基于單片機(jī)智能花卉澆水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)

基于單片機(jī)的自動(dòng)澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：隨著信息化時(shí)代的高速發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境的質(zhì)量也越來(lái)越注重。在家養(yǎng)花就成為了人們的第一個(gè)選擇的東西，在家里養(yǎng)花不僅能夠使生活更加豐富，還可以使情操得到陶冶。并且養(yǎng)殖的植物能夠通過(guò)植物綠色光合作用，在釋放氧氣的同時(shí)吸收二氧化碳，在這種情況下空氣也就能夠得到凈化，從而變得更加清新，并且，綠色植物能吸收因?yàn)檠b修而產(chǎn)生的有害物質(zhì)，比如甲醛和苯等。由于植物的這些優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的人，對(duì)在家養(yǎng)花情有獨(dú)鐘。這篇文章設(shè)計(jì)了一種智能濕度感應(yīng)澆花系統(tǒng)。系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為控制芯片，啟動(dòng)澆花之前先有蜂鳴器報(bào)警，然后按照每天的定量供水為限，在固定的時(shí)間內(nèi)，自己?jiǎn)?dòng)澆花系統(tǒng)，然后按照各種植物需要的不同水量，來(lái)進(jìn)行澆水，其中會(huì)有一個(gè)裝置來(lái)控制，供水的時(shí)間也就是電磁閥開(kāi)啟和閉合的時(shí)間。在學(xué)校供水的時(shí)候水棒會(huì)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，其他時(shí)間停止工作，也就不會(huì)有補(bǔ)水，按照溫度和濕度來(lái)嚴(yán)格控制供給水量，主要用到的是SLHT5-1土壤溫度濕度傳感器，如果沒(méi)有呃，檢測(cè)到溫度和濕度達(dá)到要求，傳感器就會(huì)機(jī)控智能開(kāi)始，給花澆水。在達(dá)到了固定的溫度，濕度之后關(guān)機(jī)就會(huì)停止給花澆水，這個(gè)系統(tǒng)不僅能夠使植物得到按時(shí)按量的水量，并且還可以為節(jié)約水資源做出貢獻(xiàn)，然后在這種情況下植物就能夠得到更好的生長(zhǎng)。關(guān)鍵詞:單片機(jī);自動(dòng)澆花系統(tǒng);傳感器;AbstractWith the development of society, people pay more and more attention to environmental quality. Farming flowers has become the first choice. Farming at home can enrich peoples life. At the same time, flowers can absorb carbon dioxide through photosynthesis to release oxygen and purify air, and flowers can also absorb toxic substances such as benzene and formaldehyde in newly decorated houses. So more and more people like to breed flowers. This paper designs an intelligent humidity induction watering system. The system uses single chip AT89S52 as control chip, buzzer alarm before starting watering, water supply on time and quantity is to automatically start pumping watering at a limited time every day. According to the difference of water requirement of various flowers, a button device is used to control the time of water supply, that is, the time of opening and closing of solenoid valve. The pump will not turn and there will be no water flow in the rest of the time. The main purpose of strictly controlling water supply according to temperature and humidity is SLHT5-1 soil temperature and humidity sensor. If the temperature and humidity of the sensor can not meet the specified requirements, it will start watering flowers and stop watering flowers when the temperature and humidity meet the specified requirements. The system can not only water flowers on time and in quantity, but also save water resources, so that flowers can grow better.Key words: single chip computer; intelligent watering system; sensor一、緒論11.1選題目的及意義21.2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀31.3研究方法和手段31.4植物、植物的一般生長(zhǎng)習(xí)性41.5單片機(jī)介紹4二、基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)42.