【正文】 控制系統(tǒng)檢測 ........................................ 71 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 V 總結(jié) .................................................................. 73 致謝 .................................................................. 74 參考文獻 ................................................................. 75 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 選題的目的和意義 隨著社會生活的進步，人們的生活質(zhì)量越來越高。在家里養(yǎng)盆花可以陶冶情操、豐富生活。同時， 盆花通過光合作用可吸收二氧化碳，凈化室內(nèi)空氣 ，在有花木的地方 空氣中陰離子聚積較多，所以空氣 也 特別清新 ，而且 有許多花木還可吸收空氣中的有害氣體 ，因此，養(yǎng)盆花如今被許多的人所喜愛。 盆花澆水量是否能做到適時適量，是養(yǎng)花成敗的關(guān)鍵。但是，在生活中人們總是會有無暇顧及的時候，比如工作太忙或者出差、旅游等。 花草生長問題 80%以上是由花兒澆灌 問題引起；好不容易種植幾個月的花草 ,因為澆水不及時，長勢不好，用來美化家園的花草幾乎成了“雞肋”；不種植了吧，家中沒有綠色襯托感覺沒有生機；保留吧，花草長得不夠旺盛，還影響家庭裝飾效果。 雖然目前 市面上 有 賣 盆花自動澆水器的，但價格十分的昂貴，并且大多只能設(shè)定一個定時澆水的時 間，很 難做到給盆花適時適量澆水。也有較經(jīng)濟的 盆花缺水報警器， 可以提醒人們及時的給盆花澆水?？墒沁@種 報警器只能報警，澆水還 是 需要人們親自動手。當家里無人時，即使報警也無人澆水，就起不到應(yīng)有的作用了。 因此，我想通過設(shè)計一種集盆花土壤濕度檢測，自 動澆水以及蓄水箱自動供水于一體的盆花自動澆水系統(tǒng)。讓盆花在人們無暇照顧時也能得到及時的澆灌。 自動澆花器的誕生背景 及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 微噴系統(tǒng)是近幾年利用國內(nèi)外先進技術(shù)組裝的新型灌溉設(shè)施，主要是利用水流通過低壓管道系統(tǒng)以一定速度從特制的噴頭噴出，在空氣中分散成細小的水滴，著落在花草植物、作物及周圍的地面上，從而達到及時補充水分的目的。該系統(tǒng)具有用水量少、沖擊力小的灌溉特性，適用于栽培密度大、植株柔軟細嫩的植物。 自動澆花器 的誕生是隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快而誕生的一種懶人園藝用品。它把微噴的概念應(yīng)用于家庭盆花澆灌中，通過相應(yīng)的改進，達到合理給盆花自動澆水的目的。 早在很多年前，國外就已經(jīng)開始普及，國內(nèi)使用的電子類 自動澆花器 多數(shù)從國外進口的，價格昂貴，但質(zhì)量比較可靠。不過這并不太適用于國內(nèi)，目前國內(nèi)外比較流行的是玻璃制作的 自動澆花器 。這種類型的澆花器多數(shù)在我國山西和浙江一帶加工生產(chǎn)的，價格比較低廉，實用性沒有電子類自動澆花器好。隨著國內(nèi)居民消費水平和生活質(zhì)量的提高，居家園藝市場異?；鸨?，但是由于生活節(jié)奏加快，種花容易養(yǎng)花難的問題暴露出河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 2 來，而養(yǎng)花最重要的問題就是澆水問題，研究表明花草 80%以上的死亡由于澆水不及時引起，因此國內(nèi)商家已經(jīng)看到了這種需求潛力。目前這類小居家用品的廠家主要集中在廣東，上海，浙江一帶?，F(xiàn)在市面上所出售的自動澆花器主要有以下 幾類： ⑴ 電子類自動澆花器 電子類自動澆花器又叫時控噴淋裝置，系統(tǒng)構(gòu)成為：主機（或者控制器）、主管（可以是花園管也可以是 4/7mm的微噴淋管）、分水接頭 (3通、 4通、 5通、 6通、分水器）、副管 (3/5mm)噴淋管（霧化噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭、折射霧化噴頭等）。 電子類自動澆花器根據(jù)電源的不同分為交流電自動澆花器和電池自動澆花器兩種?？刂破鞯囊话阈阅苡校弘姶砰y控制；智能時控電路?微電腦芯片控制；適用電源為AC220V/50HZ；最適宜水壓 ；待機功率（ 4VA，澆水時＜ 12VA）；可控制連續(xù)作業(yè)時間 是 1分鐘至 168個小時；可每天自動完成十次以上澆水作業(yè)，可每天、隔天、隔多天自動循環(huán)進行澆水，手動自動兩用；每天計時誤差小于正負 3秒；電器適應(yīng)環(huán)境溫度為 10～ 50℃；相對濕度＜ 90%RH。 ⑵ 玻璃、陶瓷類自動澆花器 玻璃、陶瓷類自動澆花器又叫自動滲水裝置，它由本身材質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)器具的物理滲水原理完成自動澆灌，當自動澆水器內(nèi)部存水，自身形成一定的壓力，當遇到干燥的土壤，水就會自上而下的流出，當土壤濕潤以后，會形成一個堵塞壓力，從而導(dǎo)致水流速度變慢或者停止。器具工藝不同，效果也不一樣，當然也因土壤 的疏松情況決定器具內(nèi)水流的速度。 當前傳感器技術(shù)與單片機技術(shù)發(fā)展迅速，其應(yīng)用逐步由工業(yè)、軍事等領(lǐng)域向其他領(lǐng)域滲透，已經(jīng)和我們的日常生活息息相關(guān)。而且智能家居概念也越來越受人們的推崇，因此，微電腦控制的電子類自動澆花系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景。 本次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計一種單片機控制的自動澆水系統(tǒng) ,實現(xiàn)室內(nèi)盆花澆水的自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對土壤的溫濕度進行監(jiān)控 ,并對作物進行適時、適量的澆水。其核心是單片機和溫濕度傳感器以及澆水驅(qū)動電路構(gòu)成的檢測控制部分。主要研究土壤濕度與澆水量之 間的關(guān)系、澆灌控制技術(shù)及設(shè)備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個部分。檢測部分，單片機選用 AT89C51單片機，溫濕度傳感器選用 SHT11溫濕度傳感器。 