【正文】 子類自動(dòng)澆花器（時(shí)控臨噴裝置 )該系統(tǒng)主要構(gòu)成為：主機(jī)（或者控制器）、主管、分水接頭、副管噴淋管。時(shí)控臨噴澆花裝置根據(jù)電源的不同分為交流電自動(dòng)澆花器和電池自動(dòng)澆花器兩種。控制器的一般性能有：電磁閥控制；智能時(shí)控電路微電腦芯片控 制；適用電 AC220V/50HZ；最適宜水壓 ；待機(jī)功率（ 4VA，澆水時(shí)＜ 12VA）；可控制連續(xù)作業(yè)時(shí)間是 1 分鐘至 168 個(gè)小時(shí)；可每天自動(dòng)完成十次以上澆水作業(yè)，可每天、隔天、隔多天自動(dòng)循 環(huán)進(jìn)行澆水，手動(dòng)自動(dòng)兩用；每天計(jì)時(shí)誤差小于正負(fù) 3 秒；電器適應(yīng)環(huán)境溫度為 10～ 50℃； 3 相對(duì)濕度＜ 90%RH[5]。 研究方法和手段 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的自動(dòng)澆花系統(tǒng)。所有節(jié)點(diǎn)按照在 網(wǎng)絡(luò)中的功能不同分為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)和控制器節(jié)點(diǎn)。單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn) ,它作 為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心 ,存放所有的控制策略 ,它能接收傳感器節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送的數(shù)據(jù) ,通過智能判斷后 ,再把灌溉命令發(fā)送給控制器節(jié)點(diǎn) 。傳感器節(jié)點(diǎn)分布于灌區(qū)的各個(gè)地方 ,配有各種 傳感器 ,如測(cè)量溫度、空氣濕度、光照度等的傳感器 ,負(fù)責(zé)采集灌區(qū)的環(huán)境參數(shù) , 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(gè)部分。并按一定的時(shí)間間隔發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn) 。每個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)一個(gè)分灌區(qū)的灌溉作業(yè) , 它直接與灌溉的執(zhí)行器 (如閥門、水泵等 )相連 ,當(dāng)接收到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的灌溉命令后 , 則執(zhí)行相應(yīng)的操作[7]。土壤溫濕度 傳感器可將檢測(cè)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(jī)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(shí)通過單片機(jī)內(nèi)的中斷服務(wù)程序判斷是否要給花澆水 ,若需澆水則單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出澆水信號(hào)并經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)設(shè)備開啟電磁閥進(jìn)行澆水若不需澆水則進(jìn)行下一次循環(huán)檢測(cè)。 4 基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要由土壤濕度檢測(cè)電路、鍵盤、 LCD 液晶顯示電路、報(bào)警電路、水泵控制電路等組成。具體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。通過土壤濕度傳感器測(cè)量出土壤濕度信號(hào)，單片機(jī)采集土壤濕度信號(hào)并進(jìn)行分析和處理，輸出 控制信號(hào)，控制水泵工作與否，從而達(dá)到按需澆花的目的。 圖 1 智能澆花系統(tǒng)組成框圖 由于不同的花卉有不同的需水特性，澆花時(shí)應(yīng)適時(shí)適量，按需澆花。為此，系統(tǒng)采用模糊控制的方式達(dá)到精確澆花的目的。一方面，單片機(jī)采集土壤濕度信號(hào)，并通過計(jì)算判斷是否應(yīng)該澆花 。 另一方面，單片機(jī)采用查表的方法來實(shí)現(xiàn)澆水量的模糊控制。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同花卉的需水量，將其土壤濕度值允許區(qū)間存入表格中，即模糊控制響應(yīng)表，這些數(shù)據(jù)均是人們長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)值，并將表格事先置入 ROM 存儲(chǔ)區(qū)的某一位置中供查表使用。例如 : 對(duì)君子蘭進(jìn)行自動(dòng)澆水，單片機(jī)將采集到的濕度信號(hào)與表格中的君子蘭最小濕度值進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的濕度值小于表格中的最小濕度值時(shí)，開始澆花；當(dāng)采集到的濕度值大于表格中君子蘭的最大濕度值時(shí) ， 停止?jié)不?，從而控制澆水的時(shí)機(jī)及澆水量的多少[8]。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。鍵盤是由一組常開的按鍵組成，每個(gè)按鍵都被賦予一個(gè)代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是 通過一個(gè)編碼電路識(shí)別閉合鍵的鍵碼，非編碼鍵盤是通過軟件來識(shí)別鍵碼。