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《基于单片机智能花卉浇水系统的设计和实现机械制造专业》.doc

花匠小妙招
2024-11-04 04:52

文档简介

基于单片机的自动浇花系统的设计与实现摘要：随着信息化时代的高速发展，人们对环境的质量也越来越注重。在家养花就成为了人们的第一个选择的东西，在家里养花不仅能够使生活更加丰富，还可以使情操得到陶冶。并且养殖的植物能够通过植物绿色光合作用，在释放氧气的同时吸收二氧化碳，在这种情况下空气也就能够得到净化，从而变得更加清新，并且，绿色植物能吸收因为装修而产生的有害物质，比如甲醛和苯等。由于植物的这些优点，越来越多的人，对在家养花情有独钟。这篇文章设计了一种智能湿度感应浇花系统。系统以单片机AT89S52为控制芯片，启动浇花之前先有蜂鸣器报警，然后按照每天的定量供水为限，在固定的时间内，自己启动浇花系统，然后按照各种植物需要的不同水量，来进行浇水，其中会有一个装置来控制，供水的时间也就是电磁阀开启和闭合的时间。在学校供水的时候水棒会进行运转，其他时间停止工作，也就不会有补水，按照温度和湿度来严格控制供给水量，主要用到的是SLHT5-1土壤温度湿度传感器，如果没有呃，检测到温度和湿度达到要求，传感器就会机控智能开始，给花浇水。在达到了固定的温度，湿度之后关机就会停止给花浇水，这个系统不仅能够使植物得到按时按量的水量，并且还可以为节约水资源做出贡献，然后在这种情况下植物就能够得到更好的生长。关键词:单片机;自动浇花系统;传感器;AbstractWiththedevelopmentofsociety,peoplepaymoreandmoreattentiontoenvironmentalquality.Farmingflowershasbecomethefirstchoice.Farmingathomecanenrichpeople'slife.Atthesametime,flowerscanabsorbcarbondioxidethroughphotosynthesistoreleaseoxygenandpurifyair,andflowerscanalsoabsorbtoxicsubstancessuchasbenzeneandformaldehydeinnewlydecoratedhouses.Somoreandmorepeopleliketobreedflowers.Thispaperdesignsanintelligenthumidityinductionwateringsystem.ThesystemusessinglechipAT89S52ascontrolchip,buzzeralarmbeforestartingwatering,watersupplyontimeandquantityistoautomaticallystartpumpingwateringatalimitedtimeeveryday.Accordingtothedifferenceofwaterrequirementofvariousflowers,abuttondeviceisusedtocontrolthetimeofwatersupply,thatis,thetimeofopeningandclosingofsolenoidvalve.Thepumpwillnotturnandtherewillbenowaterflowintherestofthetime.ThemainpurposeofstrictlycontrollingwatersupplyaccordingtotemperatureandhumidityisSLHT5-1soiltemperatureandhumiditysensor.Ifthetemperatureandhumidityofthesensorcannotmeetthespecifiedrequirements,itwillstartwateringflowersandstopwateringflowerswhenthetemperatureandhumiditymeetthespecifiedrequirements.Thesystemcannotonlywaterflowersontimeandinquantity,butalsosavewaterresources,sothatflowerscangrowbetter.Keywords:singlechipcomputer;intelligentwateringsystem;sensorTOCo"1-3"hu一、绪论11.1选题目的及意义21.2国内市场发展现状31.3研究方法和手段31.4