多功能环境检测自动灌溉控制器的设计
摘 要所谓的自动灌溉控制器系统指的是一种以单片机等微型处理器作为主控核心，并且在片外结合相关功能传感器而构建成的一种控制系统，本课题就以这种系统作为研究对象，选用了大学期间较常使用的STC89C51单片机作为主控芯片，设计了一款能够实现土壤湿度准确检测并且快速制定出灌溉计划等等功能的嵌入式系统，由于系统内部采用的各类芯片和传感器外形较小，所以使得整个系统的外观体积也非常小，达到了便携式的指标。这款系统在硬件方面以STC89C51单片机最小系统、LCD1602液晶显示电路、模数转换电路、报警信号生成电路、土壤湿度采集电路和继电器驱动电路等构建而成，在软件方面以主程序、显示屏驱动子程序、模数转换子程序、报警子程序、土壤湿度检测子程序和继电器驱动子程序等构建而成。为了能够直观的看到设计成果的工作状态，在课题的验证环节进行了多次测试实验，对各项功能指标都进行了测试，测试的结果显示这款自动灌溉控制器系统的一切工作正常，符合预期设计需求。
目录
一、 引言
（一） 自动灌溉控制器的发展背景
（二） 自动灌溉控制器的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 自动灌溉控制器的方案设计
三、 系统硬件设计
（一） 自动灌溉控制器主控电路设计
（二） 土壤湿度检测子电路设计
（三） 自动灌溉系统显示子电路设计
（四） 报警子电路设计
（五） 水泵开关驱动子电路设计
四、 系统软件设计
（一） 自动灌溉控制器的主程序流程设计
（二） LCD1602液晶屏显示子程序流程设计
（三） 报警子程序设计
（四） 土壤湿度检测子程序设计
（五） 水泵开关驱动子程序流程设计
五、 实物安装与调试
总结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序
引言
自动灌溉控制器的发展背景
本课题将对基于STC89C5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1单片机型微处理器而实现的自动灌溉控制器系统做研究，涉及到这种系统的起源以及发展过程，通过对自动灌溉控制器系统发展过程资料的调查，对其表现出的大多数问题进行综合探讨，并选取出一些高性价比产品中所表现出的优秀设计之处进行重点研究，争取能够将其植入到本课题设计的这款自动灌溉控制系统中。通过对大量的产品文档和技术资料进行详细查阅后可以知道自动灌溉控制器系统这种控制系统历经了多个有代表性意义的阶段，首先在单片机等微处理器芯片研发和应用技术还没有普及甚至是没出现之前，自动灌溉控制器系统的研发人员只能够在种类较少的数字集成芯片中找寻到一些功能较为简单的逻辑门芯片、译码或者解码芯片，通过数十个这种功能较为简单的数字芯片进行电路搭建，构建出一个电路形式非常复杂的自动灌溉控制器系统架构，虽然电路架构看起来非常复杂，但是最终能够实现的功能却非常简单，此时的自动灌溉控制器系统外形体积较为庞大，大多数资料表示工程师最为头疼的就是当自动灌溉控制器系统出现故障时，故障排查工作以及维修非常麻烦，需要对硬件电路架构中的各个节点进行逐一排查，需要消耗较多的时间才能够找寻到问题的所在。在上世纪八十年代前后低性能的单片机等微处理器芯片被研发出来，伴随着微处理器芯片一同出现的是最新版本的C语言编程语言，单片机系统研发人员将这种最初适用于unix系统开发的高级语言，率先引入到了单片机系统开发领域，将C语言能够直接操作底层硬件的属性加以使用，由于可以直接操作单片机芯片中的各种类型的寄存器，因此就能够使得单片机按照C语言程序代码的控制而实现工作，这样设计人员就能够将设计灵感通过C语言程序代码进行转换，从而实现单片机控制系统的各种智能功能。现如今通过单片机芯片控制实现的自动灌溉控制器系统之所以能够进行普及，是因为这种系统具有独特的自身魅力，首先自动灌溉控制系统实现的所有智能功能几乎都是在一片外形体积非常小的硅片芯片中进行控制实现的，这种高集成度的芯片不但工作稳定，还能够将自动灌溉控制器系统所要实现的智能功能实现高效的转换，程序设计员通过各种类型的语句代码即可将功能进行底层转换；另一方面要说到具有智能采集功能的传感器技术对单片机控制系统的贡献，通过各种各样的传感器的植入，使得单片机控制系统能够对系统外部的各种类型的信号进行高速采集并将采集信号以最大兼容方式送入单片机芯片中进行使用，这样就能够保证单片机系统的功能更加丰富。