SHT11采用 COMSens專利傳感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準 I2C河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 3 總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)。軟件選用 C51 語言編程。土壤溫濕度傳感器可將檢測到的土壤溫濕度模擬量放大轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過單片機內(nèi)程序控制精確的將溫度與濕度分別顯示在 LCD 顯示屏上，同時通過單片機內(nèi)的中斷服務(wù)程序判斷是否要給盆花澆水 ,若需澆水 ,則單片機系統(tǒng)發(fā)出澆 水信號 ,并經(jīng)放大驅(qū)動設(shè)備 ,開啟電磁閥進行澆水 ,若不需澆水 ,則進行下一次循環(huán)檢測。在澆水系統(tǒng)中也同時設(shè)計一個手動澆水部分，系統(tǒng)工作時通過設(shè)置鍵的按下與否來選擇澆水系統(tǒng)的工作方式。土壤澆水驅(qū)動電路采用繼電器開關(guān)電路，蓄水箱水位報警以及自動上水部分采用純硬件控制。 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 4 AT89C51 單片機 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片 機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 單片機的基本組成 AT89C51由一個 8位的微處理器， 128KB片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM， 21 個特殊功能寄存器 SFR， 4KB片內(nèi)程序存儲器 Flash ROM， 64KB可尋址片內(nèi)外統(tǒng) 一編址的 ROM， 64KB可尋址片外的 RAM， 4個 8位并行 I/O接口（ P0— P3），一個全雙工通用異步串行接口 UART，兩個 16位的定時器 /計數(shù)器，具有位操作功能的布爾處理機及位尋址功能的五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)以及片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。其基本組成框圖如圖 21所示。 圖 21 AT89C51 的基本組成 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 5 AT89C51 主要特性 AT89C51 主要特性 有 ： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明 AT89C51的引腳 圖 如圖 22所示。各引腳的具體說明如下： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P0口 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 6 個 TTL 門電流，當 P2口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電 阻拉高，且作為輸入。并因此 作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口 當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八 位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫 時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址 信號和控制信號。 圖 22 AT89C51 引腳圖 P3口： P3口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電 流。當 P3口寫入 “1”后， 它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入 口 。作為輸入，由于外部下拉為低電平 ， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如表 21 所示 。 同時 ， P3口為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號 。 表 21 P3 口的特殊功能 引腳 名稱 功能說明 引腳 名稱 功能說明 RXD 串行輸入口 T0 記時器 0 外部輸入 TXD 串行輸出口 T1 記時器 1 外部輸入 INT0 外部中斷 0 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 INT1 外部中斷 1 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 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地位 河南理工大學(xué) 2021 畢業(yè)設(shè)計說明書 7 字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA /VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 單片機的存儲器 在單片機中，存儲器分為程序存儲器 ROM和數(shù)據(jù)存儲器 RAM，并且兩個存儲器是獨立編址的。 AT89C51單片機芯片內(nèi)配置有 8KB（ 0000H～ 1FFFH）的 Flash程序存儲器和 256字節(jié)（ 00H～ FFH）的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，根據(jù)需要可外擴到最大 64KB的程序存儲器和 64KB的數(shù)據(jù)存儲器，因此 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu)可分為 4部分：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。如果以最小系統(tǒng)使用單片機，即不擴展，則 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu)就較簡單：只有單片機自身提供的 8KB Flash程序存儲器和 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM。 圖 23給出了 AT89C51單片機的存儲器分布空間。左側(cè)線框中為單片機自身提供的8