植物、植物的一般生长习性41.5单片机介绍4二、基于单片机的智能浇花系统42.1系统的总体设计42.2系统组成部分52.3系统工作原理5三、系统硬件设计63.1AT89S52型单片机63.2STM32最小单片机系统63.3土壤湿度检测电路73.4键盘及液晶显示电路83.5水泵调节83.6报警电路和系统93.7单片机最小系统93.7.1晶振电路设计93.7.2复位电路103.7.3按键消抖方法103.8系统的功能设计与实现10四、基于物联网的智能植物养护系统的研究114.1系统设计114.1.1系统结构114.1.2系统工作原理与功能124.2系统实现124.3显示界面12五、系统功能调试13六、系统软件设计14七、总结16致谢16参考文献16附录17一、绪论实际上国内国外像这种机控智能浇花系统实际上都在现实都得到了运用，但是很大一部分的机控智能供水灌溉系统都采用虹吸的方式，也就是利用渗透来实现补水浇花，这种方式的补水过程连续不间断，但是这样的方法只能够保证花不会因为缺水而感到干枯，这样的方式不是根据花实际需要多少来给它供水的。而还有一小部分的机控智能浇水系统，能够在一定的时间内给花浇水，及时前后这两种方法基本上差不多，都不是按照花期实际需要多少水来进行补水的。并且还有一小部分的机控智能浇水系统，他们主要使用单片机控制，根据温度湿度传感器来得到温度、湿度到底是多少，然后再根据之前设定的值来进行自由的补水，给花浇水，但是这样的方式有一种缺点，就是在外部环境要能够有水龙头的情况下，才能够使用。而通常情况下，家里种花种草，都大部分放在阳台或其他地方，但是阳台这个地方基本上不会用到水龙头，所以这样的灌溉系统用用起来不太方便。这篇文章的设计是根据单片机智能浇花系统能够在实际上得到运用，也就是阳台上能够使用，并且它能够做到在固定的时间内，给花浇固定的水，这是十分简便而高效的。1.1选题目的及意义随着生活水平的提高，许多城乡居民为了美化环境，净化空气，喜欢在家中阳台上种植一些花草。但现代人的生活节奏越来越快，事情越来越多。植物是离不开水的，需经常浇灌。很多人有时忘了定时、适量给植物浇水。而人们出差或有事不在家时，植物的供水就会中断，植物面临干枯。花草生长的问题80%以上由花儿浇灌问题引起，好不容易养的植物浇水，因为浇水问题而长势不好或更严重的出现枯萎甚至凋亡。有些植物对湿度的要求很高，人为的过度浇水，植物的根茎容易腐烂，从而影响到植物的正常生长。生活水平越来越高，生活质量也越来越好，很多城镇的居民为了能够使环境更加的好，空气更加清新，喜欢在家里的阳台上种一些花花草草。但是由于现代生活的高节奏，人们日常的事情也越来越多。作为植物，它们必须要经常得到浇灌，不能够离开水。由于事情多，很多人有时候就会忘记定时给花浇水，那在这种情况下植物就很难得到适时的水量。当人们有事或者不在家的时候，植物就可能会缺少供水，甚至面临干枯死亡。80%以上植物生长的问题是由植物浇灌的问题引起的。养了很久的花，因为它们缺乏浇水。或者浇水不足而长得不太好，或者更严重的是，因为缺水而死亡。有些花会对温度和湿度要有很高的要求。如果浇水太多，那些植物的根部会出现腐烂的情况，植物也就不能够得到正常的生长。虽然市面上也有卖浇花的装备但昂贵的价格和其性价比让人望而却步。那种浇花装置大部分只能是指定时浇水时间，很难做到给植物适时、适量浇水。还有植物缺水报警器但其只能报警并不能适时、适量的浇水。其效果可想而知。为了解决按时、适量浇水问题，所以我设计机控智能浇花体统，通过传感器感知土壤湿度、光照强度、温度并传达单片机，由单片机判断植物是否缺水并最终传达给电磁水阀，从而达到适时机控智能浇水。其实在市场上已经出现了买浇花的装备，但是它基本上价格很高，而且性价比也不高。养花的人基本上不会选择这样的浇花系统，那些浇花系统，大部分只能在固定的时间内给花浇水，很难做到给花做到适时适量的浇水。而且，那些装置没有植物传感器，也就不能够在植物缺水的时候发出警报。所以它的效果可能并不会很好。为了解决使植物得到，按时适量的水源，所以我设计了这个机控智能浇花系统。通过系统上的传感器能够知道土壤的温度是多少，光照强度是多少。湿度是多少，并且传达给单片机，然后单片机自主的判断植物缺不缺水，并且在最后传达给电磁水阀，然后能够给花适时适量的机控智能浇水。1.2国内市场发展现状这几年来，国内外应用的机控智能浇水系统基本上都是以微喷和微灌为主。微喷主要组成部分是微喷带，它的工作原理是使用水压力后交付和微喷嘴带领域通过排水洞，微风在重力和空气阻力的作用下，产生细雨的喷涂效果。绝大部分的微喷带的出水孔是按照一定规律和一定距离进行排列和布置的，比方说:斜三通、斜五孔、左右孔、横三孔和无空等，那些出水孔大部分用的都是机械钻孔、启动打孔和激光打孔，孔径大概0.1-0.2毫米，孔形是圆的。