基于51单片机智能大棚浇花花盆浇水灌溉补光散热设计

1、系统功能介绍

  • 系统构成:

    • 本设计由STC89C52单片机电路+LCD1602液晶显示电路+光照检测电路+土壤湿度传感器电路+A/D采样PCF8591电路+风扇控制电路+继电器控制电路+高亮LED灯补光电路+高亮LED灯加热电路+按键控制电路+电源电路组成。
  • 系统功能:

    • 1、通过光敏电阻检测光照强度,然后A/D模块PCF8591处理后,将光照强度值实时显示在液晶上,并且可以按键控制光照的强度值,当光照低于设定的阈值,1颗白色高亮LED灯亮进行补光,光照高于设定的阈值,就不用管。
    • 2、通过DS18B20检测温度值,并且实时显示在1602液晶上,并且可以通过按键设定温度值,当温度低于设定值时,通过一颗黄色高亮LED灯模拟。当温度超过设定值时,风扇旋转。
    • 3、通过土壤湿度传感器检测土壤的湿度,并且将湿度值实时显示在液晶上,并且可以设定土壤的使读者,当土壤湿度小于设定的阈值,水泵加水。大于阈值时,不动作。
  • 可根据本篇文章完成毕业设计的开题报告、任务书、设计等

2、资料下载

3、系统电路介绍

3.1、STC89C52单片机核心系统电路设计

  • STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核,但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52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。具有以下标准功能:8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,3个16 位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构),全双工串行口。另外 STC89C52 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。最高运作频率35MHz,6T/12T可选。

STC89C52主要特性如下:

  • (1)8K字节程序存储空间;
  • (2)512字节数据存储空间;
  • (3)内带4K字节EEPROM存储空间;
  • (4)可直接使用串口下载

单片机最小系统电路图如下图所示

实物图:

3.2、土壤湿度传感器模块电路设计

  • 在本设计中选择土壤湿度传感器来检测土壤的湿度,通过电位器调节土壤湿度控制阀值,可以自动对菜园、花园以及花盆土壤湿度进行检测控制,从而实现自动浇水。
  • 本土壤湿度传感器表面采用镀镍处理,有加宽传感器感应面积、提高导电性能、防止接触土壤使传感器容易生锈、延长传感器使用寿命等作用。

引脚说明

  • (1)VCC 外接3.3V-5V
  • (2)GND 外接GND
  • (3)DO 小板数字量输出接口(0和1)
  • (4)AO 小板电压模拟量输出

电路图:

实物图

3.3、LCD1602液晶显示模块电路设计

  • LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似,只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。本设计采用的是字符型显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比,液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点,而且不需要外加驱动电路,现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。
  • 系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。在本电路中电位器可以调节液晶显示的对比度即清晰度。

电路原理图:

实物图:

3.4、5V继电器控制电路设计

  • 继电器是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。继电器是具有隔离功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中
  • 在本系统中,通过三极管驱动继电器,当单片机的控制引脚为低电平时,三极管导通,此时继电器供电闭合

电路原理图

实物图

3.5、DS18B20温度传感器模块电路设计

  • DS18B20是常用的数字温度传感器,其输出的是数字信号,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。
  • DS18B20温度传感器可编程的分辨率为9~12位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒,用户可定义的非易失性温度报警设置,应用范围包括恒温控制、工业系统、消费电子产品温度计、或任何热敏感系统。试验证明DS18B20温度传感器满足本设计要求。

电路原理图:

实物图:

4、程序设计

4.1、系统初始化

void SYSInit()
{
	unsigned char midval;             
	Init_Timer0();

	LCD_Init();           //初始化液晶
	DelayMs(20);          //延时有助于稳定
	LCD_Clear();          //清屏
}

4.2、LCD1602显示数据程序

/***********************************************
函数名称:DispStr
功    能:让液晶从某个位置起连续显示一个字符串
参    数:x--位置的列坐标
          y--位置的行坐标
          ptr--指向字符串存放位置的指针
返回值  :无
***********************************************/
void DispStr(uchar x,uchar y,uchar *ptr) 
{
    uchar *temp;
    uchar i,n = 0;
    
    temp = ptr;
    while(*ptr++ != '\0')   n++;    //计算字符串有效字符的个数
    
    for (i=0;i<n;i++)
    {
        Disp1Char(x++,y,temp[i]);
        if (x == 0x10)
        {
            break;
        }
    }
}

