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学士学位论文—-自动浇花系统的设计.doc
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1、 题 目 自动浇花系统的设计 学生姓名 学号 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程1201班 指导教师 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2016年 6 月 5 日陕西理工学院本科毕业设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程(通信1201) 学生姓名 一、毕业设计题目 自动浇花系统的设计 二、毕业设计工作自 2015 年 12 月 9 日 起至 2016 年 6 月 18 日止三、毕业设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、毕业设计应完成内容及相关要求: 现代生活的节奏越来越快,很多人喜欢在工作地点、生活区间、公共场所等地方用绿色植物来点缀,既美化环境又能
2、改善空气质量。但对绿色植物的维护、保养是需要花不少时间去完成的,当由于种种原因忘记定时对花卉及时浇水时,或浇水的量过多或过少,反而会给人们带来很多麻烦和损失,因此设计一个家用自动浇花系统就十分必要。 本系统采用单片机为核心芯片,利用湿度传感器来采集土壤的湿度。经过信息采集、信息比较、通过继电器控制信息,驱动水泵控制电路工作,实现自动浇花。 五、毕业设计应收集资料及参考文献:1、应收集与课题相关文献12篇(其中包括一篇英文文献),文献的发表年限应为2010年至2016年; 2、除了文献之外,所参考的书目不能超过3篇; 3、所有的参考资料要留存电子版,在交论文时一并打包交予指导教师。 六、毕业设计
3、的进度安排:1、必须查阅大量资料(包括一定数量的外文资料),了解课题的研究背景、意义,熟悉设计中要用到的相关电路知识;完成开题报告;并完成一篇外文文献的全文翻译工作; (1月1日3月18日) 2、进行系统的概要设计;(3月19日4月10日) 3、熟悉设计软件,并提交中期报告;(4月10日4月20日) 4、系统的设计与实现;准备作品的验收;完成论文第一稿;(4月21日5月10日) 5、根据要求对对论文及作品进行完善,完成论文第二稿;(5月11日5月20日) 6、制作答辩PPT,准备答辩材料,准备答辩,并完成后续工作;(5月21日6月10日) 7、必须定期与指导老师见面,汇报进展情况,按时完成论文
4、的撰写工作。 指导教师签名 专业负责人签名 学院领导签名 批准日期 2016-01-10 自动浇花系统的设计(陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业1201级,陕西 汉中 723000)指导教师:刘亚锋摘要 利用单片机技术设计了一个自动浇花系统。该系统由土壤湿度检测显示和控制水泵浇灌两部分组成。土壤湿度检测显示部分是由YL-69土壤湿度传感器、ADC0832模数转换器、STC89C52单片机和LCD1602组成。控制水泵灌溉部分分为智能和手动两部分:其智能部分是通过单片机程序设计浇水的上、下限值与感应电路送入单片机的土壤湿度值相比较,当低于下限值时,单片机输出一个信号控制电磁阀打开驱动
5、水泵浇水,高于上限值时再由单片机输出一个信号使电磁阀关闭停止水泵浇水;手动部分是由通过关闭单片机电源,由外围电路供电进行浇灌。此系统具有体积小、灵活性强、易于操作、简单实用和价格低廉等特点。关键词 浇花系统;STC89C52;YL-69;LCD1602The Design of Automatic Watering SystemXue Chanjuan(Grade 2012,Class 01,Major in Communication Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi Univ
6、ersity of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor:Liu YafengAbstract:The automatic watering system is designed by using single chip technology. The system is composed of two parts, which are the soil moisture detection display and the control of the water pump. Soil moisture detection display is co
7、mposed of YL-69 soil moisture sensor, ADC0832 analog digital converter, STC89C52 microcontroller and LCD1602. Control pump irrigation part is divided into two parts of intelligent and manual:the intelligent part is by SCM programming watering, the lower limit value and induction circuit into SCM soi