它们大部分在花卉植物和果园这些地方使用。微灌是利用微灌设备组成微灌系统，用压力将水分配到田间，通过灌水去以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术。使用微灌技术的优点，就是能够比较方便地把水给到每一个植物的土壤。能够适当的保持水压很低的状况，能够让作物生长的比较好。但是这种微灌系统通常需要比较高的投资，它远远高出地面灌溉，而且它会有一些缺点，比方说出水口比较小，容易发生堵塞，也就会不满足过滤系统的要求。国外在多年之前已经开始普及电子机控智能设备，而国内在这方面的技术还不成熟，因此国内使用的电子机控智能浇花大部分只能从国外进口。虽然进口的价格很高昂，但是进口设备的质量很好。不过这些先进的设备不太适合国内使用。国内外流行的玻璃机控智能浇花。这种类型的灌溉设备大多数在中国山西和浙江地区进行加工生产,虽然价格很便宜,但是灌溉效果是没有电子机控智能浇花是好的。我们常说种花简单浇花难，这也让很多商家关注了这块市场。目前这种机器设备制造商主要集中在广东、上海、浙江等地区。如今市场上主要有以下几类机控智能浇花设备：玻璃、陶瓷类机控智能浇花器玻璃、陶瓷类机控智能浇花器又叫机控智能渗水装置，它主要的组成部分是由自身的物理结构决定的。主要根据材料的物理渗水原理来进行机控智能浇灌在自动控制智能型浇水器的内部，有水的情况下，他自己能形成适当的压力。在遇到土壤比较干的情况下，它的水就会从上面往下面流出来，然后浸湿土壤，之后就会有一个堵塞压力，然后就会使水流速度变慢，甚至停止。事实上，因为制作的工艺不一样，它产生的效果也会不一样。与此同时土壤的疏松情况，也会对器具里面滴水流的速度快慢产生一定的影响。目前为止，传感器车技术和单片机技术已经发发展的比较快。他们的应用从工业等方面向其他方面扩展，并且开始和人们的平常的生活有很大的关联。而且人们也越来越接受智能家居这个想法。可以看出来，微电脑控制的电子类机控智能浇花系统会有很光明的发展。1.3研究方法和手段本毕业设计是设计单片机控制的机控智能浇花系统。所有节点按照在网络中的功能不同可以分为协调器节点、传感器节点和控制器节点。在每个网络中有且只有一个协调器节点,整个网络的中心就是这个节点，它不单单起到存放所有的控制策略的作用，它还能接收传感器节点向其发送的数据,并对数据进行识别然后通过智能判断后,再把灌溉命令发送给控制器节点;在灌区的各个地方都有传感器的节点，还配有各种传感器,比方有测量温度、空气湿度、光照度等的传感器，负责采集灌区的环境参数,通过对获得参数研究来了解土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。节点会按固定的时间发送给协调器节点;每一个分灌区的灌溉作业都由一个控制器节点控制，这个控制器节点直接与灌溉的阀门、水泵等设备连接，当控制器节点接收到协调器节点发送的灌溉命令后就会执行灌溉的任务。土壤温度和湿度传感器可将检测到的土壤温湿度进行转换分析从而转变成数字量，通过单片机内程序控制精确的将温度与湿度分别显示在LCD显示屏上，同时通过单片机内的中断服务程序判断是否要给花浇水,若需浇水则单片机系统发出浇水信号并经放大驱动设备开启电磁阀进行浇水若不需浇水则进行下一次循环检测。1.4植物、植物的一般生长习性不难发现，自然界因为有了各种各样的植物而变得色彩斑斓，富有生机。其实也就跟人一样，植物和植物也有自己特有的生存方式。也就是说，植物不一样，他们的生长习性也可能不一样。虽然是这样，但其实我们也能够从中找到植物之间的一些很普遍的生存习性。其一，不管是在什么样种类的植物，它们的生存要素都包含阳光，空气，水之类的。其二，如果植物的种类不一样，那么他们对土壤的温度高低，湿度高低，还有养分的多少的要求也是不一样的。其三，就是要明确给植物浇水一般情况下，水土温度要在五摄氏度左右的差距，这样才不会使植物的根部出现腐烂的情况。季节不一样，给植物的浇水时间也会出现不一样。一般来说，春夏秋在上午五点到下午四点之后的时间都可以给植物浇花，并且效果会比较好。夏天因为比较炎热，植物比较容易进行蒸腾作用，上述提到的时间就不太合适给植物浇水。如果进行不合理的浇水植物就可能会感到干旱甚至枯死。实际上，夏天给植物浇水，大概要在早上七点之前和下午五点之后。1.5单片机介绍在近代有许多集成电路的问世，并随着科技的发展的更新，现在只要把计算机的CPU、RAM、ROM、定时器、定数器等设备以及多个接口安装在一个小小的芯片上，就组成了芯片级计算机，所以对于单片机发展初期的定义是单片微型计算机，简称为单片机。单片机有以下几个特点：①性价比十分高；②体积小方便易携带又可靠；③操控能力比较强；④电压低、能耗低。二、基于单片机的智能浇花系统2.1系统的总体设计智能植物浇水系统的核心是单片机芯片系统。