基于STC89C52單片機(jī)的自動(dòng)澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喬琳君, 魏嚴(yán)鋒

(1.西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化工程學(xué)院， 陜西 西安 710089;2.中航西飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710089)

0 引言

居家和辦公環(huán)境中常常會(huì)擺放綠植以改善居家環(huán)境，調(diào)節(jié)工作氛圍，但經(jīng)常會(huì)存在澆水過量使綠植過澇或忘記澆水、外出過旱，最終都可能導(dǎo)致綠植死亡。為能夠及時(shí)、按需根據(jù)土壤濕度對(duì)家庭或辦公場(chǎng)所的綠植進(jìn)行自動(dòng)澆灌，設(shè)計(jì)基于STC89C52型單片機(jī)的自動(dòng)澆花系統(tǒng)一套，防止人們澆水過量或外出時(shí)綠植長(zhǎng)期干旱。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本自動(dòng)澆花系統(tǒng)由六個(gè)單元組成，即單片機(jī)控制單元、土壤濕度采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、按鍵選擇單元、繼電器驅(qū)動(dòng)水泵單元和液晶顯示單元。當(dāng)土壤濕度變化引起濕敏傳感器的阻值發(fā)生變化，系統(tǒng)上電后，該阻值變化在電路中會(huì)轉(zhuǎn)換為變化的電壓信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至單片機(jī)識(shí)別運(yùn)算控制，并由LCD顯示器顯示土壤濕度。通過此方式對(duì)土壤的濕度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，以達(dá)自動(dòng)澆花之目的。系統(tǒng)框圖,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52單片機(jī)

系統(tǒng)采用低功耗、高性能的STC89C52型單片機(jī)為控制器，其內(nèi)部有8位中央處理器(CPU)、4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器、128Byte內(nèi)部RAM、32個(gè)I/0口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路[1]。其最小應(yīng)用系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成。

2.2 YL-69濕度傳感器

濕度傳感器用來檢測(cè)花盆土壤濕度大小，由敏感元件以及轉(zhuǎn)換電路組成。當(dāng)土壤濕度變化時(shí)，傳感器電阻值發(fā)生變化，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路引起輸出電壓的變化，并將此電壓信號(hào)輸送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器以便單片機(jī)判別運(yùn)算。本設(shè)計(jì)選用YL-69土壤濕度傳感器[2]，其濕度檢測(cè)范圍0%-100%，仿真電路中用電位器模擬濕度傳感器。

2.3 ADC0832AD轉(zhuǎn)換器

2.4 LCD1602液晶顯示器

為了實(shí)時(shí)顯示土壤濕度，提示使用者該系統(tǒng)的工作模式，因此選用LCD1602液晶顯示器用來顯示濕度大小和工作模式。運(yùn)行過程中第一行Humidity顯示當(dāng)前濕度；第二行state顯示工作模式，Maul為手動(dòng)模式，Aoto為自動(dòng)模式；自動(dòng)模式下調(diào)節(jié)濕度參數(shù)時(shí)上下兩行分別顯示濕度上下限值。液晶顯示器的8位數(shù)據(jù)端D1-D7由單片機(jī)的P0口控制，RS、R/W、E端分別由單片機(jī)P2.5-P2.6控制。

2.5 繼電器水泵單元

該模塊由PNP型三極管和繼電器及水泵組成，單片機(jī)P2.0口控制三極管基極。當(dāng)系統(tǒng)選擇手動(dòng)澆花模式或自動(dòng)模式下濕度低于下限濕度時(shí)，P2.0輸出為0，則PNP型三極管導(dǎo)通，繼電器得電，常開觸點(diǎn)吸合，電動(dòng)機(jī)回路接通，執(zhí)行澆花工作。當(dāng)自動(dòng)模式下濕度高于上限濕度時(shí)，P2.0輸出為1，則PNP型三極管導(dǎo)通，繼電器失電，常開觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)回路斷開，結(jié)束澆花工作。

2.6 其他輔助單元

除以上五大單元外，系統(tǒng)還設(shè)置有工作模式選擇、參數(shù)調(diào)節(jié)按鍵單元和燈光指示單元。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化，同時(shí)獲取設(shè)定濕度并采集當(dāng)前濕度值。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，送到LCD顯示器顯示信息；系統(tǒng)判斷當(dāng)前土壤濕度和預(yù)設(shè)濕度大小關(guān)系，如果小于預(yù)設(shè)值，繼電器就會(huì)驅(qū)動(dòng)水泵進(jìn)行抽水灌溉；如果高于預(yù)設(shè)值，繼電器和水泵不工作。濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度，當(dāng)澆花過程中土壤濕度大于設(shè)定值，則澆花過程結(jié)束。系統(tǒng)流程圖,如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

