本發明涉及一種智能控制系統，尤其涉及一種基于51單片機的多點灌溉澆花系統。
背景技術：
：隨著社會科學和生活的發展,人們的生活水平越來越高。在家里養盆花能夠熏陶情趣，同時盆花能夠經過光合作用吸收二氧化碳,優化室內空氣,空氣會格外清新,而且許多花木還可以吸收空氣中的有毒有害氣體,因而,盆花受到越來越多人的歡迎。但人們生活忙碌，經常外出很長時間或者忘記澆花，盆花澆水器可以實現無人澆花解決沒有澆水導致花枯竭的現象[1]。近幾年利用先進技術組裝的新型灌溉設施達到微噴效果，主要是利用水流通過管道系統以一定速度從特制的噴頭噴出，然后就會在空氣中將水柱分散成細小的水滴最后著落在花草植物上，現有技術中，自動控制的設備種類繁多，功能各有千秋，本著精益求精的精神，需要進行不斷的改進與創新。技術實現要素：本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于51單片機的多點灌溉澆花系統。本發明通過以下技術方案來實現上述目的：本發明包括單片機、液晶顯示器、蜂鳴器報警裝置、繼電器驅動裝置、小水泵和三個土壤濕度傳感器，三個所述土壤濕度傳感器均與所述單片機的信號輸入端連接，所述單片機的顯示信號輸出端與所述液晶顯示器連接，所述單片機的報警信號輸出端與所述蜂鳴器報警裝置連接，所述單片機的控制輸出端與所述繼電器驅動裝置連接，所述繼電器驅動裝置與所述小水泵連接。具體的，所述單片機型號為STC12C5A60S2。所述單片機外接有AD芯片，所述AD芯片的型號為ADC0809，三個所述土壤濕度傳感器通過所述AD芯片與所述單片機連接。所述液晶顯示器為型號1602的LCD液晶顯示器。本發明的有益效果在于：本發明是一種基于51單片機的多點灌溉澆花系統，與現有技術相比，本發明利用土壤濕度傳感器對三種不同土壤的濕度進行檢測；用51單片機把三個土壤濕度模擬量轉換成數字量，并顯示于LCD顯示屏上，根據設定值判斷，若需要灌水，則單片機系統會啟動鳴音報警，發出灌水信號，開啟小水泵進行灌水。該設計根據土壤濕度及時灌溉澆水，易于操作,具有方便、快捷和經濟等特點。附圖說明圖1是本發明的系統總方框圖；圖2是本發明的STC12C5A60S2單片機的引腳排列圖；圖3是本發明的單片機的最小系統模塊；圖4是本發明的土壤濕度傳感器模塊電路圖；圖5是本發明的ADC0809的內部結構；圖6是本發明的液晶顯示模塊；圖7是本發明的繼電模塊；圖8是本發明的按鍵模塊；圖9是本發明的蜂鳴器；圖10是本發明的系統流程圖；圖11是本發明的數據處理流程圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明作進一步說明：如圖1所示：本發明包括單片機、液晶顯示器、蜂鳴器報警裝置、繼電器驅動裝置、小水泵和三個土壤濕度傳感器，三個所述土壤濕度傳感器均與所述單片機的信號輸入端連接，所述單片機的顯示信號輸出端與所述液晶顯示器連接，所述單片機的報警信號輸出端與所述蜂鳴器報警裝置連接，所述單片機的控制輸出端與所述繼電器驅動裝置連接，所述繼電器驅動裝置與所述小水泵連接。具體的，所述單片機型號為STC12C5A60S2。所述單片機外接有AD芯片，所述AD芯片的型號為ADC0809，三個所述土壤濕度傳感器通過所述AD芯片與所述單片機連接。所述液晶顯示器為型號1602的LCD液晶顯示器。系統工作原理根據實際情況及系統技術要求,采用STC12C5A60S2微控器作為控制與數據處理的核心以構成三盆灌溉控制系統。用三個土壤濕度傳感器分別對土壤濕度實現采集,所得電流信號經處理得到可用的電壓信號,通過AD轉換成數字信號從而進行處理[3]。