该系统采用AT89S52型单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能控制能力强CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程器。该单片机芯片中拥有灵活的8位CPU和在系统可编程Flash，从而使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供很好的性能、很好的灵活性，也因此该单片芯片可以准确高效的解决问题。智能植物浇水系统的温湿度检测电路则是通过温湿度传感器对培养土壤进行信息采集，接着经过A/D转换器将所采集的信息进行下一步数据处理，然后传输到单片机内部进行数据处理之后再将信息转变为数字信号发送到LCD显示屏中显示出来，通过这样简单的操作养殖者便可以轻松的对植物养殖的土壤温湿度变化进行实时观测，养殖者也能够设置温度的范围，并且进行自由控制。智能植物浇水系统的硬件电路大部分是由单片机系统电路、电源的电路、温湿度传感器电路、LCD显示屏电路和控制按键的电路等电路构成。智能植物浇水系统的软件程序可以选用C语言编程。该系统不仅灵活可靠，操作简单，而且制作成本相对比较低，有较高的性价比。该系统在日常植物浇水中的应用比较广泛，能够减少养植物的浇水问题。2.2系统组成部分这个系统主要由土壤湿度检测电路、键盘、LCD液晶显示电路、报警电路、水泵控制电路等组成。具体结构如图1所示。土壤湿度传感器测量出土壤湿度信号，单片机采集土壤湿度信号并进行分析和处理，然后输出控制信号，让水泵工作或者不工作，就可以做到按照需求给花浇水。图1智能浇花系统组成框图2.3系统工作原理因为植物不一样，它们需要的水量可能也不一样，所以在给植物浇花的时候要根据他们的实际需求。所以这个系统使用模糊控制的方式来做到精确的浇花。一方面，单片机收集土壤湿度信号，然后进行计算判断要不要给花浇水;另一方面，单片机使用查表的方式从而达到浇水多少的模糊控制。在软件设计时，根据那些植物要多少水，来把它们的土壤湿度值允许的范围放进表格里面，也就是模糊控制响应表，应用的这些数值都是大家通过长期的经验得到的，并将表格提前放在ROM存储区的某个位置中供查表使用。比方说:对仙人掌进行机控智能浇水，单片机会把得出的湿度信号跟表格里的仙人掌最小湿度值比较，如果得出的湿度值比表格里最小湿度值小，就给花浇水;在收集的湿度值大于表格里仙人掌的最大湿度值的情况下，停止浇花，这样就能对浇水的时机和浇多少水把控。在单片机控制系统里面能够给到数据、命令。键盘是由一组特定的按键组成，各个按键表示不同的代码，叫做键码。键码包括编码键盘和非编码键盘。编码键盘利用编码电路识别闭合键的键码，非编码键盘利用软件来识别键码。由于非编码键盘的硬件电路并不复杂，使用者能够快捷的改变键的数量，所以它在单片机系统中有很多应用。三、系统硬件设计3.1AT89S52型单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用的是Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也可以用于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52广泛应用在众多嵌入式控制应用系统中，AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。该系统采用AT89S52型号单片机。采用12MHz高精度的晶振，来获取较稳定的时钟频率，减小测量产生的误差。单片机连接LCD显示屏按键电路，结合相对应的辅助电路，通过程序控制电磁阀来实现智能控制浇水。主要是通过单片机采集土壤温湿度的信息，通过程序来测算并判断该植物现在的土壤湿度和温度是否适合其生长，然后进行智能的调节温度或浇水。在软件设计时，可以根据不同植物生长适宜温度和需水量，将其适宜生长的土壤温湿度范围区间信息输入到程序中，然后通过程序对单片机采集的信息进行分析自行计算判断是否需要调节温度和浇水。单片机控制系统是由键盘输入数据或命令。键盘是由一组常开的按键组成，每个按键都对应了一个代码，称之为键码。键码分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是由一个编码电路识别闭合键的键码，非编码键盘是由软件来识别键码。在两种键码中非编码键盘的硬件电路更加简单，所以更便于养殖者改变键的数量，因此非编码键盘在单片机系统中使用的更广泛。更好的实现了监测智能化、机控智能化。3.2STM32最小单片机系统核心控制芯片STM32F103C8T6、电源供电模块、启动模式、下载电路和复位电路组成STM32最小单片机系统。