系統(tǒng)部分程序如下。

#include〈reg52.h〉 //頭文件

#include〈intrins.h〉

#include"eeprom52.h"

#define uchar unsigned char //宏定義

#define uint unsigned int

#define LCD1602_dat P0 //液晶數(shù)據(jù)口定義

sbit LCD1602_rs=P2^5;//IO 定義

sbit LCD1602_rw=P2^6;

sbit LCD1602_e=P2^7;

sbit beep=P1^3; //蜂鳴器

sbit led_1=P1^4; //指示燈

sbit led_2=P1^6;

sbit key_1=P3^0; //按鍵

sbit key_2=P3^1;

sbit key_3=P3^2;

sbit alarm_1=P2^0; //繼電器

sbit ADC0832_CS=P1^2;

sbit ADC0832_CLK=P1^0;

sbit ADC0832_DIO=P1^1; //adc0832引腳

uint sum;

uchar RH,RH_H=60,RH_L=20,state,ms,time_num,cs;

bit beep1,zt,s1;

void main() //主循環(huán)

{

float Ad_dat=0;

TMOD=0x01; //配置定時(shí)器0

TH0=0x3c;

TL0=0xb0; //賦50 ms初值

ET0=1;

TR0=1;

EA=1; //打開總中斷

LCD1602_cls(); //液晶初始化

RH_H=byte_read(0x2000);

RH_L=byte_read(0x2200);

if((RH_H>99)||(RH_L>99)||(RH_L>=RH_H)) {RH_H=30; RH_L=20;}

while(1)

{

sum+=A_D(); //累加5次AD數(shù)據(jù)

cs++;

if(cs==5)

{

cs=0;

Ad_dat=(float)(sum/5); //取一個(gè)平均值，用于濾波

if(Ad_dat>250) Ad_dat=0;

else if(Ad_dat<=70) Ad_dat=100;

else Ad_dat=100-((Ad_dat-70)/1.8);

RH=(uint)(Ad_dat);

sum=0;

}

show(); //調(diào)用顯示函數(shù)

key(); //調(diào)用按鍵掃描

proc(); //調(diào)用報(bào)警子函數(shù)

}

}

4 仿真調(diào)試

選用Proteus仿真軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花系統(tǒng)的軟件仿真調(diào)試，按照所設(shè)計(jì)的方案搭建電路模型,如圖3所示。

圖3 手動(dòng)工作模式

系統(tǒng)所需元件明細(xì)表,如表1所示。

表1 自動(dòng)澆花電路所需元件列表

模型搭建完畢，點(diǎn)擊單片機(jī)添加程序，打開仿真開關(guān)開始調(diào)試。

4.1 手動(dòng)工作模式

系統(tǒng)上電后直接為手動(dòng)模式。

由圖3可知，LCD1602第一行49%為顯示當(dāng)前濕度，第二行Manul為手動(dòng)工作模式；P2.0輸出為0，繼電器工作，水泵轉(zhuǎn)，LCD1602實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前土壤濕度，當(dāng)濕度增加到人為預(yù)期值，按S3鍵手動(dòng)關(guān)水泵，手動(dòng)澆花結(jié)束。

4.2 自動(dòng)工作模式

按下S2工作模式切換為自動(dòng)。按下S1設(shè)置鍵，進(jìn)入濕度預(yù)設(shè)值調(diào)節(jié)模式，分別按S2/S3鍵，實(shí)現(xiàn)增/減預(yù)設(shè)值。設(shè)置完成后，再按S1鍵退出，返回到正常模式。將濕度上下限分別設(shè)置為RH-L20～RH-H30%。當(dāng)濕度在30%以下時(shí)P2.0輸出為0，繼電器得電工作，水泵轉(zhuǎn)，濕度在20%以下時(shí)D2報(bào)警；當(dāng)濕度在30%以上時(shí)P2.0輸出為1，繼電器斷電，水泵停，D3報(bào)警指示，完成自動(dòng)澆花，如圖4所示。

圖4 自動(dòng)工作模式

5 總結(jié)

從仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)低于設(shè)定下限濕度時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)澆花，高于設(shè)定上限濕度停止?jié)不?，同時(shí)帶有燈光報(bào)警指示和濕度實(shí)時(shí)顯示，在實(shí)際中有一定的應(yīng)用價(jià)值。