系統將檢測得土壤的濕度值,送到LCD顯示電路顯示,實現對土壤濕度的檢測控制，能進行適度范圍設置和顯示,通過其內設程序判斷,如果需要灌水,單片機會自動啟動鳴音報警,然后發出信號,并且會經繼電器放大驅動設備,開啟小水泵去灌水。該系統電路主要由STC12C5A60S2系統電路、濕度檢測電路、顯示電路、輸出控制電路、報警電路等組成。軟件選用C語言編程。單片機就會先把土壤濕度傳感器檢測到的土壤濕度模擬量通過轉換成數字量，然后再會傳輸給控制系統檢測是否該灌溉。系統總方框圖如圖1所示。整個三盆植物灌溉系統的結構包括三個濕度檢測模塊、一個單片機模塊、1602LCD顯示模塊、輸出控制模塊和報警模塊等。運用三個土壤濕度傳感器來更好的檢測三盆盆花的土壤濕度，并逐個傳送給單片機有單片機的ADC模塊將土壤濕度傳感器傳來的模擬量轉換成數字量，并且實現1602液晶顯示模塊能夠將測得的土壤濕度以及濕度預值顯示出來，根據內設程序進行判斷控制報警電路，實現小水泵的控制，灌溉時顯示時間及流量。單片機根據設定的程序作出判斷后，來控制繼電器工作，小水泵是設備的執行設備，用來控制水的流通和截止，因此可以實現電能到機械能的轉換。濕度傳感器的灌水信息會傳達給單片機，若需要灌水,一般單片機就會啟動蜂鳴器進行鳴音報警，發出灌水信號。控制器件的選取整個控制核心采用的是STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2用的是單片機的內部ADC采集，P1口可以配置為8路ADC采集，而AT89C51單片機內部沒有ADC，如果用AT89C51單片機的話，則需要外接AD芯片。STC12C5A60S2單片機的主要特點：增強型8051CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統8051；工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.5V(5V單片機)，工作頻率范圍：0～35MHz，相當于普通8051的0～420MHz；用戶應用程序空間60K字節；片上集成1280字節RAM；通用I/O口，復位后為：準雙向口/弱上拉，可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏；內部集成MAX810專用復位電路；外部掉電檢測電路：在P4.6口有一個低壓門檻比較器5V單片機為1.33V；A/D轉換，10位精度ADC，共8路；工作溫度范圍：-40～+85℃(工業級)/0～75℃(商業級)[4]。STC12C5A60S2內部結構及管腳排列如圖2所示。各引腳功能簡單介紹如下：VCC：供電電壓；GND：接地；PSEN：外部程序存儲器的選通信號；EA/VPP：當EA保持低電平時，訪問外部ROM；RST：復位輸入；ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節[5]。P1口如表1所示。表1P1口引腳其他功能端口引腳端口引腳P1.0ADC輸入通道0；獨立波特率發生器的時鐘輸出P1.2ADC輸入通道2；第二串口數據接收端；PCA計數器外部脈沖輸入腳P1.3ADC輸入通道3；第二串口數據發送端；外部信號捕獲P1.5ADC輸入通道5；SPI同步串行接口的主出從入P1.6ADC輸入通道6；SPI同步串行接口的注入從出P3口如表2所示。表2P3口引腳其他功能端口引腳復用功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT1(外部中斷1)P3.5T1(定時器1的外部輸入)P3.6WR(外部數據存儲器寫選通)P3.7RD(外部數據存儲器讀選通)系統硬件設計單片機的最小系統模塊本模塊時單片機的最小系統，既晶振、復位電路、電源。