位分为两组的字节来选择定时器/选择器的工作模式。用4位高校验T1用4位低校验T0。作业模式说明位M1 M0模式选项M1 M0 4编码选项适用于4种操作模式0模式13位定时器/计数器模式。方法1 16位定时器/计数器方法2自动加载8位定时器/选择器方法3仅适用于T0它将这两个8位数字除。停止计数中断的触发方法电平触发法和下降沿触发法。3.1.2 晶振电路微控制器操作的时间尺度决定了其工作速度。时钟电路是一个振荡电路它向微控制器提供正弦波信号作为参考并确定其执行速度。STC86C52单片机时钟频率范围0~33MHz本电路选择11.0592MHz。电路如图3.3所示。图3.3 时钟电路图3.1.3 复位电路为了确保CPU和系统组件处于第一状态并从初始状态开始运行必须在不同的启动时间重新建立微控制器。89串行微控制器的更新从RST引脚插入施密特触发器。如果系统处于正常工作模式振荡器稳定RST引脚处于高电平并且两个或多个周期24个振荡器周期CPU系统可能会做出反应并损坏。打开重新启动设置按钮并重新启动微控制系统。在此处选择额外按钮。发送额外配置密钥的RST登录按钮应将其最高级别添加到RST登录键中。下一种方法是通过VCC连接到RST端子和正极电源设备之间的按钮。按下按钮后VCC电平5V RST端子将直接施加到其上。如果人类最快的动作能够保持打开状态甚至十毫秒它就可以完成救援时间。工作原理如图3.4所示。当VCC打开时C负载和电压出现在10K驱动器的顶部更新微控制器几毫秒后当C完成时10K电阻将降至0电压将降至0。微控制器将进入工作状态。按S和C键工作。拆下S重新加载C查看高于10 K发动机的电压然后重新发送微控制器。