【正文】 常關(guān)鍵?；ú萆L(zhǎng)問(wèn)題大部分是由花兒澆灌問(wèn)題引起；好不容易種植幾個(gè)月的花草,如果澆水不及時(shí)，會(huì)長(zhǎng)勢(shì)不好，美化家園的花草幾乎都成了“雞肋”；如果不種植了，家中沒(méi)有綠色的襯托，感覺(jué)會(huì)沒(méi)有生機(jī)；保留吧，花草長(zhǎng)得不夠旺盛，會(huì)影響家庭的裝飾效果。較經(jīng)濟(jì)的盆花缺水報(bào)警器可以提醒人們及時(shí)的給盆花澆水，可是它只能報(bào)警，澆水還得需要人們親自動(dòng)手，無(wú)法解決出差等出現(xiàn)的問(wèn)題。因此，我想通過(guò)設(shè)計(jì)一種集盆花土壤濕度檢測(cè)，溫度檢測(cè)，光照檢測(cè)以及自動(dòng)澆水于一體的盆花自動(dòng)澆水系統(tǒng)。 自動(dòng)澆花器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園藝用品。早在多年以前，國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)始普及電子類自動(dòng)澆花器，國(guó)內(nèi)使用的多數(shù)是從國(guó)外進(jìn)口的，雖然價(jià)格昂貴，但質(zhì)量比較可靠。這種類型的澆花器大多數(shù)在我國(guó)山西和浙江一帶加工生產(chǎn)，價(jià)格比較低廉，但實(shí)用性沒(méi)有電子類自動(dòng)澆花器好。研究表明，花草80%以上的死亡是由于澆水不及時(shí)引起的，因此國(guó)內(nèi)的商家已經(jīng)看到了這種市場(chǎng)的需求潛力。電子類自動(dòng)澆花器由于電源的不同，分為交流電自動(dòng)澆花器和電池自動(dòng)澆花器。⑵ 玻璃、陶瓷類自動(dòng)澆花器玻璃、陶瓷類自動(dòng)澆花器也叫自動(dòng)滲水裝置，它是由本身材質(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(dòng)澆灌。器具工藝的不同，效果也會(huì)不一樣。目前，由于傳感器與單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用逐漸從工業(yè)、軍事等領(lǐng)域滲透到其他領(lǐng)域，已經(jīng)與人們的日常生活息息相關(guān)。 隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，各種智能家電與數(shù)碼產(chǎn)品已走進(jìn)人們的生活，網(wǎng)絡(luò)成為人們?cè)诂F(xiàn)代生活中人際交往和獲取知識(shí)不可或缺的平臺(tái)。綜合環(huán)境調(diào)控 綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，是以實(shí)現(xiàn)花卉的正常生長(zhǎng)為目標(biāo)，讓影響花卉生長(zhǎng)的多種環(huán)境參數(shù)(如光照、濕度、溫度等)都處于適宜花卉生長(zhǎng)的狀態(tài)，并要盡可量使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置(遮光、采光、通風(fēng)、加溫、保溫、施用C02等)。高移植性 高移植性，是指修改系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)備后，即可應(yīng)用于其他的的環(huán)境下，省時(shí)省力，節(jié)省大量資金及研發(fā)成本。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一種由單片機(jī)控制的自動(dòng)澆水裝置，可實(shí)現(xiàn)陽(yáng)臺(tái)盆花自動(dòng)澆水的系統(tǒng)。其核心是單片機(jī)和溫濕度傳感器以及控制執(zhí)行電路構(gòu)成。控制部分，單片機(jī)選用AT89C52單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集部分，溫度傳感器選用DS18B20溫度傳感器，濕度傳感器采用線性輸出濕度檢測(cè)模塊，光照傳感器LM324比較器。土壤濕度傳感器可將檢測(cè)到的土壤溫濕度模擬量進(jìn)行放大，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)的中斷服務(wù)程序，判斷是否要給盆花澆水。溫度與光照也是經(jīng)數(shù)據(jù)采集部分，傳遞給控制部分，也就是單片機(jī)，然后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。主要面向喜愛(ài)花卉，但沒(méi)有時(shí)間管理的人群。C。該單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)花卉生長(zhǎng)環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)采集、處理，而后單片機(jī)輸出命令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度、濕度和光照強(qiáng)度的測(cè)控，達(dá)到花卉生長(zhǎng)所需要的條件，并且有省時(shí)省工，節(jié)水節(jié)能的效果。