外帶以A08103J的直插排阻作為P0口的上拉電阻使用。如圖3所示。復位電路是進行復位操作完成單片機片內電路的初始化的操作，它可以使單片機從一種確定的狀態開始運行。單片機完成復位操作是它的復位引腳(RST)出現5ms以上的高電平時。若單片機一直處于循環復位狀態而違法執行程序，那么RST肯定是持續為高電平。因此要求復位后能夠脫離復位狀態。根據這個要求，這里采用的是電平按鈕復位方式。上電后，會使電容進行充電，從而復位引腳RST會持續一段高電平的時間。當單片機在運行時要實現上電且開關復位的操作，就可以按下復位鍵使RST持續一段時間的高電平就行了。土壤濕度傳感器用好質量的土壤傳感器做土壤濕度的檢測，一般表面用鍍鎳處理，也含有較高的導電性能，可以有效的避免接觸土壤容易生銹的問題，增加使用的時間；此傳感器調節控制相應閥值用的是電位器[6]，當濕度低于設定值時，DO輸出為高電平，濕度高于設定值時，DO輸出為低電平；比較器采用LM393芯片，工作穩定；工作電壓3.3V-5V；設有固定螺栓孔，方便安裝。如圖4所示。土壤濕度采集與顯示系統以單片機STC12C5A60S2為控制核心，通過軟件設計來實現具體的動作要求。土壤的濕度是由ADC0809和兩個點位器進行模擬并送入單片機，通過單片機的I/O口把檢測到的土壤濕度值用LCD顯示出來[7]。與此同時，系統在智能澆水設置情況下，用這個濕度值和之前設定好的澆水的上下值進行對比，如果低于下限值，那么單片機會發出一個控制信號，系統就會開始澆水。如果高于上限值時，單片機就會再發出一個控制信號，那么系統就會自動地停止澆水。土壤濕度選用YL-69傳感器進行采集，傳送給單片機P1.6口進行AD轉換，進而得出濕度值。在系統中，YL-69濕度傳感器的最核心功能是采集數據[8]。STC12C5A60S2單片機、ADC0809、電位器、LCD顯示屏、電阻等組成了土壤濕度檢測與控制系統。單片機的P0.0-P0.7是D0-D7通過排RESPACK8連接的對于LCD顯示屏而言，E、R/W、RS與P3.7、P3.6、P3.5連接。土壤濕度的閥值調節是用電位器來調節；與單片機直接相連的是數字量的輸出DO，高低電平是要通過單片機來檢測，這樣就可以檢測土壤濕度；經AD轉換可以得到更精確數值。ADC0809的內部結構ADC0809由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D/A轉換器、逐次逼近，是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器。如圖5所示。液晶顯示模塊用液晶顯示器當作輸出器件在單片機系統中的優點：顯示質量高；數字式接口；體積小、重量輕；功耗低。顯示器在系統中的作用，顯示三個傳感器的測量的土壤濕度百分比以及澆花所用的時間和水流量。1602LCD各引腳接口說明如表3所示。表31602LCD引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極1602液晶模塊的內部控制器總共包含有11條控制指令。在1602液晶模塊中通過指令編程來實現的有讀寫操作、屏幕和光標的操作。LCD液晶顯示器的RS、RW、E管腳連接單片機的P2.0、P2.1、P2.2。LCD液晶顯示器的D0-D7引腳和單片機的P0.0-P0.7引腳相連接。1602顯示電路如圖6所示。LCD1602液晶顯示屏的工作電壓是4.5V到5.5V，系統中采用5V電源供電，第3個引腳是顯示對比度調整輸入端，可以外接10kΩ可調的電阻，用來調節顯示的亮度。