海西蒙古族藏族自治州网站建设_网站建设公司_模板建站_seo优化

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

ABSTRACT

Nowadays, 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 words：singlechip; Automatic watering; sensor

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1课题背景及其研究意义 1
1.2国内外发展现状 1
1.3本文研究内容 3
2 系统方案论证和工作原理 4
2.1 设计方案的论证 4
2.1.1主控制器模块 4
2.1.2湿度检测模块 4
2.1.3显示模块 5
2.2 结构框图 5
3 硬件电路设计 7
3.1单片机选择设计 7
3.1.1 单片机芯片 7
3.1.2 晶振电路 11
3.1.3 复位电路 12
3.2 DS18B20温度传感器模块 13
3.3按键电路设计 14
3.4 LCD显示电路设计 14
4 程序软件系统设计 16
4.1 Keil程序开发环境 16
4.2主程序设计 17
4.2 DS18B20数字温度传感器模块设计 18
4.3 显示子程序设计 19
4.4 按键子程序设计 20
5 仿真功能测试 22
5,1 系统功能测试 22
5.2 测试结论 24
6 结论 25
参考文献 26
致谢 27

1 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
（1）AT89C51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]。
（2）STC89C52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]。
（3）STC89C52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
（1）STC89C52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：0Hz～33Hz
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2（P1.1/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MOVX+RI）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。
（2）STC89C52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P2，CPU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EA=0时，所有中断请求都被阻止，CPU不接受请求。
当EA=1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。