核心控制芯片STM32F103C8T6是32位ARM微控制器，基本符合物联网智能浇花系统的嵌入式控制要求。电源采用4.2V锂电池供电方式，其中采用LM1117-3.3V稳压芯片降压得到3.3V电压，让整个电路使用。⑴摄像头图像采集电路摄像头图形采集电路通过OV2640传感器达到目标。OV2640是利用SCCB总线控制的小型CMOSUXGA图像传感器。传感器比较小，而且他需要的电压也比较低，能够提供单片摄像头UXGA和影像处理器有的功能。UXGA图像能做到15帧/秒，能够满足浇花系统需要的远程视频的功能。⑵温湿度采集电路温湿度采集电路通过DHT11传感器达到。这个方式需要的能量比较低，并且它有很好的能力去抗干扰。它采用的是单总线串行，要达到的目标比较简单，得出的结果也比较可信，能够较好的采集阳台花盆的湿度和温度。它收集数据的过程，基本上可以描述成核心控制芯片发送开始信号之后，温湿度传感器从低到高功耗模式开启。收集完信号后，DHT11做出回应然后把得到的数据发送。这个时候控制端接收数据与此同时进行数据保存，客户端能远程即时观察到植物盆栽的温湿度怎么样。⑶WIFI电路基于HLK-RM04无线模块。传感器采用通用串行接口，嵌入式无线传输模块符合网络标准。它可以满足用户在无线网络、以太网和串口三种接口之间的数据转换。内置相应的协议栈。该模块与传统WIFI模块的不同之处在于，它不需要复杂的配置，可以提供一套完整的解决方案，可以通过网络直接传输数据。该模块使无线网络能够与本地服务器连接和交互，实现数据传输和远程控制。该系统中继电器模块电路的功能是模拟浇灌装置开关。中继器根据用户在网页末尾的开闭指令不断地吸水和喷水。继电器模块工作电压为5V，触发电流为5mA。触发方式由手动跳线设定，由高电平和低电平分别触发。绿色为电源指示灯，红色为状态指示灯。继电器将继续吸进，状态指示灯将继续打开和关闭时，远程控制发生。3.3土壤湿度检测电路土壤水分传感器的工作原理是土壤水分传感器由声报警电路和湿度检测电路组成。湿度下限为RP1，湿度上限为RP2。当土壤水分上限和下限之间的预先设定的湿度,因为探测器之间的土壤电阻值和H是在规定的范围内,可能在C点低于零售物价指数的滑动结束潜力,比较器输出高水平,红色不发光;当RP2的滑动端电位低于c点电位时，比较器II输出电平高，绿色不发光。如果土壤湿度达到或超过设定的上限RP2,ab探针之间的阻力减少,因此探针电压降低,和第二比较器的同相输入潜力低于反向的潜力比较器,然后第二比较器输出低电平绿灯翻转。同时，SS8550II发出蜂鸣声，提示土壤湿度过高。如果土壤干燥达到或超过设定的下限湿度一国,探针a和B之间的阻力增加,所以,调查分压增加高于比较器的同相电压即比较器输出低电平,红光,和SS8550I进行蜂鸣器声音,表明土壤湿度太低。蜂鸣器的设计是为了方便用户设置报警点。设置好后，可以断开密钥SP，下位机可以统一报告错误。本设计选用了一种高品质的土壤传感器来检测土壤水分。表面镀镍处理，扩大了传感面积，提高了电导率，避免了生锈，延长了使用寿命。该传感器能在较宽的范围内控制土壤水分，并利用电位计对相应的阈值进行调节和控制。当湿度低于设定值时，DO输出高电平。当DO输出高于设定值时，DO输出较低;比较器采用LM393芯片，工作稳定;工作电压3.3V-5V;传感器有固定的螺栓孔，安装方便。利用电位计调节土壤水分控制阈值，可自动控制智能灌溉，控制家用花盆土壤水分。本设计采用土壤温湿度传感器SLHT5-1。传感器采用全量程标定，两线数字输出，可与单片机直接连接。它有相当高的均匀性。湿度测量极限为0.100%RH。探头可直接插入土壤，可用于检测草原、园林、农业温室、苗圃等土壤的温湿度。具体检测电路如图2所示。图2SLHT5-1土壤湿度传感器检测电路3.4键盘及液晶显示电路本设计选用LCD12232F液晶模块。内置字节库，无存储功能，采用并行连接方式，使用相对方便。用于显示系统运行状态、植物种类、土壤温湿度信息。键盘选择独立按钮，包括重置按钮、植物分类按钮和打开按钮。当启动时，会出现“欢迎您的到来”，然后是“请选择植物类别”。根据植物种类选择按钮的设置，根据液晶屏的内容，可以清楚地定义植物的种类。系统主要包括雪松、仙人掌、银杏、牡丹、芦荟、芍药和君子兰。在这个系统中有七种植物。同时，有七个不同的温度和湿度范围内置。在定义植物类别之后，将出现植物的特定名称，并在此之前完成设置。3.5水泵调节图3电路是一个泵调节线路图,三极管的发射极E连接继电器线圈,线圈的另一端连接到+5v电源VCC,基地B的三极管Q1连接到单片机P3.6,继电器线圈两端并联二极管IN4148,为了消除反电动势由继电器线圈故障引起的,避免损害三极管反向电动势,打扰其他的电力。R2和红色发光二极管构成继电器状态指示电路。