LCD液晶顯示屏可以顯示澆花時間、水流量大小以及多盆花的土壤濕度，可以實時直觀的體現。液晶顯示器的液晶屏的工作電壓與單片機是一樣的都是+5V。Vo(3管腳)為液晶屏驅動電源。液晶屏的對比度是由這個管腳的電平來確定的，一般情況調整對比度可以用一個分壓器控制Vo管腳的電壓來調整。RS(4管腳)為命令/數據選擇線。數據總線DB0--DB7上的信號是命令或者是顯示數據一般都是由RS狀態來確定的。當RS＝0時，DB0--DB7的信號視為命令數據。當RS＝1時，DB0--DB7的信號則作為液晶屏的顯示數據。R/W(5管腳)為讀/寫控制線。從液晶屏讀數據或者向液晶屏寫數據是用它來控制的。當R/W＝0時，寫數據。當R/W＝1時，讀數據。E(6管腳)為使能端。把數據讀入液晶屏是從數據總線DB0--DB7上是讓該管腳來控制的。數據總線DB0--DB7的數據被讀入液晶屏上的時候是該管腳上的電平變化即由1向0變化時。DB0--DB7(7--14管腳)為數據總線。單片機要是向液晶屏送入命令或數據一般都是會通過這8位數據總線，就是因為這8位數據總線是它數據交換的通道。由于單片機P0口沒有自帶上拉電阻，當P0口作為單獨的I/O口時必須加上拉電阻。+LED、-LED(15、16管腳)為液晶屏背光供電端。這兩個管腳是液晶屏背光供電端，正常工作的電流約在190mA左右。繼電模塊由于單片機是一個弱點器件，為使它能夠控制小水泵的運轉，為此，加入了繼電模塊。要讓它達到繼電器驅動小水泵是用單片機控制繼電器然后才實現的。因為繼電器和小水泵的線圈本身電感量很大，通斷時電流、電壓變化很大容易干擾到單片機，采取光耦隔離，小水泵和單片機單獨供電，如圖7所示。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。按鍵模塊按鍵的兩個端口其中的一端接單片機的I/O口，另一端接地，如果某個按鍵按下時則相應的I/O就會輸入低電平。如圖8所示。按鍵模塊K2、K3、K4、K5分別用于設置按鍵、設置加、設置減、移屏按鍵。蜂鳴器報警模塊單片機不能直接驅動蜂鳴器，因為蜂鳴器的電流較大，而單片機引腳的輸出電流達不到要求，而且當電流過大時對單片機的I/O有損傷。通常會用到一個三極管驅動，通過三極管將電流放大因而才會達到有效的驅動蜂鳴器。那么下面就是單片機與蜂鳴器的接線圖如圖9所示。系統工作流程如圖10。系統主要有土壤濕度檢測、LCD液晶的顯示、繼電器控制和功能按鍵等部分組成，首先是對各個部分的初始化，然后系統對濕度進行實時的采集，并將其送到單片機中進行數據轉換并放到相應的存儲單元，并調用顯示子程序使液晶1602顯示、再來判斷濕度是否達到預設值，如果達到就不用灌水，如果低于預設值，則蜂鳴器鳴響報警，并啟動小水泵進行灌水。A/D轉換初始化、液晶初始化顯示、定時器中斷系統初始化是包含在初始化程序中。濕度采集電路中，濕度傳感器YL69一般會選擇模擬信號輸出口與單片機的A/D轉換口P1.6進行連接。在傳輸過程中需要單片機先向濕度的輸入口發送低電平的信號作為數據接受的起始信號，發送的低電平信號必須得維持到一定長的時間來保證要讓土壤濕度模塊能夠檢測到系統發出來的起始信號。接收到單片機數據接收的開始信號后，并等這個低電平信號結束，然后發送低電平響應信號。在這個子函數當中，其中調用了讀取函數，傳送函數的實際是設置了系統的正確的采集頻率。在這個程序當中，一個重要的任務是完整的準確無誤的將采集到的數據輸送到單片機中進行數據處理，這就需要嚴格的按照濕度傳感器數據傳送的方式進行數據采集，正確的安排每一采集步驟的時間，以免使系統產生誤判。數據處理流程如圖11所示。