ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 专科毕业论文自动浇花系统院（部）名称：电子信息与电气工程学院专业班级：学生姓名：合作者:学号：指导教师姓名：指导教师职称：2013年5 月目录摘要 (I)引言 (1)第一章系统硬件设计 (3)1.1系统技术指标 (3)1.2系统框图 (3)1.3土壤湿度传感器的设计 (5)1.4土壤湿度信号调理电路 (7)1.5土壤湿度信号转换电路 (10)1.6系统显示电路设计 (12)1.6.1 显示模块的选择 (12)1.6.2 显示电路 (12)1.7按键电路 (14)1.8电磁阀控制电路 (15)1.9电路原理图 (15)第二章系统软件设计 (16)2.1总设计框图 (16)2.2传感转换流程图 (16)2.3控制模块流程图 (17)第三章系统调试 (19)3.1 系统硬件测试 (19)3.2 系统的软件测试 (19)3.3系统整体调试 (19)3.4系统测量与误差分析 (20)第四章总结 (21)参考文献 (22)致谢 (24)附录A PCB图 (25)附录B 程序 (26)自动浇花系统摘要: 本系统以方便人们花卉的浇水，实现智能浇花，让人们从繁琐的浇花工作中解放出来，自动浇花系统的设计和应用应运而生。

本系统采用AT89C52单片机，配以相应的外围电路完成土壤含水量的检测和自动浇花的控制过程。

由土壤湿度传感器采集土壤信息，再经过信息处理模块处理后由ADC0832 A/D转换芯片转换成数字信号，AT89C52单片机作为控制中心。

配以DS1302 时钟芯片、LCD1602液晶显示模块等组成数据处理控制模块，实现智能浇花，显示时钟功能。

通过一系列的设计实现，简单的电路及低价的成本实现自动浇花系统是可行的，进一步可以推广到蔬菜大棚，园林，草地等的自动浇灌管理。

对于实现科技服务生活具有重要意义。

关键词:浇花；AT89C52单片机；DS1302；土壤湿度传感器；引言忙碌而忘却的时候，植物的供水就好中断，影响植物的正常生长，甚至枯萎而死。

根据以上为出发，自动浇花系统自然将会是我们的生活小帮手，因此，学以致用，把电子科技服务于生活。

此外，运用此装置，进一步也可以为蔬菜大棚，园林，草地进行自动浇灌管理。

本设计利用土壤湿度传感器，进行实时土壤湿度测量与显示，能对花草的生长情况进行观察统计，准确掌握花在电子技术日新月异的今天，生活中到处都可以看到嵌入式单片机的应用实例。

电子产品的设计是服务于人类为出发的，在现代人们离不开电子产品，应用电子产品，让生活生产更加便捷，为人们节省时间，精力，让人们的生活娱乐更加美好。

嵌入式单片机已经成为机电产品的核心部件，控制机电产品的工作于操作。

依据嵌入式单片机体积小，功耗小，成本低，可靠性高，软件代码少，自动化程度高和响应速度快等特点，适用于要求实时性和多任务的应用领域。

本设计中的自动浇花系统就是以以上为出发点而设计的。

随着人们生活水平的提高，人们追求高品位的生活，为了美化环境，净化空气，人们都喜欢在家中种植一些花草，植物都离不开谁，需要常常浇灌，这无疑是件繁琐的工作，尤其是当你出差，工作，或者草最佳生长模式下的湿度要求以及控制。

再配合时钟行走功能，即可实现给花草定时浇灌。

这样就可以减轻对花草的护理工作，让人们从照顾花草的繁琐中解脱出来。

本产品适合城市居民使用，尤其对长假外出更是一个好帮手。

此外，运用此装置，进一步也可以为蔬菜大棚，园林，草地进行自动浇灌管理。

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。

对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一，但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。

这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素( 大气压强、温度) 的影响。

此外，湿度的校准也是一个难题。

国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。

在计量法中规定，湿度定义为" 物象状态的量" 。

日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH% 表示。

总言之，即气体中( 通常为空气中) 所含水蒸气量( 水蒸气压) 与其空气相同情况下饱和水蒸气量( 饱和水蒸气压) 的百分比。

湿度很久以前就与生活存在着密切的关系，但用数量来进行表示较为困难。

对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值(重量或体积)等等。

本设计采用干湿球法，这是18 世纪就发明的测湿方法。

历史悠久，使用最普遍。

干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s 以上。

干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。

与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。

所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。

干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。

干湿球湿度计的特点：干湿球湿度计的准确度还取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。

干湿球湿度计的准确度只有5 ％～7 ％RH 。

干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。

与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。

所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。

干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。

第一章系统硬件设计1.1系统技术指标测量湿度范围：0～80％ {vol% (m3/m3)}供电电压：5～12VDC精度：非饱和范围内为±3％显示方式: LED显示。