如果继电器通电并被吸收，LED会发光，这样就可以检测到继电器的运行状态。图3水泵调节电路图系统水泵选用最大流量为1640L/h的220V电源潜水泵，喷头选用喷头，以达到均匀喷水、避免局部土壤水分过多、检测不稳定的目的。如果将AT89S52单片机中的P3.6引脚引入高电平，则三极饱和电流通过，+5V电源接入继电器线圈接口，使继电器闭合，LED工作状态也变亮，继电器常开触点闭合，即水泵为有电，水泵就开始浇水了。此外，如进口P3.6引脚低电平，晶体管不会导电，因为它不会在继电器线圈两端产生电位差，继电器电枢断开，发光二极管的工作状态也会熄灭，同时继电器常开触点断开，即瓦三通泵断开，然后水泵要停水。3.6报警电路和系统由于该系统在客厅或阳台的应用环境是预先设定好的，为了防止系统突然浇水和干扰主人，在系统中设置了报警电路。首先，有几个“哔”的警报，然后水开始。蜂鸣器声音的原理是电流通过电磁线圈，电磁线圈产生磁场来驱动振动膜声音，所以需要一定的电流来启动。单片机的IO引脚输出电流小，单片机的TTL电平输出基本上无法启动蜂鸣器，所以我们需要添加一个电流放大电路。这个电路包括三极管、蜂鸣器、连续电流二极管和滤波电容器。这个程序通过改变单片机引脚输出波形的频率来调节和控制蜂鸣器的音调，产生不同音色的各种音调。此外，通过改变输出电平的占空比，可以控制蜂鸣器的声音大小。主要是单片机中P3.0引脚来决定三极管开启与闭合，实现控制蜂鸣器的通断。由于该系统主要用于室内环境，为了防止泵的开启影响他人，在系统中建立了报警电路。通常在泵打开前，会有几秒钟的“涂鸦”报警声，然后泵才能实现补水。报警电路图如图4所示。它主要是由单片机中的P3.0引脚来决定晶体管的开关，并控制蜂鸣器的开关。图4报警电路3.7单片机最小系统3.7.1晶振电路设计AT89S52芯片采用了由反向放大器构成的振荡器。XTAL2和XTAL1分别是振荡电路的输出端和输入端。同时，定时装置连接在XTAL1和XTAL2引脚上，内部振荡电路实现自激振荡。定时装置通常是由石英晶体和电容器组成的并联谐振电路。系统选用12mhz晶体振荡器，两个30pF电容C7和C8。3.7.2复位电路本设计中使用的按键复位电路，在系统智能复位由计算机控制时，只需按住S键即可。此时，电源的Vcc通过电阻R1和R2分压器，在RST端产生复位高电平。同样，只要RST端子保持高压的时间超过两个机器周期，系统的计算机控制智能就可以实现正常复位。复位电路如图5所示。图5AT89C52单片机的复位电路3.7.3按键消抖方法非编码键盘可分为独立键盘和行列式键盘。行列式键盘以I/O线的一部分为线，另一部分为线。键是在直线和直线的交点上设置的。这种键盘适用于按键较多的场合，但硬件电路结构复杂。独立非编码键盘中的每个键都独立地占用一条数据线。当键关闭时，相应的I/O线变低。对于处于正常打开状态的单机键盘，键关闭时I/O线较低，键正常时I/O线较高。由于机械触点的弹性作用，触点闭合和弹起时刻的电接触状态不稳定，导致电压信号抖动。按键的抖动时间一般为5、10毫秒，为了避免因一次关闭而造成多个CPU处理，应采取措施消除抖动。有两种方法去抖动:硬件去抖动和软件去抖动。硬件解抖动通常采用双稳态解抖动电路。软件抖动检测方法是检测CPU中的按键延时为10、20ms，然后检查按键电平是否保持关闭状态。如果它仍然处于关闭状态，则确认按键，或从头检测它。为了简化硬件电路，选择独立的非编码键盘，用软件消抖来消除按键的抖动。3.8系统的功能设计与实现基于单片机的植物智能浇灌系统，通过土壤温湿度传感器采集植物土壤信息。在植物生长过程中，当传感器检测到植物缺水时，单片机控制的电磁阀将智能开启。开始给植物浇水，当水量达到一定数量时，由电脑控制的水泵智能停止浇水。液晶显示屏将稳定显示环境温度和湿度，以及饲养员设定的温度和湿度。智能植物浇水系统通过单片机程序控制给植物的水量，比较同一温湿度采集电路输入单片机的栽培土壤的温湿度值。当温度、湿度低于传感器监测的标准状态时，单片机输入信号启动水泵浇水，当水量达到植物生长所需的标准时，单片机进行浇水。机器将再次输出一个信号，关闭水泵，停止浇水。因为不同的植物在生长期间需要不同的水，所以它们应该在合适的时间和数量根据他们的需要浇水。因此，智能植物浇水系统采用模糊控制来实现精确浇水的目的。四、基于物联网的智能植物养护系统的研究互联网技术的发展促进了智能化时代的发展，智能家居开始出现在人们的家庭生活中,智能设备逐渐取代了传统的人力劳动,极大地减轻了人们的生活压力。物联网作为互联网技术的拓展,促进了智能家居发展,使系统中的设备与设备之间的信息传递更加便利。智能设备之间的信息传递方式包括有线通信和无线通信两种,目前的技术发展以无线通信方式为主。