按照花卉對(duì)水分的需求，開(kāi)啟和關(guān)閉灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能控制。通過(guò)傳感器，對(duì)花卉生長(zhǎng)的土壤濕度、環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)設(shè)定的植物生長(zhǎng)要求所需的濕度、溫度和光照強(qiáng)度的上下限值，由單片機(jī)來(lái)控制電磁閥、開(kāi)關(guān)窗戶和窗簾，從而調(diào)節(jié)濕度、溫度和光照。土壤濕度是室內(nèi)環(huán)境中的重要因子。光照強(qiáng)度控制因子由于考慮到生產(chǎn)成本問(wèn)題，本系統(tǒng)不足之處是沒(méi)有設(shè)計(jì)人工增光設(shè)備。系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)（夏天）要求具體見(jiàn)表21所示，其控制范圍也可以根據(jù)具體作物的生長(zhǎng)需要來(lái)設(shè)定，%RH(Relative Humidity)為相對(duì)百分?jǐn)?shù) ，其中硬件成本單個(gè)制作會(huì)比批量生產(chǎn)大很多，因此盡量選取批量生產(chǎn)的硬件。其中，模糊控制技術(shù)雖然當(dāng)前應(yīng)用最廣泛，但一般用于有上、下位機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)。整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)，包括傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。（3）系統(tǒng)軟件用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，傳感器對(duì)濕度、溫度及光照進(jìn)行信息采集，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，即轉(zhuǎn)換為01數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)中，與設(shè)定的所需要控制的濕度、溫度、光照值進(jìn)行比較，根據(jù)單片機(jī) AT89S52中設(shè)置的參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度、濕度、光照值對(duì)應(yīng)的被控對(duì)象電機(jī)和電磁閥的值，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，不斷接近單片機(jī)中的設(shè)置值。當(dāng)土壤濕度較低時(shí)，單片機(jī)通過(guò)繼電器控制電磁閥進(jìn)行澆水，澆水到濕度適中時(shí)，關(guān)閉電磁閥。溫度、濕度和光照通過(guò)不斷地檢測(cè)與控制，使環(huán)境因子達(dá)到適宜花卉生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)平衡。其中單片機(jī)技術(shù)更是一枝獨(dú)秀，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，大大提高了自動(dòng)化程度。單片機(jī)成為當(dāng)今世界上應(yīng)用面最廣、銷售量最大、價(jià)格最便宜的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。其中Intel公司一直處于領(lǐng)先地位，主要有MCS5MCS46和MCS96三大系列，其中MCS51系列是在 1980年推出的8位高檔單片機(jī)，代表了單片機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向，并迅速成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。根據(jù)客觀情況與要求，本系統(tǒng)選用了ATMEL公司89系列標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89S52，其價(jià)格適中，功能強(qiáng)大，適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖31所示： 基本特征 8K字節(jié)在系統(tǒng)，可編程Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 低功耗空閑和掉電模式 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 圖31AT89S52外部引腳 AT89S52單片機(jī)共有40個(gè)引腳，排列是CMOS工藝雙列直插封裝(DIP)，其引腳配置見(jiàn)圖31所示，各引腳的功能簡(jiǎn)述如下: 主電源引腳VCC: 電源端，+5V 。 P1口：P1口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/0口，P1口緩沖器可接收和輸出4個(gè)TTL門電流。 P3口：P3口管腳是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。當(dāng)外部下拉為低電平時(shí)，P3口將輸出電流(ILL)，這是由于上拉所致。在振蕩器器件復(fù)位時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期為高電平時(shí)間。 