自动灌溉控制器的国内外发展现状
通过对一份资料的调研可以总结出，近年来国内许多研究所或者企业都开始了对于自动灌溉控制器系统的研究，经过了这几年的研究推出了一些中高端性能的自动灌溉控制器系统，与此同时他们也正在对国外的先进传感器研发技术进行学习和掌握，期盼有朝一日能够自主设计出高端电路模块，将其植入到自动灌溉控制器系统中。国内外许多专家学者都有对自动灌溉控制器系统的研究，结合科学技术的发展现状，设计师们能够从当前市面上选择出合适的微处理器芯片以及高性能传感器模块等，构建出较高性能的自动灌溉控制器系统。
本文主要研究内容
本课题设计的这款基于STC89C51单片机作为主控的自动灌溉控制器系统将要实现如下功能指标： 能够通过与STC89C51单片机之间的并行接口实现待显示数据交互，将字符显示在屏幕上，能够在STC89C51单片机的控制下进行快速的模拟电压采集转换并将结果以数字信号形式进行输出，能够在STC89C51单片机的高低电平控制下实现蜂鸣器的报警声音输出，能够通过STC89C51单片机的普通GPIO管脚实现对土壤湿度传感器输出信号的检测，通过检测结果判断当前环境土壤湿度，设计继电器控制电路，通过STC89C51单片机的管脚控制实现继电器内部触头的闭合和断开，从而灵活驱动后继模块。
自动灌溉控制器的方案设计
在对自动灌溉控制器系统的硬件电路和软件系统进行设计之前，为了能够更加方便的对各个功能模块进行实现，这里需要对自动灌溉控制器系统的总体实现方案以及各个功能子模块的实现方案进行设计，通过绘图软件绘制了下图1中的结构框图，由于STC89C51单片机是主控核心，所以各个功能子模块都与主控微处理器之间有信号交互，要实现STC89C51单片机的主控功能，还需要将图1中的复位电路和晶振电路两个子模块与STC89C51单片机芯片进行连接，其它各个模块的功能是：LCD1602显示电路用于实现点阵显示的功能，，实现对检测到的土壤含水量和设置的目标含水量参数进行显示；土壤湿度采集电路用于实现土壤湿度采集的功能，该模块将检测到的土壤含水量通过模拟电压进行输出；A/D模块采用ADC0832芯片，ADC0832模数转换电路用于实现模拟信号采集并转换成数字信号的功能，通过该芯片对土壤含水量传感器输出的直流模拟电压信号进行采集并转换为数字信号送入到单片机内部；浇水开关采用继电器来模拟，通过单片机的开关作用实现对浇水的控制；报警电路用于实现发送报警的功能，报警器采用有源蜂鸣器来进行；按键电路采用机械按键来完成，通过该电路的配置实现对浇水器的参数设置。
目录
一、 引言
（一） 自动灌溉控制器的发展背景
（二） 自动灌溉控制器的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 自动灌溉控制器的方案设计
三、 系统硬件设计
（一） 自动灌溉控制器主控电路设计
（二） 土壤湿度检测子电路设计
（三） 自动灌溉系统显示子电路设计
（四） 报警子电路设计
（五） 水泵开关驱动子电路设计
四、 系统软件设计
（一） 自动灌溉控制器的主程序流程设计
（二） LCD1602液晶屏显示子程序流程设计
（三） 报警子程序设计
（四） 土壤湿度检测子程序设计
（五） 水泵开关驱动子程序流程设计
五、 实物安装与调试
总结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序
引言
自动灌溉控制器的发展背景
本课题将对基于STC89C5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1单片机型微处理器而实现的自动灌溉控制器系统做研究，涉及到这种系统的起源以及发展过程，通过对自动灌溉控制器系统发展过程资料的调查，对其表现出的大多数问题进行综合探讨，并选取出一些高性价比产品中所表现出的优秀设计之处进行重点研究，争取能够将其植入到本课题设计的这款自动灌溉控制系统中。