白光LED可见光通信作为无线通信的一种,以其绿色健康、通信速率高的优点开始应用在智能家居系统中。智能家居设备可分为服务型智能设备和智能家电设备,本文研究的智能植物养护系统就是一款服务型智能设备。本文研究的智能植物养护系统是利用湿度传感器检测植物土壤湿度,将湿度信息通过无线通信方式传递至智能浇水设备中,当智能浇水设备检测到接收信息为缺水信号时,智能浇水设备机控智能分析缺水植物的位置信息,根据位置信息按照预设路线行走至缺水植物,根据植物属性开始执行浇水任务,实现植物的智能养护。实验中信息传递采用的是白光LED可见光通信的无线传输方式。智能浇水设备将可见光通信接收端与智能小车设计相结合,实现了信息接收的同时也完成了浇水的任务。研究的智能植物养护系统与传统的虹吸原理浇花方式相比,能够实现按需浇水,按植物品种需求浇水,能更加智能化的控制植物土壤湿度,更有利于植物生长。植物的生长是通过光合作用储存有机物来实现的，光照条件对植物的生长发育有很大影响。根据前人研究，不同LED光质对植物不同内源激素的含量有着不同的影响，且不同的光照强度和光照时间对植物的形态建成有一定的影响。光的波长、光强度及照射时间时对植物生长有重大影响。4.1系统设计4.1.1系统结构物联网从下到上可分为感知层、传输层和应用层。感知层的主要功能是数据采集和短距离无线传输。在传感层系统中,土壤水分传感器用来获得土壤数据实时温度和湿度传感器用来获得实时环境的温度和湿度,光照传感器用来获得植物生长照明条件,和实时多个数据采集节点和协调器节点之间的通信是通过短途无线传输网络实现无线个域网网络。网络传输层是物联网的中间层。它主要使用互联网来传输信息。物联网需要通过网络将信息从感知层传输到应用服务层或用户终端。在该系统中，终端用户的手机可以通过互联网登录网页，获取土壤湿度、环境温湿度、光照条件等实时参数。根据土壤湿度、环境温湿度和光照条件，采用网络继电器控制不同波长LED植物生长灯的水泵、风机和开关。应用服务层的核心功能和任务是在更高层次上组合、管理和利用物联网资源。该系统通过建立友好的用户界面，实现了数据存储、数据分析、数据显示和远程控制等。4.1.2系统工作原理与功能传感器采集数据，通过无线传输将采集到的数据传输到协调器节点。协调器节点通过USB数据线(基于板的USB到串行芯片)连接到PC机。PC端使用java编写的串口接收程序，串口类使用java编写串口接收程序。同时，它使用了Hibernate和Spr这两种重要的Java技术，Hibernate和Spr是其中的两个重要框架。使用MVC技术编写后台，大部分jsp编写的页面用于前端和后端切换。最后，将web端程序部署到Tomcat6.0，使程序能够在Internet上运行。最后，在终端设备(手机、平板电脑、电脑)上，可以实现实时监控数据信息。同时，继电器可以远程控制水泵、LED植物生长灯和风扇的工作状态。通过软件设计，用户可以通过登录web端来选择工作模式。模式一是计算机控制智能，可以根据阈值启动控制设备。模式是二手的。用户可以通过web查看植物生长数据，判断是否需要人工浇水，并启动和关闭遥控设备。4.2系统实现为了实现土壤水分测量节点与协调节点之间的无线交互，需要调用TIZ-Stack协议栈中的网络函数，并添加网络函数，实现网络的建立和节点的连接。初始化ZDApp层后，系统调用ZDAppinit函数检测节点类型。如果它检测到一个协调节点，它就通过计算机控制智能地建立一个网络。如果是终端节点，则通过计算机控制智能地加入相应的网络。土壤水分测量节点将采集到的土壤水分数据按需发送到协调节点。按需使用的原因是为了让温度测量节点将数据发送到指定地址的协调器。如果使用广播或多播，可能会发生数据冗余。同时，协议栈中的防撞协议可以解决协调器从多个测温节点接收数据的问题。同时，为了保证数据的完整性和准确性，用Java编写的接收串行信息的程序增加了数据验证功能，以保证传输数据的完整性和准确性。为了实现对环境数据的远程实时监测，系统采用Hibernate技术，使程序更加方便地实时操作和接收采集到的环境信息。为了实现对网络继电器的远程控制，系统使用JSP页面编写命令，并通过JSP代码将命令发送给网络继电器，然后能控制水泵等终端设备。该系统显示界面是以MyEclipseEnterpriseWorkbench9.0平台为基础开发的，界面是利用Jsp技术实现的一种基于Web的串行通信方法。页面使用JQueryEasyui框架显示数据，然后使用JavaBean和SpringMVC标注技术获取后台土壤水分保存的表，通过Json对象将数据传输到首页。最后，利用Ajax技术实现页面的定时控制，实现数据的智能刷新和更新，利用JavaScript技术实现页面按钮和功能事件的触发。4.3显示界面网页浏览器在计算机或移动终端输入服务器的网站上实时观察和远程控制数据。