1.2系统框图图1.1 系统框图土壤湿度传感器检测到的湿度模拟信号通过A/D转换模块DS1302转换为数字信号，与键盘的湿度设定值相比较，当满足湿度条件时，单片机AT89C52控制电磁阀的启动与闭合。

湿度值和浇花时长可以在显示模块LCD1602上显示。

单片机采用AT89S52或其兼容系列。

采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。

单片机连接液晶显示屏LCD1602，ADC0832，DS1302，按键电路，配以相应的外围电路，通过定时定量控制电磁阀变可实现自动浇花功能。

其中最小系统有复位电路，晶振电路。

其图分别如下：图 1.2 晶振电路图 1.3 复位电路图1.4 AT89C52ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。

其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0～5V之间。

芯片转换时间仅为32μs，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。

独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。

通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择，芯片如图1.5。

图1.5 ADC0832DS1302是涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和 31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。

实时时钟/日历电路提供秒-分-时-日-日期-月-年的信息，每月的天，数和闰年的天数可自动调整。

时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式。

DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线1 、RE（复位）2、I/ O（数据线）3 、（SCLK 串行时钟）时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信。

DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。

1.3土壤湿度传感器的设计在灌溉系统中，土壤湿度传感器的使用是该系统能否达到适量灌溉的关键，所以土壤湿度传感器的选择就成为灌溉系统的首要问题。

目前市场上主要测量土壤湿度的方法有中子衰减、张力计测湿、介点法速测法。

①中子衰减法虽然快速准确，但此种方法如果屏蔽不好，容易造成射线泄漏，以致污染环境，危害健康，故不能被采纳。

②张力计式土壤水分传感器是一种广泛成功地用于某些土壤水分测量的传感器。

这种仪表有个多孔瓷头，它通过水的管子与真空表连接。

优点是：结构及原理简单，可以在线实时测量，而且可以确定水在土壤内的流动方向和渗透度，缺点也很突出，就是：它的测量范围很大程度上受土质的影响。

误差较大，存在滞后和回环，影响测量速度。

③利用土壤的介电特性来测量土壤含水量是一种行之有效的、快速的、简单的、可靠方法。

对一定几何结构的电容式水分传感器，其电容量与两极间被测物料的介电常数有正比关系。

水的介电常数比一般物料的介电常数要大得多，电容式水分传感器的特点是精确度高、量程宽、可测的物料品种多，而且响应速度邺较快，可应用于在线监测实现自动化。

土壤湿度传感器在原理与结构上千差万别，根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用土壤湿度传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。

土壤湿度测量结果的成败，在很大程度上取决于土壤湿度传感器的设计和选用是否合理。

本设计之初，原本打算选用FDS-100土壤水分传感器，其可测量土壤相对含水率，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。

FDS-100土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。

可深埋土中，长期测量且性能稳定。

但由于FDS-100的价格偏贵，动辄接近一千，这是不符合我们的设计理念的。

而市场上土壤湿度的型号和资料也较少，价格也不尽如人意，难以找到一款合适的土壤湿度传感器，所以根据土壤湿度的测量原理，就地取材，从土壤在不同湿度的情况下的电阻不同的特性。

设计了一个简单的湿度传感。

配以相应的外围电路，变形成了一个简易土壤湿度传感器了。

从某个侧面看出，对土壤湿度的测量在技术及成本上还有待突破，不像空气湿度测量成熟。

在仿真中我们采用一个低压电源和一个可调电阻进行模拟，不同的电阻值对应输出不同的电压信号，这点等同于电阻测土壤湿度，在不同湿度情况下的不同电阻，产生对应于湿度信息的电压湿度信号。

如图是系统在protues 中的仿真模拟。

图 1.6 土壤湿度传感器模拟1.4土壤湿度信号调理电路土壤湿度传感器的输出电压在0～2V左右，需要将此电压信号经过信号处理模块，进行电压信号放大。

以便获得更高的转换精度。

信号处理电路，把土壤湿度模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。