由于非編碼鍵盤的硬件電路簡(jiǎn)單，用戶可以方便的改變鍵的數(shù)量， 5 因此在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) AT89S52 型單片機(jī) AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器 。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許 程序存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器 [9]。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52在眾 多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口 ， 片內(nèi)晶振及 時(shí)鐘電路 。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作， 支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī) 一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 土壤濕度檢測(cè)電路 本設(shè)計(jì)采用土壤溫濕度傳感器 SLHT51。該傳感器采用全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出，可直接與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)，具有相當(dāng)高的統(tǒng)一性，濕度測(cè)量限度為 0～100%RH。能夠把探頭直接插入土壤中，并且可以在草地、花園、農(nóng)業(yè)溫室大棚、苗圃等土壤中進(jìn)行溫、濕度的檢測(cè)運(yùn)用。具體檢測(cè)電路見圖 2 。 圖 2 SLHT51 土壤濕度傳感器檢測(cè)電路 6 該設(shè)計(jì)選取了 LCD12232F 液晶顯示模塊， 其具有內(nèi)置的字節(jié)庫(kù)，不具存儲(chǔ)功能，采用并行連接的模式，使用起來相對(duì)便捷。用于顯示系統(tǒng)的操作狀態(tài)、花卉種類、土壤溫、濕度信息。鍵盤選取獨(dú)立式的按鈕，其中主要有復(fù)位按鈕、選取花卉類別按鈕、開啟按鈕。開機(jī)時(shí)出現(xiàn) : “歡迎您的到來”，其次出現(xiàn)“請(qǐng)選取花卉類別”。依靠對(duì)選取花卉類別按鈕的設(shè)置，根據(jù)液晶屏出現(xiàn)的內(nèi)容，確明確花卉的種類。該系統(tǒng)主要有香雪蘭、仙人球、銀杏、牡丹、蘆薈、芍藥、君子蘭，總共七個(gè)品種的花卉，同時(shí)內(nèi)置有七個(gè)不同的溫、濕度范圍。在明確完花卉類別之后，將出現(xiàn)花卉的具體名稱，到此為止設(shè)置完成。 調(diào)節(jié)電路 圖 3 為水泵調(diào)節(jié)電路圖，其中三極管發(fā)射極 E 連接繼電器線圈的端點(diǎn)，線圈的另一端接到 + 5V 電源 VCC 上，三極管 Q1 的基極 B 連接單片機(jī) 上 。 而繼電器線圈兩端并聯(lián)二極管 IN4148，以實(shí)現(xiàn)繼電器線圈停電時(shí)引發(fā)的反向電動(dòng)勢(shì)的消除，避免反向電勢(shì)擊壞三極管、擾亂其余電路 。 R2 同紅色發(fā)光二極管構(gòu)成一個(gè)繼電器狀態(tài)指示電路，如果繼電器通電吸合， LED 將會(huì)變亮，由此就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器操作狀態(tài)的檢測(cè)。 7 圖 3 水泵調(diào)節(jié)電路圖 其中系統(tǒng)水泵選取 220V 供電潛水泵，最大流量 1640L /H，澆 花噴頭選取花灑噴頭，達(dá)到均勻噴水目的，避免局部土壤濕度過高，檢測(cè)不穩(wěn)定。如果 AT89S52 單片機(jī)中 引腳導(dǎo)入高電平，那么三極管飽和電流通過， +5V 電源接入繼電器線圈接口，使得繼電器閉合，并且發(fā)光二極管工作狀態(tài)也將變亮，而繼電器的常開觸點(diǎn)關(guān)閉，也就是水泵通電，于是水泵進(jìn)行澆水。另外，如 引腳導(dǎo)入低電平，那么三極管將不會(huì)導(dǎo)電，繼電器線圈兩端由于無法產(chǎn)生電位差，使得繼電器銜鐵斷開，并且發(fā)光二極管的工作狀態(tài)也將變熄滅，同時(shí)繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，也就是水泵斷點(diǎn)，于是水泵停止進(jìn)行澆水。 因?yàn)樵撓到y(tǒng)主要應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境中，為防止水泵的開啟影響到他人，該系統(tǒng)內(nèi)置了一個(gè)報(bào)警電路。通常水泵開啟以前就會(huì)出現(xiàn)“嘟嘟嘟”的幾秒警報(bào)聲，然后水泵才實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水。該報(bào)警電路圖見圖 4。主要是單片機(jī)中 引腳來決定三極管開啟與閉合，實(shí)現(xiàn)控制蜂鳴器的通斷。 圖 4 報(bào)警電路 晶振電路設(shè)計(jì) 8 AT89S52 單片機(jī)芯片內(nèi)部設(shè)有一個(gè)反相放大器形成的振蕩器， XTAL2 與XTAL1 各自是振蕩電路中的輸出端與輸入端。同時(shí)在 XTAL1 與 XTAL2 引腳上連接定時(shí)器件，其內(nèi)部振蕩 電路于是能夠?qū)崿F(xiàn)自激振蕩。定時(shí)器件一般是由石英晶體與電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路。