肖歡
摘要:隨著人們生活水平的不斷提高,在家養(yǎng)魚、種花已經(jīng)成為習慣,但是由于生活忙碌,往往又疏于管理,所以設計一種能自動完成這些操作的系統(tǒng)很有必要,且市場前景也相當可觀。
關鍵詞:單片機;溫度傳感器;澆水系統(tǒng);控制系統(tǒng)
中圖分類號:TP368.1
文獻標識碼:A
DOI:10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.11.003
1 引言
在日常生活中,有時候需要在特定的溫度和特定的時間來處理一些事情,比如澆水、空調(diào)自動開關、自動換氣、換水等。同時可以加入更多的約束條件,比如濕度、風力、亮度等條件來達到更人性化、更精確的控制。而完成這些操作也只需要用普通5 1單片機對相應的傳感器數(shù)據(jù)進行采集計算,然后做相應的處理。本文提出的是一種基于AT89S52和DS18820的智能化澆水系統(tǒng)。為了實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能性,采用由單片機、晶振和復位電路,輸入控制電路,輸出顯示電路以及外圍功能器件組成的一組電路。通過本系統(tǒng)不僅能了解數(shù)據(jù)采集處理的一般過程,還能對DS18820有更深入的了解,充分理解單線協(xié)議的實現(xiàn)方法。
2 系統(tǒng)設計
2.1 系統(tǒng)原理框圖
智能澆水系統(tǒng)原理如圖1所示,本系統(tǒng)要求的變量條件有時間和溫度兩個,兩個條件必須同時成立才能執(zhí)行某個動作,還需要配以人機交互的設備,這樣才能實現(xiàn)系統(tǒng)控制的智能性。
2.2 電路設計
2.2.1 DS18820電路設計
系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。DS18820有寄生電源接法和VDD供電接法,寄生電源接法有如下兩個優(yōu)點:①進行遠距離測溫時無需本地電源;②可以在沒有常規(guī)電源的時候讀ROM。但是當溫度高于100℃的時候會出現(xiàn)很大的漏電流。
2.2.2 數(shù)碼顯示電路設計
本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式顯示信息,為提高驅(qū)動電流,采用共陽數(shù)碼管,用PNP三極管驅(qū)動。PO.O - P0.7給數(shù)碼管送段碼,也就是送出要顯示的信息,P2.4 - P2.7送位碼,決定哪一位要顯示單片機送出來的信息。
數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示利用人眼視覺暫停的特點,在短時間內(nèi)( 20 ms)分別把要顯示的信息送到不同位上。其本質(zhì)還是靜態(tài)的顯示,只不過延時減小,給人造成錯覺,達到“同時”顯示多位信息的目的。
2.2.3 繼電器驅(qū)動電路設計
繼電器在本系統(tǒng)中起著至關重要的作用,它是系統(tǒng)控制硬件的主要元件,通過系統(tǒng)程序讓繼電器閉合,這樣便可以實現(xiàn)系統(tǒng)與被控設備的隔離,同時還可以實現(xiàn)低壓控制不同電壓的設備工作。
2.2.4 按鍵電路設計
按鍵在本系統(tǒng)中起著人機交互的作用,按鍵有AD鍵盤、矩陣鍵盤、掃描鍵盤等多種,AD鍵盤和矩陣鍵盤能節(jié)約很多1/0口,但是程序設計比較煩瑣,由于本系統(tǒng)剩余I/O比較多,因此采用掃描式,這樣設計程序就會相當簡單。
3 軟件設計
由于采用了單線協(xié)議技術的溫度傳感器,單片機讀寫溫度傳感器必須要寫驅(qū)動,也就是用單片機來模擬DS18820的時序,這樣才能成功讀出溫度傳感器檢測的溫度。
DS18820溫度傳感器讀寫時序如圖3所示。
按照時序?qū)懗鲵?qū)動程序,然后進行功能程序的設計。主要功能如下:①溫度檢測;②計時器;③鍵盤;④數(shù)碼顯示。
3.1 程序流程圖
程序流程如圖4所示。
3.2 溫度檢測程序設計