4.3、DS18B20读取温度程序


/*------------------------------------------------
                    读取温度
------------------------------------------------*/
unsigned int ReadTemperature(void)
{
  unsigned char a=0;
  unsigned int b=0;
  unsigned int t=0;
  Init_DS18B20();
  WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作
  WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换
  DelayMs(10);
  Init_DS18B20();
  WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 
  WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等(共可读9个寄存器) 前两个就是温度
  a=ReadOneChar();   //低位
  b=ReadOneChar();   //高位

  b<<=8;
  t=a+b;

  return(t);
}

4.4、毫秒延时程序

/*------------------------------------------------
 uS延时函数,含有输入参数 unsigned char t,无返回值
 unsigned char 是定义无符号字符变量,其值的范围是
 0~255 这里使用晶振12M,精确延时请使用汇编,大致延时
 长度如下 T=tx2+5 uS 
------------------------------------------------*/
void DelayUs2x(unsigned char t)
{   
 while(--t);
}
/*------------------------------------------------
 mS延时函数,含有输入参数 unsigned char t,无返回值
 unsigned char 是定义无符号字符变量,其值的范围是
 0~255 这里使用晶振12M,精确延时请使用汇编
------------------------------------------------*/
void DelayMs(unsigned char t)
{
     
 while(t--)
 {
     //大致延时1mS
     DelayUs2x(245);
	 DelayUs2x(245);
 }
}

4.4、I2C程序

#define  _Nop()  _nop_()  //定义空指令
                         
bit ack;	              //应答标志位

sbit SDA=P2^0;
sbit SCL=P2^1;

#define AddWr 0x90   //写数据地址 
#define AddRd 0x91   //读数据地址

/*------------------------------------------------
                    启动总线
------------------------------------------------*/
void Start_I2c()
{
  SDA=1;   //发送起始条件的数据信号
  _Nop();
  SCL=1;
  _Nop();    //起始条件建立时间大于4.7us,延时
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();    
  SDA=0;     //发送起始信号
  _Nop();    //起始条件锁定时间大于4μ
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();       
  SCL=0;    //钳住I2C总线,准备发送或接收数据
  _Nop();
  _Nop();
}
/*------------------------------------------------
                    结束总线
------------------------------------------------*/
void Stop_I2c()
{
  SDA=0;    //发送结束条件的数据信号
  _Nop();   //发送结束条件的时钟信号
  SCL=1;    //结束条件建立时间大于4μ
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  SDA=1;    //发送I2C总线结束信号
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
}




/*----------------------------------------------------------------
                 字节数据传送函数               
函数原型: void  SendByte(unsigned char c);
功能:  将数据c发送出去,可以是地址,也可以是数据,发完后等待应答,并对
     此状态位进行操作.(不应答或非应答都使ack=0 假)     
     发送数据正常,ack=1; ack=0表示被控器无应答或损坏。
------------------------------------------------------------------*/
void  SendByte(unsigned char c)
{
 unsigned char BitCnt;
 
 for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)  //要传送的数据长度为8位
    {
     if((c<<BitCnt)&0x80)SDA=1;   //判断发送位
       else  SDA=0;                
     _Nop();
     SCL=1;               //置时钟线为高,通知被控器开始接收数据位
      _Nop(); 
      _Nop();             //保证时钟高电平周期大于4μ
      _Nop();
      _Nop();
      _Nop();         
     SCL=0; 
    }
    
    _Nop();
    _Nop();
    SDA=1;               //8位发送完后释放数据线,准备接收应答位
    _Nop();
    _Nop();   
    SCL=1;
    _Nop();
    _Nop();
    _Nop();
    if(SDA==1)ack=0;     
       else ack=1;        //判断是否接收到应答信号
    SCL=0;
    _Nop();
    _Nop();
}







/*----------------------------------------------------------------
                 字节数据传送函数               
函数原型: unsigned char  RcvByte();
功能:  用来接收从器件传来的数据,并判断总线错误(不发应答信号),
     发完后请用应答函数。  
------------------------------------------------------------------*/	
unsigned char  RcvByte()
{
  unsigned char retc;
  unsigned char BitCnt;
  
  retc=0; 
  SDA=1;             //置数据线为输入方式
  for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)
      {
        _Nop();           
        SCL=0;       //置时钟线为低,准备接收数据位
        _Nop();
        _Nop();      //时钟低电平周期大于4.7us
        _Nop();
        _Nop();
        _Nop();
        SCL=1;       //置时钟线为高使数据线上数据有效
        _Nop();
        _Nop();
        retc=retc<<1;
        if(SDA==1)retc=retc+1; //读数据位,接收的数据位放入retc中
        _Nop();
        _Nop(); 
      }
  SCL=0;    
  _Nop();
  _Nop();
  return(retc);
}
/*----------------------------------------------------------------
                     非应答子函数
原型:  void NoAck_I2c(void);
 
------------
----------------------------------------------------*/
void NoAck_I2c(void)
{
  
  SDA=1;
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();      
  SCL=1;
  _Nop();
  _Nop();              //时钟低电平周期大于4μ
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();  
  SCL=0;                //清时钟线,钳住I2C总线以便继续接收
  _Nop();
  _Nop();    
}

/*------------------------------------------------
             读AD转值程序
输入参数 Chl 表示需要转换的通道,范围从0-3
返回值范围0-255
------------------------------------------------*/
unsigned char ReadADC(unsigned char Chl)
 {
   unsigned char Val;
   Start_I2c();               //启动总线
   SendByte(AddWr);             //发送器件地址
     if(ack==0)return(0);
   SendByte(0x40|Chl);            //发送器件子地址
     if(ack==0)return(0);
   Start_I2c();
   SendByte(AddWr+1);
      if(ack==0)return(0);
   Val=RcvByte();
   NoAck_I2c();                 //发送非应位
   Stop_I2c();                  //结束总线
  return(Val);
 }

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