系統(tǒng)選擇 12MHz 的晶振片，兩 30pF 的電容 C7 和C8。 復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)采用的按鍵復(fù)位電路，當(dāng)要系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位時(shí)，只需要按住 S 按鍵，此時(shí)電源 Vcc 經(jīng)過電阻 R R2 分壓，并且在 RST 端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位的高電平。同樣，只要保證 RST 端保持高電壓的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)能實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。復(fù)位電路如圖 5 所示： 圖 5 AT89C52 單片機(jī)的復(fù)位電路 按鍵消抖方法 非編碼鍵 盤可以分為獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤兩種結(jié)構(gòu)形式。行列式鍵盤是將 I/O 線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，這種結(jié)構(gòu)形式的鍵盤適用于鍵數(shù)較多的場(chǎng)合，但硬件電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。獨(dú)立式非編碼鍵盤中每一按鍵都獨(dú)立地占用一條數(shù)據(jù)線，當(dāng)一按鍵閉合時(shí)，相應(yīng)的 I/O 線變?yōu)榈碗娖?。?duì)于處于常開狀態(tài)的獨(dú)立式鍵盤，當(dāng)按鍵閉合時(shí) I/O 線為低電平，當(dāng)按鍵為常態(tài)時(shí) I/O 線為高電平 [10]。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，觸點(diǎn)在閉合和彈開瞬間的電接觸情況不穩(wěn)定， 造成電壓信號(hào)的抖動(dòng)。鍵的抖動(dòng)時(shí)間一般為 5～ 10ms。為了避免一次閉合引起的 CPU 多次處理，就要采用措施消除抖動(dòng)。去抖動(dòng)的方法有硬件去抖和軟件去抖兩種方法。硬件去抖一般采用雙穩(wěn) 9 態(tài)去抖電路。軟件消抖方法是在 CPU 檢測(cè)到有鍵按下是，延時(shí) 10～ 20ms，再次檢測(cè)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)，如果保持閉合狀態(tài)，則確認(rèn)有鍵按下，否則從頭檢測(cè)。在本次設(shè)計(jì)中用到的鍵數(shù)較少，為了簡(jiǎn)化硬件電路，選用獨(dú)立式非編碼鍵盤，并采用軟件消抖的方法來消除按鍵抖動(dòng)。 10 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括初始化、顯示子程序、選擇花卉種類子程序、土壤濕度檢測(cè)子程序、數(shù)據(jù)處理子程序 、報(bào)警子程序等，主程序流程圖如圖 6 所示。 圖 6 主程序流程圖 本設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單片機(jī)當(dāng)做控制芯片，構(gòu)造出一款智能澆花系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)花盆中土壤濕度來調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行和中斷。選取模糊控制形式來調(diào)節(jié)澆水的量，同時(shí)對(duì)土壤濕度采取實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且與設(shè)定好模糊控制響應(yīng)表的濕度值做出對(duì)比，判定澆水量有沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)，全面完成定時(shí)定量智能化澆花。系統(tǒng)按 11 照各種花卉的實(shí)際需求狀況設(shè)定了對(duì)應(yīng)的澆水量，只要開機(jī)后設(shè)定花卉的類別，系統(tǒng)就可以自動(dòng)早出需調(diào)節(jié)的溫、濕度區(qū)域 [11]。該系統(tǒng)置于家中陽臺(tái)上較為實(shí)用，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 證效果明顯。同時(shí)該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在草場(chǎng)、花卉、溫室大棚、苗圃等場(chǎng)合應(yīng)用，即方便又節(jié)約水源。 12 總 結(jié) 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以單片機(jī)為控制中心，用溫度、濕度傳感器來檢測(cè)環(huán)境的溫度、濕度，依靠對(duì)溫度、濕度傳感器檢測(cè)的溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度、濕度值的對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)過程中，檢測(cè)到花卉缺水時(shí)，水泵于是開啟進(jìn)行供水，當(dāng)水量達(dá)到一定額度時(shí)，水泵自動(dòng)停止供水。液晶顯示器穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度、濕度和設(shè)置的溫度