PSEN：低電平有效，外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。注意加密方式為1時(shí)，都將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 時(shí)間振蕩電路 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及其內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 AT89系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器采用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器分開(kāi)編址的，它們有各自的控制信號(hào)、尋址系統(tǒng)和特定功能。由于本系統(tǒng)的代碼程序不太大，AT89S521片內(nèi)的8KB ROM與閃速存儲(chǔ)器256字節(jié)的RAM即可滿足要求，所以無(wú)需擴(kuò)展片外ROM跟RAM。本系統(tǒng)時(shí)鐘選用內(nèi)部方式。連接方法見(jiàn)圖32所示，其中晶體呈感性，其決定著振蕩器的振蕩頻率；電容Cl，C2對(duì)有微調(diào)頻率的作用。圖32時(shí)鐘電路復(fù)位電路設(shè)計(jì) 89系列單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)也需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于一定的初始狀態(tài)，并從初始態(tài)開(kāi)始工作。AT89S52的按鍵復(fù)位電路見(jiàn)圖33，電路簡(jiǎn)單可靠。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應(yīng)用時(shí)不需要外部的電流檢測(cè)電阻和阻流二極管。也可以通過(guò)一個(gè)外部的電阻調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入電壓掉電時(shí)，CN3068自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時(shí)電池的電流消耗小于3微安。 CN3068是專門為一節(jié)鋰電池而設(shè)計(jì)的線性充電器電路，利用芯片內(nèi)部的功率晶體管對(duì)電池進(jìn)行恒流和恒壓充電。CN3068包含兩個(gè)漏極開(kāi)路輸出的狀態(tài)指示輸出端，充電狀態(tài)指示端STAT2和充電結(jié)束指示輸出端STAT1。這樣，用戶在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)，可以不用考慮最壞情況，而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了，因?yàn)樵谧顗那闆r下，CN3068會(huì)自動(dòng)減小充電電流。如果電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端(FB)的電壓低于3V，充電器用小電流對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端(FB)的電壓接近電池端調(diào)制電壓時(shí)，充電電流逐漸減小，CN3068進(jìn)入恒壓充電模式。如果要開(kāi)始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的誤差在177。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，充電器進(jìn)入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機(jī)時(shí)間。CC8分別為輸入端和輸出端采用濾波電容，輸出端接一個(gè)齊納二極管進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓。在不發(fā)生過(guò)充時(shí)，由于二極管D1的阻隔三極管不導(dǎo)電。Q1應(yīng)裝在中等尺的散熱板上。 太陽(yáng)能電池板充電的電路圖如圖35所示： 圖35太陽(yáng)能電池板充電的電路圖 電池正極的恒壓充電電壓為： Vbat ＝ ＋106Rx 其中，Vbat的單位是伏特 Rx的單位是歐姆 太陽(yáng)能電池板采用尺寸112mm*65mm*4mm，開(kāi)路6V，短路電流150MA。 傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)，迅速成為信息時(shí)代的三大支柱產(chǎn)業(yè)。傳感器技術(shù)的發(fā)展是衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺?或響應(yīng))被測(cè)量的部分，被測(cè)量一般是非電量；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺?或響應(yīng))的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于測(cè)量或傳輸?shù)碾娦盘?hào)部分。根據(jù)檢測(cè)的對(duì)象，可分為土壤環(huán)境和空氣環(huán)境。