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摘 要：隨著社會(huì)發(fā)展，無論是家庭，辦公或者學(xué)習(xí)等場(chǎng)合，人們?cè)桨l(fā)喜歡盆景一般的植物，對(duì)于植物而言，光照與土壤濕度的影響至關(guān)重要，但在光照無法控制的條件下，大眾可通過控制其濕度方面來使植物更加趨近合適的自然環(huán)境，然而，傳統(tǒng)的測(cè)量和實(shí)施方法具有顯著的局限性和不足。該系統(tǒng)基于51單片機(jī)，土壤濕度檢測(cè)模塊采集的信息傳給ADC0832，單片機(jī)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換處理信息，使其信息展現(xiàn)在LCD1602液晶顯示屏上，并通過程序初始化的設(shè)置其上下限，最后可通過自動(dòng)或手動(dòng)兩種方式使水泵在需要的時(shí)候進(jìn)行澆水驅(qū)動(dòng)，使其土壤溫濕度達(dá)到一個(gè)理想值。
引言
當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步使得人們生活水平大幅度提高，人們得以在閑暇之際發(fā)展自己的愛好或者是提高生活質(zhì)量，因而會(huì)選擇購買盆景放置室內(nèi)生活的地方或者自己工作的地方，除了美化環(huán)境舒緩心情的作用外，盆花更是能吸收空氣的二氧化碳轉(zhuǎn)換為氧氣，達(dá)到凈化空氣的作用。
對(duì)于植物來說，除了光照，最直接的影響就是土壤的濕度了，但是現(xiàn)代人的生活方式的節(jié)奏加快，可能做不到及時(shí)觀看植物濕度變化而適度澆水，導(dǎo)致植物的水分很有可能不足或者過度，絕大部分百姓養(yǎng)殖植物經(jīng)驗(yàn)不足，并不能掌握對(duì)土壤濕度的控制，或者可能用戶出門旅游而可能長(zhǎng)時(shí)間不能照看植物，就會(huì)出現(xiàn)植物在家無人照看的局面。而本系統(tǒng)可通過數(shù)字與模擬的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控環(huán)境變化，結(jié)合相應(yīng)植物的生長(zhǎng)需求，可實(shí)現(xiàn)在人為培養(yǎng)的條件下最大程度模擬自然環(huán)境，通過電子器件自動(dòng)或人工模式使植物所需濕度達(dá)到最佳狀態(tài)。同時(shí)因?yàn)榫哂惺謩?dòng)模式可調(diào)，哪怕是換了一種植物，也可很簡(jiǎn)單直接操作系統(tǒng)調(diào)到相應(yīng)的濕度。該系統(tǒng)是基于STC89C51單片機(jī)的自動(dòng)花澆水的檢測(cè)，關(guān)于此系統(tǒng)的運(yùn)用更加適合個(gè)體和小范圍的培養(yǎng)，更加實(shí)惠且方便觀察控制，可發(fā)展以家庭，上班人士及學(xué)生黨進(jìn)行養(yǎng)殖植物的好管家。
本次設(shè)計(jì)在于單片機(jī)，濕度檢測(cè)采集，顯示電路，蜂鳴器電路，按鍵電路設(shè)計(jì)和澆水驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成。主要采用STC89C51單片機(jī)，運(yùn)用C51語言編程。土壤檢測(cè)的模擬量放大轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過單片機(jī)內(nèi)程序控制精確的將濕度顯示在顯示屏上，若是檢測(cè)濕度低于上限，就需要驅(qū)動(dòng)小水泵進(jìn)行澆水直到濕度大于上限，若是檢測(cè)濕度低于下限，蜂鳴器就會(huì)響，也算是提醒用戶小水泵盛水工具應(yīng)該是沒水了。
1、系統(tǒng)整體實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)由硬件和軟件組成，基于單片機(jī)做核心控制部件，分為土壤檢測(cè)模塊，水泵模塊，液晶顯示模塊，濕度控制模塊，復(fù)位及晶振模塊。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖1所示。
圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)模塊
2、系統(tǒng)硬件部分介紹
2.1：STC89C51單片機(jī)
STC系列單片機(jī)具有獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具有高性能，高可靠，抗干擾性強(qiáng)且價(jià)格實(shí)惠的特點(diǎn)值得用戶優(yōu)先選擇。STC系列單片機(jī)屬于8051內(nèi)核單片機(jī)。
51的 主要性能:
兼容MCS-51微控制器產(chǎn)品，8K字節(jié)系統(tǒng)可編程閃存，1000次擦除和寫入周期，全靜態(tài)操作：0Hz~33Hz，三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器，32個(gè)可編程I / O線，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源，全雙工UART串行通道，低功耗空閑和掉電模式，中斷可以在掉電后喚醒，看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。原理圖如下圖2所示：
圖2 STC89C51單片機(jī)
2.2：復(fù)位及時(shí)鐘電路
時(shí)鐘電路通過反相器或者震蕩電路，利用晶振的頻率穩(wěn)定性生成系列穩(wěn)定的頻率信號(hào)，然后再對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行調(diào)理作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，而復(fù)位電路則是利用電阻和電容進(jìn)行充放電，當(dāng)復(fù)位開關(guān)按下時(shí)，復(fù)位引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由高電平緩慢下降的電壓曲線，當(dāng)電壓閾值達(dá)到復(fù)位電壓閾值時(shí)，便使系統(tǒng)產(chǎn)生一次硬件復(fù)位。原理圖如下圖3所示：