通过对大量的产品文档和技术资料进行详细查阅后可以知道自动灌溉控制器系统这种控制系统历经了多个有代表性意义的阶段，首先在单片机等微处理器芯片研发和应用技术还没有普及甚至是没出现之前，自动灌溉控制器系统的研发人员只能够在种类较少的数字集成芯片中找寻到一些功能较为简单的逻辑门芯片、译码或者解码芯片，通过数十个这种功能较为简单的数字芯片进行电路搭建，构建出一个电路形式非常复杂的自动灌溉控制器系统架构，虽然电路架构看起来非常复杂，但是最终能够实现的功能却非常简单，此时的自动灌溉控制器系统外形体积较为庞大，大多数资料表示工程师最为头疼的就是当自动灌溉控制器系统出现故障时，故障排查工作以及维修非常麻烦，需要对硬件电路架构中的各个节点进行逐一排查，需要消耗较多的时间才能够找寻到问题的所在。在上世纪八十年代前后低性能的单片机等微处理器芯片被研发出来，伴随着微处理器芯片一同出现的是最新版本的C语言编程语言，单片机系统研发人员将这种最初适用于unix系统开发的高级语言，率先引入到了单片机系统开发领域，将C语言能够直接操作底层硬件的属性加以使用，由于可以直接操作单片机芯片中的各种类型的寄存器，因此就能够使得单片机按照C语言程序代码的控制而实现工作，这样设计人员就能够将设计灵感通过C语言程序代码进行转换，从而实现单片机控制系统的各种智能功能。现如今通过单片机芯片控制实现的自动灌溉控制器系统之所以能够进行普及，是因为这种系统具有独特的自身魅力，首先自动灌溉控制系统实现的所有智能功能几乎都是在一片外形体积非常小的硅片芯片中进行控制实现的，这种高集成度的芯片不但工作稳定，还能够将自动灌溉控制器系统所要实现的智能功能实现高效的转换，程序设计员通过各种类型的语句代码即可将功能进行底层转换；另一方面要说到具有智能采集功能的传感器技术对单片机控制系统的贡献，通过各种各样的传感器的植入，使得单片机控制系统能够对系统外部的各种类型的信号进行高速采集并将采集信号以最大兼容方式送入单片机芯片中进行使用，这样就能够保证单片机系统的功能更加丰富。
自动灌溉控制器的国内外发展现状
通过对一份资料的调研可以总结出，近年来国内许多研究所或者企业都开始了对于自动灌溉控制器系统的研究，经过了这几年的研究推出了一些中高端性能的自动灌溉控制器系统，与此同时他们也正在对国外的先进传感器研发技术进行学习和掌握，期盼有朝一日能够自主设计出高端电路模块，将其植入到自动灌溉控制器系统中。国内外许多专家学者都有对自动灌溉控制器系统的研究，结合科学技术的发展现状，设计师们能够从当前市面上选择出合适的微处理器芯片以及高性能传感器模块等，构建出较高性能的自动灌溉控制器系统。
本文主要研究内容
本课题设计的这款基于STC89C51单片机作为主控的自动灌溉控制器系统将要实现如下功能指标： 能够通过与STC89C51单片机之间的并行接口实现待显示数据交互，将字符显示在屏幕上，能够在STC89C51单片机的控制下进行快速的模拟电压采集转换并将结果以数字信号形式进行输出，能够在STC89C51单片机的高低电平控制下实现蜂鸣器的报警声音输出，能够通过STC89C51单片机的普通GPIO管脚实现对土壤湿度传感器输出信号的检测，通过检测结果判断当前环境土壤湿度，设计继电器控制电路，通过STC89C51单片机的管脚控制实现继电器内部触头的闭合和断开，从而灵活驱动后继模块。
自动灌溉控制器的方案设计
在对自动灌溉控制器系统的硬件电路和软件系统进行设计之前，为了能够更加方便的对各个功能模块进行实现，这里需要对自动灌溉控制器系统的总体实现方案以及各个功能子模块的实现方案进行设计，通过绘图软件绘制了下图1中的结构框图，由于STC89C51单片机是主控核心，所以各个功能子模块都与主控微处理器之间有信号交互，要实现STC89C51单片机的主控功能，还需要将图1中的复位电路和晶振电路两个子模块与STC89C51单片机芯片进行连接，其它各个模块的功能是：LCD1602显示电路用于实现点阵显示的功能，，实现对检测到的土壤含水量和设置的目标含水量参数进行显示；土壤湿度采集电路用于实现土壤湿度采集的功能，该模块将检测到的土壤含水量通过模拟电压进行输出；A/D模块采用ADC0832芯片，ADC0832模数转换电路用于实现模拟信号采集并转换成数字信号的功能，通过该芯片对土壤含水量传感器输出的直流模拟电压信号进行采集并转换为数字信号送入到单片机内部；浇水开关采用继电器来模拟，通过单片机的开关作用实现对浇水的控制；报警电路用于实现发送报警的功能，报警器采用有源蜂鸣器来进行；按键电路采用机械按键来完成，通过该电路的配置实现对浇水器的参数设置。
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