DS18820系統(tǒng)是單線溫度傳感器,要讀取傳感器檢測的溫度就要模擬時序,完成時序的模擬只要讀取溫度傳感器內(nèi)存里的數(shù)據(jù),然后送數(shù)碼顯示程序處理輸出到數(shù)碼管即可。
3.3 按鍵程序和顯示程序設計
數(shù)碼管作為顯示器件,顯示信息相對比較單一,但是價格便宜。本系統(tǒng)要顯示四位信息,那么就要采用動態(tài)掃描的方式。要達到動態(tài)掃描,只要做好延時,保證在20 ms內(nèi)把相應信息送到相應位就可以。
本系統(tǒng)中采用的是掃描式按鍵,寫程序相對簡單,只要在需要的時候檢測按鍵I/O口電平就可以實現(xiàn)相應功能,如果電平為0,則執(zhí)行相應子程序完成信息的輸入和輸出。完成程序的設計和硬件的設計就要進行這個系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試和改進。
4 系統(tǒng)測試及效果
做好硬件、設計好軟件,需要對系統(tǒng)軟、硬件進行調(diào)試。主要測試點有:①單片機(附帶測試程序)上電是否開始運行;②檢查數(shù)碼管是否顯示正常;③檢查按鍵能否被識別,能否正確輸入相關信息;④檢查繼電器能否被成功驅(qū)動。
測試系統(tǒng)直至達到以下效果,系統(tǒng)基本就做成功了:①能準確讀取環(huán)境溫度并送數(shù)碼管顯示;②能比較準確地計時;③各按鈕功能正常;④當計時條件和溫度條件滿足設置值時準確驅(qū)動繼電器。
5 使用說明書
5.1 實物布局及簡介
實物布局如圖5所示。
5.2 操作說明
首先接人負載和負載電源,注意極性(交流除外),然后給單片機上電,上電開機顯示OPEN后進人工作模式,顯示溫度。系統(tǒng)已經(jīng)默認設置了工作參數(shù),如需修改請按l-4鍵進入修改參數(shù)模式,此模式下顯示當前修改參數(shù),可以按+、一鍵進行參數(shù)修改,1-4按鍵相互獨立,比如按下1那么2、3、4將被屏蔽。1-4每個按鍵可以修改4個參數(shù),請按當前健進入下一參數(shù)設置。設置好或者取消設置按下OK/ESC退出到工作模式。
5.3 顯示說明
數(shù)碼管顯示四位,工作模式下第1-3位顯示溫度值在0.00 - 99.9之間,4位C表示溫度的單位。在修改模式下,修改溫度時第1位為標志位,H和L表示高溫和低溫,第2,3位為參數(shù)值,第4位為單位C,修改時間時,第1,2,3位為參數(shù)值,第4位為單位,用H和S代表小時和秒。
6 結(jié)束語
本文介紹了基于單片機的智能澆水系統(tǒng),進行了硬件設計與程序分析,已經(jīng)做成實物,并且使用效果好。系統(tǒng)設計的創(chuàng)新之處在于實現(xiàn)以不同方式自動澆花,加入電阻和電容加以緩沖。在此系統(tǒng)中選用的電容為耐壓,適應負載能力強,可適應交直流不同電壓范圍IOA電流內(nèi)的負載正常工作。單片機智能澆水系統(tǒng)用處較廣,改變程序還可作為可定時開關、宿舍燈光系統(tǒng)、溫控塑料大棚等。此家庭智能澆水系統(tǒng),也可以用在智能澆灌草坪、蔬菜等,把水箱去掉,直接接水龍頭即可。伴隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市化建設步調(diào)加快,節(jié)水灌溉技術在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、園林綠化、運動場地、環(huán)境保護(降塵除塵)等行業(yè)和領域得到日益廣泛的應用,并將取得顯著的經(jīng)濟效益。
參考文獻:
[1]吳瓊.談談電子技術在溫度傳感器中的應用[J].傳感器技術,1990 (3): 52-55.
[2]王幸之,鐘愛琴,王雷.AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.
[3]謝自美.電子線路設計·實驗·測試[M].3版.武漢:華中科技大學出版社,2006.
[4]JIANG Z H.51 single-chip technology and applicationdevelopment cases selected[M] .Beijing: qinghuaUniversity Press,2008.