基于Keil的盆花自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉子璇

中北大學(xué)朔州校區(qū)

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基于Keil的盆花自動(dòng)澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉子璇

中北大學(xué)朔州校區(qū)

在人們生活質(zhì)量的提高的情況下，家庭盆栽則成為多數(shù)人的喜好，然而又因生活節(jié)奏太過于快，人們的外出時(shí)間增多，有的時(shí)候幾個(gè)月甚至半年不不能回家，無法照顧家中盆花，以至于精心栽培的花種枯死。本研究就是針對(duì)這一缺點(diǎn)設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)澆花器。本文中對(duì)此測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，主要是圍繞硬、軟件和控制流程等核心問題展開描述，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)信息進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

自動(dòng)澆花系統(tǒng) 單片機(jī) Keil軟件 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1　泥土水分傳感器設(shè)計(jì)原理

1.1理論基礎(chǔ)

泥土在現(xiàn)代物理學(xué)上被定義為一種有固液氣三項(xiàng)定義的復(fù)雜多孔電解質(zhì)。發(fā)表在物理學(xué)權(quán)威期刊《science》上的文章有論文認(rèn)為“All metals， and even some of the metal， all belong to the dielectric.”，因此，泥土也被認(rèn)為是其中電解質(zhì)的一種。在100MHz 的電磁頻率下，水的介電常數(shù)約為八十，固體的介電常數(shù)約為四，而空氣的介電常數(shù)約為一?？梢姡嗤恋慕殡姵?shù)主要應(yīng)由水來決定，通過測(cè)量泥土的介電常數(shù)即可達(dá)到測(cè)量泥土體積含水率的目的。

1.2傳感器的測(cè)量原理

首先100MHz 信號(hào)源產(chǎn)生無線電波，此波沿著傳輸線傳送到探針，由于探針的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配，一部分的信號(hào)將反射回來。因此，傳輸線上電壓的變化在一定程度上與泥土中水分的變化是有一致性的。

傳輸線理論是本例中重要的基礎(chǔ)理論，我們?cè)诤雎云鋼p耗的情況下，可以將位于電路兩端（A/B）的峰值電壓分別進(jìn)行數(shù)學(xué)描述：即UB=A（1+?）和UA=A（1+?）。

2　盆花自動(dòng)澆水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了得到泥土含水量的測(cè)定同時(shí)便于信號(hào)的檢測(cè)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了簡易式泥土水分傳感器，對(duì)檢測(cè)到的電壓信號(hào)進(jìn)行了放大處理。為了達(dá)到本設(shè)計(jì)自動(dòng)澆水的目的，設(shè)置了上下限電壓比較器，利用單片機(jī)來控制繼電器的通斷，同時(shí)使電磁閥開關(guān)來自動(dòng)澆水。

總的設(shè)計(jì)方案如下圖1，根據(jù)設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)置了以下功能模塊：泥土濕度信號(hào)采集、信號(hào)放大電路、電壓比較電路、單片機(jī)89s52控制、繼電器控制電路、電磁閥模塊、水箱水位檢測(cè)、超低水位報(bào)警器八大功能模塊。

圖1　總設(shè)計(jì)方案

在本系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)，它是一個(gè)低功耗高性能CMOS 8位單片機(jī)，單片機(jī)負(fù)責(zé)去判斷和負(fù)責(zé)泥土含水率的響應(yīng)。在濕度信號(hào)處于＜1的條件下，單片機(jī)得到命令，可以在P1.0引腳出得到高電平，而當(dāng)濕度信號(hào)＞3的條件下，單片機(jī)之前的三極管受到截止，對(duì)應(yīng)的P1.0引腳輸出低電平，閥關(guān)閉停止?jié)菜?。?dāng)濕度信號(hào)處于1＜S ＜3條件下時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)的邏輯語句是0，繼電器對(duì)應(yīng)常態(tài)觸點(diǎn)斷開，電磁閥電路不導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)了電磁閥的自動(dòng)開關(guān)。還有專門負(fù)責(zé)水位傳感器的水位監(jiān)測(cè)模塊，當(dāng)水位過低時(shí)，通過單片機(jī)P1.2輸出高電平控制蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。

硬件電路中單片機(jī)起控制作用，它相當(dāng)于人的大腦；泥土濕度傳感器進(jìn)行濕度采集，把采集到的濕度信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)負(fù)責(zé)去判斷和負(fù)責(zé)泥土含水率的邏輯響應(yīng)，并對(duì)應(yīng)輸出高低電平去控制三極管的工作狀態(tài)，電磁閥打開或關(guān)閉的目的；電磁繼電器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和閥體的轉(zhuǎn)接；蜂鳴器主要是對(duì)低水位的預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)；下載線接口用來實(shí)現(xiàn)在線編程。

學(xué)習(xí)一種編程語言，最重要的是建立一個(gè)練習(xí)環(huán)境，邊學(xué)邊練才能學(xué)好。Keil 軟件是目前最流行開發(fā)80C51系列單片機(jī)的軟件，Keil 提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部份組合在一起。庫函數(shù)與用戶函數(shù)的區(qū)別在于，使用KeilC 語言編寫的任何程序，都可以直接調(diào)用C的庫函數(shù)。KeilC 提供了一百多個(gè)庫函數(shù)在原庫中供用戶直接使用。

程序設(shè)計(jì)偽代碼為：

將濕度信號(hào)給P2.0、P2.1；

水位檢測(cè)信號(hào)給P3.2；

由P1.0輸出信號(hào)控制繼電器；

P1.2控制蜂鳴器報(bào)警。

通過對(duì)此傳感器的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以發(fā)現(xiàn)，此傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要有：穩(wěn)定、精度高等特點(diǎn)，并由于此有點(diǎn)顯著，其可以對(duì)很多類型的泥土進(jìn)行可靠地測(cè)量。

［1］汪磊，韓宇光，郭鵬，張光忠，侯志鵬.盆花自動(dòng)澆水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，11：23.

［2］紀(jì)秀，吳聯(lián)梓，司遠(yuǎn)，王偉，殷曉飛.基于AT89C52智能花盆控制系統(tǒng)研究［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2014，22：169.