实时监测可以实时获得环境温度、湿度、光照强度、土壤湿度等参数。当土壤含水量超过阈值时，系统将通过计算机控制智能启动抽水。当土壤湿度不低于阈值时，远程控制界面也可以选择点击打开的花洒开始泵送。当土壤水分传感器监测土壤水分数据达到一定的最优值时，泵停止运行。当人们发现光照强度过低，需要补光时，可以通过计算机控制智能或手动开启LED植物灯。植物基于物联网的智能种植系统可以实现远程温度和湿度实时调查,植物植物种植的土壤湿度和光照参数环境通过各种终端在任何地方登录到WEB网络和远程控制终端设备如粉丝、水泵、喷头和LED植物灯根据环境变量的变化,从而实现无线远程控制和冷却。浇水和照明。该系统成本低，使用方便，可用于家庭园艺维护，也可应用于各种植物栽培，具有很高的实用价值。五、系统功能调试在完成硬件电路设计和软件开发后，对整个系统的功能进行了调试。在调试过程中，利用Proteus仿真软件对部分电路功能进行了调试。通过仿真，完成了DHT11温湿度模块、液晶显示模块、继电器控制模块、声光报警模块的电路仿真分析与调试。当模拟信号被模拟时，模拟信号只能通过除以电压来模拟。结合系统仿真电位图，用AD6绘制电位图并生成PCB板完成电路的焊接和调试，用KeilC51完成编程，用STC-ISP完成程序的下载。在调试过程中，主要完成了土壤水分传感器信号采集与处理的程序设计，并采用逐模块调试的方法实现了最终的实现。整个系统功能的调试。经过调试，该系统能够准确采集土壤水分信息和环境温湿度信息，并通过LCD1602清晰地显示出来。同时，单片机可以有效地控制继电器电路和声光报警电路的正常运行。根据系统设计的功能模块，采用Proteus软件对系统进行仿真。需要注意的是，LCD12864在软件中没有一个词库，但是屏幕可以用LCD1602替换。经调试，模拟的温湿度采集与预期目标一致。电路图是用AltiumDesigner软件绘制的。图4是系统的主电路图，包括温度传感器电路、蜂鸣器电路、液晶显示电路、ADC0832电路、按键电路。图7系统主电路图根据原理图由奥腾设计师软件,装入包相应的组件,生成相应的网络表,创建PCB文件,加载网络表,手动调整组件的位置,减少和缩短铅和组件之间的连接,并使组件尽量安排在平行(特别要注意的位置LCD12864大头针连接到屏幕的时候,屏幕会遇到)。屏蔽部分电路，修改适当的布线规则，点击电脑控制的智能布线，将镀铜连接到GND，最终生成PCB板。PCB打样，配件采购，焊接。连接系统所有硬件并进行测试。打开电源开关，将液位传感器置于水箱顶部外墙无水处。此时，蜂鸣器报警，系统停止工作。如果将液位传感器放置在有水的水箱外壁上，此时屏幕显示温湿度值，从而推断液位传感器和显示屏工作正常。为了测试温度传感器和湿度传感器是否工作正常，手指握住温度传感器，从屏幕上可以看到温度值的变化;将湿度传感器置于湿砂中，继电器不被激活，此时记录屏幕上显示的湿度值，然后暂停湿度传感器，屏幕上显示的湿度值变化较大，且低于屏幕上显示的湿度值。此时，继电器启动，泵开始工作，湿度传感器再次放入原始的沙子中，继电器停止工作，浇水结束。用同样的方法测试另一个湿度传感器，效果是一样的。选择“菜单”按钮,在屏幕上显示多个菜单选项,按下“花1”按钮,显示值,温度湿度上限、下限湿度花1开始浇水在屏幕上时,按“选择”按钮,在调整选项,您可以选择通过“增加”、“减少”按钮,调整灌溉区域的价值,最后按下“确定”按钮退出。调整界面，完成按键操作。通过改变湿度传感器检测到的土壤湿度，也可以改变继电器的启动和关闭状态。由此可以推断，该关键电路工作正常。通过用同样的方法调试另一种方法，可以实现所有需要的功能。关闭电源，重启系统，进入菜单界面，查看按钮调整的最后一个字段值是否保存，从而推断数据存储是否正常。目前，多通道智能灌溉系统的开发已经完成。经计算，其成本比目前市场上销售的单路浇花机更经济。六、系统软件设计单片机部分。系统首先初始化程序，然后等待主机发送相关指令。成功接收指令后，更新程序的相关设置参数(包括土壤湿度、植物种类、浇水速度等)。然后它开始检测土壤湿度。将当前的水分检测值发回主机后，当检测值较低时，系统会将检测值与设定值进行比较。设定好设定值后，单片机使I/O口驱动泵电机工作，土壤水分随着含水量的增加而增加，直到检测值大于设定值，泵停止工作。这个时候，植物将在合适的生长环境中。（２）上位机部分。上位机界面编译环境：VS2010，编译工具：C#，上位机主要用于与单片机进行数据通信，传输用户设置的相关参数，实现系统的远程控制功能。该系统的上位机界面主要包括植物种类、土壤水分、灌溉速度、设备启动等选项。用于设置不同设备的相关参数，控制系统的运行状态。此外，该界面还设计了当前土壤湿度显示栏，即时监控当前土壤湿度值。系统软件设计包括初始化、显示子程序