圖3 復(fù)位及時(shí)鐘電路
2.3：ADC0832芯片
ADC0832是一款8引腳雙列直插雙通道A / D轉(zhuǎn)換器，可對(duì)兩路模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對(duì)于單端輸入模式和差分模式皆可使用。 ADC0832使用串行通信進(jìn)行通道選擇，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。 8位分辨率（高達(dá)256級(jí)分辨率）可以適應(yīng)一般的模擬轉(zhuǎn)換要求。內(nèi)部電源輸入和參考電壓是多路復(fù)用的，因此芯片的模擬電壓輸入在0到5V之間。具有雙數(shù)據(jù)輸出可用作數(shù)據(jù)驗(yàn)證，以減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，快速轉(zhuǎn)換速度和強(qiáng)穩(wěn)定性。獨(dú)立的芯片使能輸入使多器件安裝和處理器控制更加方便。原理圖如下圖4所示：
圖4 ADC0832
2.4：LCD1602液晶顯示電路
液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性來通過電壓控制顯示區(qū)域。有電時(shí)，顯示顯示，以便顯示圖形。適用于大規(guī)模集成電路的直接驅(qū)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示。它已廣泛用于便攜式計(jì)算機(jī)和數(shù)碼相機(jī)。PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。原理圖如下圖5所示：
系統(tǒng)中液晶顯示屏第一層顯示土壤檢測(cè)出來的濕度(shidu)，第二行為初始化的濕度上限(sh)和濕度下限(sl)，第二層已經(jīng)經(jīng)過軟件變成設(shè)置為可手動(dòng)的設(shè)置，通過按鍵模塊可進(jìn)行設(shè)置濕度上限和下限的范圍數(shù)字或者減少，以應(yīng)對(duì)不同植物需要土壤濕度的不同。當(dāng)處于手動(dòng)模式下，液晶顯示屏數(shù)字有光標(biāo)顯示即為可調(diào)節(jié)模式，當(dāng)手動(dòng)模式關(guān)閉是，液晶顯示屏第一行顯手動(dòng)模式拼音（shoudong moshi），第二行顯示關(guān)的拼音（guan）。
圖5 LCD1602液晶顯示器
2.5：蜂鳴器報(bào)警電路
當(dāng)溫度低于濕度下限的時(shí)候，這時(shí)候土壤濕度處于最低的濕度范圍，蜂鳴器響起提醒用戶緊急加水，同時(shí)可能盛放小水泵的工具內(nèi)沒有水了，當(dāng)植物脫離最低下限的時(shí)候蜂鳴器就會(huì)自動(dòng)停止聲響。報(bào)警電路原理圖如下圖6所示:
圖6 蜂鳴器報(bào)警電路
2.6：水泵電路
將小水泵放進(jìn)一個(gè)盛水工具里面，當(dāng)濕度低于最高上限的時(shí)候，電機(jī)啟動(dòng)，小水泵開始抽水澆灌。當(dāng)濕度超過最高上限時(shí)，電機(jī)自動(dòng)停止，結(jié)束澆水。其電路原理圖如下圖7所示：
圖7 水泵電路
2.7：按鍵電路
按鍵1為設(shè)置鍵，設(shè)為自動(dòng)模式或手動(dòng)模式，按鍵1第一次按下，手動(dòng)模式開啟有光標(biāo)在濕度上限后面閃爍，第二次按下閃爍在濕度下限，此時(shí)按鍵2按下表示加一，按鍵3按下表示減一，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)濕度所需的上下限，第三次按下按鍵1關(guān)閉手動(dòng)模式，此時(shí)液晶顯示屏上有拼音字幕出現(xiàn)。其按鍵原理圖如下圖8所示：
圖8 按鍵電路
3、總體原理圖
如下圖9所示：
圖9 總體原理圖
4、系統(tǒng)原理及總流程圖
原理：該系統(tǒng)通過土壤濕度檢測(cè)與ADC0832配合為感應(yīng)電路，將檢測(cè)的值送給STC89C51單片機(jī)中，再由單片機(jī)的I/O口輸出到LCD1602液晶顯示屏上進(jìn)行顯示，此時(shí)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，及在初始化的濕度上下限范圍內(nèi)自動(dòng)檢測(cè)并執(zhí)行，第二部分即是人為控制溫濕度上下限，使其處在一個(gè)合適的范圍，同時(shí)可以使用戶即使換了一種植物不能繼續(xù)使用，當(dāng)濕度大于上限時(shí)蜂鳴器關(guān)，電機(jī)關(guān)，濕度小于上限大于下限時(shí)電機(jī)開，蜂鳴器關(guān)，當(dāng)濕度小于濕度時(shí)，電機(jī)開，蜂鳴器開�？偭鞒虉D如圖10所示：
圖10 系統(tǒng)總流程圖
5、實(shí)物展示
此時(shí)土壤濕度為94%，系統(tǒng)設(shè)置濕度上限為90%，濕度下限為25%，及此時(shí)蜂鳴器關(guān)，電機(jī)關(guān)。如圖11于圖12：
圖11 圖12
6、結(jié)束語
該系統(tǒng)的研發(fā)即是為了方便現(xiàn)代人的生活，使其能在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會(huì)享有田園一般的生活，卻又不用因?yàn)闊o法掌控植物的生活習(xí)性而造成植物生長(zhǎng)趨勢(shì)萎靡或死亡的情況出現(xiàn)，無論是用戶對(duì)植物了解不足，還是因?yàn)橐鲩T一小段時(shí)間旅游，都不用在擔(dān)心植物的生長(zhǎng)狀態(tài)了，充分達(dá)到了既美化生活，又方便簡(jiǎn)單的操作意向。
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基于51單片機(jī)控制花盆土壤濕度.docx
2020-6-1 16:58 上傳
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自動(dòng)花澆水文檔
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