傳感器的原理如圖36所示：被測(cè)敏感元件接口電路轉(zhuǎn)換元件量 電信號(hào)輔助電源 圖36傳感器的原理 溫度是一個(gè)同人類的生活和工作息息相關(guān)的物理量，也是科學(xué)技術(shù)中最重要和常出現(xiàn)的物理量。 (1)熱敏電阻:利用半導(dǎo)體電阻隨溫度變化而明顯變化的特性制成的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。它的優(yōu)點(diǎn)是:靈敏度高，穩(wěn)定性好，工作溫度范圍大，體積小，過(guò)載能力強(qiáng)。 (2)熱電偶:利用物理學(xué)中金屬熱電效應(yīng)制成的溫度傳感器。 (3)PN結(jié)溫度傳感器:實(shí)質(zhì)是利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨溫度變化而變化的原理制成的溫度傳感器。 (4)集成溫度傳感器:是將濕敏元件、偏置電路、放大電路及線形化電路集成在同一芯片上的測(cè)溫元件。據(jù)據(jù)實(shí)際情況，溫室內(nèi)溫度變化范圍為0℃40℃，變化范圍較小，并且變化速度較慢，因而傳感器的反應(yīng)速度不需要太高。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要外接電路，故只需使用一根 I/0 數(shù)據(jù)線，就能既供電又傳輸數(shù)據(jù)；具有體積小，轉(zhuǎn)換快，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于需測(cè)量和控制溫度的領(lǐng)域。如溫度大于給定溫度時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)，打開(kāi)窗戶；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)，關(guān)閉窗戶。由于一線總線獨(dú)特經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶能輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為構(gòu)建測(cè)量系統(tǒng)引入了全新的概念。DS18B20與DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線接口”，測(cè)量溫度范圍是55176。C，在10176。C范圍內(nèi)精度是177。C。該測(cè)溫類電子產(chǎn)品適用于惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，例如設(shè)備、環(huán)境控制或過(guò)程控制。DS18B20的特征每個(gè)器件存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器的序列號(hào)中有64位測(cè)溫范圍是55176。C（67 ~ +257176。C ~ 85176。176。使用者選擇為9~12位數(shù)字的溫度計(jì)分辨率用戶可自定義非易失性溫度報(bào)警裝置應(yīng)用包括溫度控制、消費(fèi)品、工業(yè)系統(tǒng)、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)DS18B20同測(cè)溫軟件AD590相比較而言，其外圍的硬件電路更加簡(jiǎn)單，它可通過(guò)一個(gè)單線接口接受或發(fā)送信息，也就是說(shuō)僅需一條連接線即可與單片機(jī)連接，無(wú)需外部電源和A\D轉(zhuǎn)換電路，安裝使用起來(lái)特別方便，節(jié)省了大量的成本。 DS18B20構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)，只需要外接一個(gè)上拉電阻就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的通訊。影響植物生長(zhǎng)的濕度用相對(duì)濕度來(lái)表示。 針對(duì)室內(nèi)環(huán)境的具體情況，對(duì)濕度傳感器應(yīng)有以下的要求：可應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，有良好的精確度和靈敏度、量程寬，測(cè)濕的范圍為0100%RH，檢測(cè)的壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性高，可靠性好，傳感器輸出濕度檢測(cè)是線性的。植物的生長(zhǎng)環(huán)境一般要求土壤水分占土壤持水量的60%～80%最適宜。 目前，直接測(cè)定土壤水分的方法主要有烘干法、電容法、間接測(cè)量可用石膏電阻塊、時(shí)域反射儀 (TDR)、中子儀和張力計(jì)等。 土壤水分檢測(cè)電路是由兩個(gè)三極管VV2及部分外圍元件組成的。當(dāng)土壤含水量降低到規(guī)定值以下時(shí)，V1由于其基極電位降低而導(dǎo)通，于是V2也導(dǎo)通，從而V 2 集電極輸出的是高電平，使單片機(jī)控制電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始澆水；當(dāng)土壤含水量達(dá)到規(guī)定值時(shí)，檢測(cè)電路的V2管輸出的高電平，由反向器U6反向后，輸出低電平，從而控制電磁閥關(guān)閉。土壤濕度傳感器的工作原理，如圖39