數據處理主要是把濕度采集的程序采集到的數據進行進一步的判斷和轉變。在這個程序當中，將濕度傳感器傳送過來的數值進一步的處理，將其轉變為10進制數值，作為液晶的顯示數據。再通過用算數平均值的濾波方法對數據做更進一步的處理。因而軟件濾波發揮著很重要的作用在嵌入式的數據采集和處理時。顯示子程序本設計系統采用LCD液晶顯示進行動態的顯示所采集到的土壤的濕度值、閾值、澆水時間以及流量。流程圖如圖10。顯示初始化，在這一步進行初始化及設置顯示模式等操作，包括設置顯示方式、延時、清理顯示緩存、設置顯示模式。一般是先設置一定的顯示模式在液晶模塊的初始化中，在液晶模塊顯示字符時光標是不會有人為影響作用，它是自己向右進行移動的。先要看一下液晶模塊是不是在忙的狀態中，這是在每次輸入指令前必須做的。要先看看是不是模塊的忙標志為低電平，如果是則表示不忙，不然這個指令是沒有效果的，這是在執行每一條指令之前一定做的，因為液晶顯示模塊是一個慢顯示器件。明確模塊在哪個位置顯示字符，就是要先輸入顯示字符地址在顯示字符時。存儲了160個不同的點陣字符圖形在1602液晶模塊內部的字符發生存儲器(CGROM)中，顯示時模塊將會把地址中的點陣字符的圖形在其中顯示出來，因為每一個字符都是會有有一個固定的代碼。系統的調試對于該電路的制作設計，使用的繪圖工具為PROTEL99SE。電路原理圖設計模塊原理圖編輯器，實物制作模塊根據原理圖進行實物的焊接。硬件調試通電前測量：首先在沒有連接電源的時候，電路板上電源VCC和GND用萬用表通斷檔測量看會不會短路，如果短路排除故障，還需要繼續測量。在沒有連接電源的時候，一定要好好清除電路板上的所有的雜物即容易造成短路的雜物，并且清理電路板下面桌子上的雜物，一定不能將焊接好的電路板放到導體上面，避免形成短路。按鍵和顯示電路就是之前在工作時制作完成的與單片機最小系統電路的并行總線對接，按鍵和顯示電路的控制程序用KEILC51為其編寫。把寫完的程序下載到單片機中讓它完成工作。看程序設計意圖是不是跟按鍵和顯示電路的現象相同，如果現象不是一樣的，寫下來認真檢查檢查尋找錯誤的原因，然后修改一下程序或電路。結論三盆盆栽自動澆水設備，也就是此次的多點灌溉設計設備，采取的參考是電子類自動澆水設備的工作原理，土壤濕度檢測和操作系統是用單片機的控制技術和濕度采集線路構成的為了智能控制系統及時的澆水采用數碼電路控制操控。盆栽的智能澆水設備由好幾個部分構成，包括計數器的調控和顯示以及土壤濕度的收集和顯示ADC08009和兩個電位器搭配作為土壤濕度收集和顯示的傳感電路AT89C51單片機作為檢測濕度結果的接收器，然后是讓LCD液晶顯示屏顯示單片機的I/O口輸出。盆花澆水的參考值也是要根據這個時候的濕度值來確定的。三個花盆的土壤濕度值，范圍以及狀態：第一個土壤濕度的值，小于設定濕度值下限時，就會報警；第一個土壤濕度的值，一般小于設定時濕度值的下限時，繼電器吸合，小水泵澆水；第一個土壤濕度的值，大于設定時濕度值的下限時，繼電器彈開，關閉小水泵澆水；第一個土壤濕度的值，小于設定濕度值下限時，傳感器就會發出信號報警。如果第一個開始澆水，計算澆水時間，以及澆水流量，第二次澆水來臨，自動清零，其它兩個土壤濕度監測，如果不在設定的范圍內報警，液晶顯示是哪個花盆不在范圍，哪個就會報警。此次的畢業設計，讓我對于許多元器件的具體功能和屬性有了更深層次的了解，而我也實際意義上的接觸了系統的控制，即使不是太復雜的系統，但也對我的設計能力有了較大的提升，比方說系統的應用、經濟等特性和組裝所需條件。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3