8、l moisture values compared, when the lower limit value, the output of the single chip a signal controls the solenoid valve opens driven pump watering, above the upper limit again by the MCU output a signal so that the solenoid valve closed to stop watering pump;and the manual part is made by turning
9、 off the MCU power supply, by the external circuit power supply for irrigation.This system has the characteristics of small size, high flexibility, easy to operate, simple and practical, and cheap price.Key words: Watering system;STC89C52;YL-69;LCD1602;ADC0832目 录引言11 方案论证31.1 设计方案的提出31.2 设计方案的比较31.3
10、 设计方案的选择32 系统硬件电路设计42.1 总体设计42.2 STC89C52单片机42.2.1 STC89C52单片机的组成42.2.2 STC89C52的主要性能52.2.3 STC89C52的管脚说明52.2.4 振荡电路和时钟72.2.5 复位电路72.3 ADC0832 A/D转换82.4 LCD160282.5 湿度传感器82.6 按键电路92.7 继电器93 系统软件设计113.1 系统控制流程图113.2 子程序流程图114 系统调试134.1 系统的仿真134.2 系统的安装和焊接134.3 系统调试145 结束语15致谢16附录A 英文文献原文18附录B 英文文献译文2
11、1附录C 实物图24附录D 源程序25附录E 元器件清单33陕西理工学院毕业设计引言进入21世纪以来,人们的生活和工作环境发生着巨大的变化。生活快节奏,工作重压力,无一不占用我们的时间和精力。随着社会快速发展,生活水平的提高,许多人越来越向往那种悠然自得的生活方式,越来越多人喜欢花卉等盆栽植物的种植,不仅可以美化环境,而且还可以愉悦我们的心情1。但目前困扰人们的巨大问题是没有多余的时间与精力或者由于长时间出行,无法定时打理照顾这些花卉植物,从而导致这些花卉植物枯萎死亡。对于人类来说,最重要的水资源,对所有生命物体都一样重要2。所以,为了应对人们们现今生活和工作状态,而又种植着花卉等盆栽植物的人
12、们来说,设计出一种无人管理的情况下自动控制浇花系统尤为重要,这样不论在什么时候什么地方,都不会造成花卉枯萎死亡的情况发生。该自动浇花器具有系统体积小、抗干扰能力强、操作简单灵活和价格低廉等特点,使用此自动浇花器可以节省人力物力财力,方便人们出行出差的时候,不会影响到花卉盆栽的生长,如果在家也可以关闭自动模式手动浇花,用户可以自由设定各种基准值来实现自动浇花的功能,从而使盆栽植物健康的生长,也减轻了养花者的工作,使人们种养盆栽更轻松,能更好地欣赏我们所种植的盆栽植物3。1)相关领域研究现状、国内外发展趋势20世纪的70年代,微电子技术正处于快速发展的阶段,随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,
13、自动浇花系统也随之诞生,成为一种新型的懒人园艺用品。多年前,国外就已经开始使用,但是其价格却特别昂贵,而在国内使用的电子类自动浇花器多数是从国外进口的,价格更加昂贵,但质量比较可靠。不过这并不适用于国内,大多适用于花园、农场等广阔的地方。随着经济与电子科技的快速发展,人们在注重生活质量的同时,也更加注重休闲养生。种养盆栽将成为人们越来越喜欢的休闲项目。因此,需要将灌溉用的自动浇花器改良为桌面盆栽用的小型自动浇花器,这也将会成为种养盆栽者的首选之物。目前这些浇花器的市场也越来越大,市场上的自动浇花器的功能也在不断发展,在国内外比较流行的是玻璃和陶瓷制作而成的自动浇花器。这种类型的自动浇花器大多数
14、是在我国山西和浙江等地区加工生产的,价格比较便宜,但其实用性没有电子类自动浇花器好。研究表明,养花最重要的问题就是浇水问题。有调查显示80%以上的花草死亡是由于浇水不及时引起的。因此,国内商家已经看到了这种市场需求潜力。目前电子类自动浇花器这类的小居家用品的厂家主要集中在广东、上海和浙江等地区。 现在市场上所出售的自动浇花器,主要有以下几类:(1)电子类自动浇花器。电子类自动浇花器又叫时空喷淋装置。系统构成为主机、主管、分水接头、副管和喷淋管4。电子类自动浇花器根据电源的不同可以分为交流电自动浇花器和电池自动浇花器两种。(2)玻璃、陶瓷类自动浇花器。玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置。它有
15、本身材质的物理结构构成,根据器皿的物理渗水原理完成自动浇灌。当自动浇水器内部存水,自身会形成一定的压力,遇到干燥的土壤,水就会自上而下地流出,土壤湿润以后会形成一个堵塞压力,从而导致水流速度变慢,或者停止。器具工艺不同效果也不一样。当然也因土壤的疏松情况决定器具内水流速度。当前传感器技术与单片机技术发展迅速,其应用逐步由工业军事领域向其他领域渗透,已经和我们的日常生活息息相关,而且智能家居5概念也越来越受人们的推崇。因此,微电脑控制的电子类自动浇花系统,有着很好的发展前景。 随着科学技术的快速发展,自动化设备越来越普遍,当然花卉自动浇水系统的应用也很广泛。花卉自动浇水系统可以根据需要调节土壤湿
16、度范围,这也是根据不同植物的不同需水习性设计的。在今后的生活中,将不再局限于花卉方面的应用,还可以用于农田以及公路绿化中等等。在生活中常见的滴灌技术其实也是自动浇花系统的变相用法。近10年来,滴灌技术6在我国发展速度已居世界前列,目前主要应用在大田(棉花、玉米、葡萄、辣椒等)、温室大棚、果园及绿化带等。在最近几年,滴灌技术的应用领域出现新的变化趋势,由温室大棚小单元滴灌向室外露地的大单元滴灌扩展;由平地大面积滴灌向山区崎岖地势滴灌发展;由蔬菜单一植物滴灌向多种经济作物滴灌延伸;由农场集中大面积向农村小面积分散发展;由原来的高附加植作物向一般经济作物普及。此外,公路铁路沿线和荒漠风沙治理绿化也开
17、始陆续采用滴灌技术,而且还进一步应用在城市绿地、林木、屋顶花园等非农领域,尽管用量较少,但却为滴灌技术的今后推广提供了更为广阔的市场,相信伴随着社会主义新农村建设的推进和建设节约型社会的发展要求,滴灌技术的应用范围会越来越广阔。 自动化滴灌技术是世界许多发达国家发展高效农业节水的重要举措。在以色列、美国、和印度等一些国家都已经采用先进的自动化灌溉技术。由传统充分灌溉向非充分灌溉方向发展,通过采用遥感、传感器来监测土壤墒情和作物生长,对灌溉区用水进行实时监测预报,实现用水管理的全自动遥控,对灌溉区实行动态管理,实现农业灌溉用水管理的自动化。在农业灌溉区域合理地推广自动化控制系统,尤其在干旱和半干
18、旱地区,不仅可以提高水资源利用率以及缓解水资源日趋紧张的矛盾,还可以使农作物的产量增加,使农产品的成本降低。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率,要将水源开发、输配水、灌溉技术、水资源合理利用和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面综合统一考虑,根据多种因素合理调配水资源。因此,研制和推广农业节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的发展需要。2)设计所采用的研究方法和手段本次设计是一个采用STC89C52单片机为核心的微控制浇水系统,系统主要实现自动浇水和能够根据实际情况设定完成手动控制这两种功能。电路主要可以分成土壤湿度检测显示和控制水泵浇灌两个模块,以液晶显示器和A/D模数转换
19、器组作为显示电路,浇水电路利用电磁阀驱动水泵工作来完成。本次设计包括STC89C52单片机及基本外围电路模块、显示电路模块、按键电路模块、继电器电路模块、电源电路模块等部分组成。本系统的设计将以上述内容为思路、以单片机为控制核心,设计出一个持续地、有效地为花木浇水的系统,为我们解决无人管理情况下花木枯萎死亡的尴尬情况。自动浇花系统,主要就是检测土壤湿度。通过土壤湿度传感器检测土壤湿度含量,把检测到的值传送到A/D模数转换器中,结束转换后数值反馈给单片机,单片机读取数据,经过软件程序处理后传送到LCD1602显示信息。控制水泵灌溉部分分为智能和手动两部分:其智能部分是通过单片机程序设计浇水的上、
20、下限值与电路送入单片机的土壤湿度值相比较,当低于下限值时,单片机输出一个信号控制电磁阀打开驱动水泵浇水,高于上限值时再由单片机输出一个信号使电磁阀关闭停止水泵浇水;手动部分是通过关闭单片机电源,由外围电路供电进行浇灌。该设计主要包括:1)硬件部分:包括传感器的选择、显示模块的选择、A/D模数转换器的选择、继电器的选择和土壤湿度信号转换电路的设计。2)软件部分:包括微处理器控制程序的编写、原理图的绘制和电路仿真。3)系统的综合调试与分析:在软硬件完成以后,要对系统进行综合的测试与实验,分析系统的可靠性与实用性,调整系统的不足之处。系统的组成结构如图1.1所示。图1.1 系统组成结构第 2 页 共
21、 33页1 方案论证1.1 设计方案的提出方案一:此方案的设计是以核心控制软件AT89C52单片机,LCD12864液晶显示器,ADC0809模数转换器,FC-28土壤湿度传感器,SRD-05VDC-SL-C继电器主要元件构成,电路其他元器件的选择没有太大区别。方案二:此方案的设计是以STCC8951为核心控制软件,LCD12864液晶显示器,ADC0832模数转换器,FC-28土壤传感器,SRD-05VDC-SL-C继电器等主要元器件构成。方案三:此方案的设计是以STC89C52为核心控制软件,LCD1602液晶显示器,ADC0832模数转换器,YL-69土壤湿度传感器,SRD-05VDC-
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