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)42.2系統(tǒng)組成部分52.3系統(tǒng)工作原理5三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1AT89S52型單片機(jī)63.2 STM32最小單片機(jī)系統(tǒng)63.3土壤濕度檢測(cè)電路73.4鍵盤及液晶顯示電路83.5水泵調(diào)節(jié)83.6報(bào)警電路和系統(tǒng)93.7單片機(jī)最小系統(tǒng)93.7.1晶振電路設(shè)計(jì)93.7.2復(fù)位電路103.7.3按鍵消抖方法103.8系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)10四、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能植物養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的研究114.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)114.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)114.1.2系統(tǒng)工作原理與功能124.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)124.3顯示界面12五、系統(tǒng)功能調(diào)試13六、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14七、總結(jié)16致謝16參考文獻(xiàn)16附錄17一、緒論實(shí)際上國(guó)內(nèi)國(guó)外像這種機(jī)控智能澆花系統(tǒng)實(shí)際上都在現(xiàn)實(shí)都得到了運(yùn)用，但是很大一部分的機(jī)控智能供水灌溉系統(tǒng)都采用虹吸的方式，也就是利用滲透來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水澆花，這種方式的補(bǔ)水過(guò)程連續(xù)不間斷，但是這樣的方法只能夠保證花不會(huì)因?yàn)槿彼械礁煽?，這樣的方式不是根據(jù)花實(shí)際需要多少來(lái)給它供水的。而還有一小部分的機(jī)控智能澆水系統(tǒng)，能夠在一定的時(shí)間內(nèi)給花澆水，及時(shí)前后這兩種方法基本上差不多，都不是按照花期實(shí)際需要多少水來(lái)進(jìn)行補(bǔ)水的。并且還有一小部分的機(jī)控智能澆水系統(tǒng)，他們主要使用單片機(jī)控制，根據(jù)溫度濕度傳感器來(lái)得到溫度、濕度到底是多少，然后再根據(jù)之前設(shè)定的值來(lái)進(jìn)行自由的補(bǔ)水，給花澆水，但是這樣的方式有一種缺點(diǎn)，就是在外部環(huán)境要能夠有水龍頭的情況下，才能夠使用。而通常情況下，家里種花種草，都大部分放在陽(yáng)臺(tái)或其他地方，但是陽(yáng)臺(tái)這個(gè)地方基本上不會(huì)用到水龍頭，所以這樣的灌溉系統(tǒng)用用起來(lái)不太方便。這篇文章的設(shè)計(jì)是根據(jù)單片機(jī)智能澆花系統(tǒng)能夠在實(shí)際上得到運(yùn)用，也就是陽(yáng)臺(tái)上能夠使用，并且它能夠做到在固定的時(shí)間內(nèi)，給花澆固定的水，這是十分簡(jiǎn)便而高效的。1.1選題目的及意義隨著生活水平的提高，許多城鄉(xiāng)居民為了美化環(huán)境，凈化空氣，喜歡在家中陽(yáng)臺(tái)上種植一些花草。但現(xiàn)代人的生活節(jié)奏越來(lái)越快，事情越來(lái)越多。植物是離不開(kāi)水的，需經(jīng)常澆灌。很多人有時(shí)忘了定時(shí)、適量給植物澆水。而人們出差或有事不在家時(shí)，植物的供水就會(huì)中斷，植物面臨干枯?；ú萆L(zhǎng)的問(wèn)題80%以上由花兒澆灌問(wèn)題引起，好不容易養(yǎng)的植物澆水，因?yàn)闈菜畣?wèn)題而長(zhǎng)勢(shì)不好或更嚴(yán)重的出現(xiàn)枯萎甚至凋亡。有些植物對(duì)濕度的要求很高，人為的過(guò)度澆水，植物的根莖容易腐爛，從而影響到植物的正常生長(zhǎng)。生活水平越來(lái)越高，生活質(zhì)量也越來(lái)越好，很多城鎮(zhèn)的居民為了能夠使環(huán)境更加的好，空氣更加清新，喜歡在家里的陽(yáng)臺(tái)上種一些花花草草。但是由于現(xiàn)代生活的高節(jié)奏，人們?nèi)粘５氖虑橐苍絹?lái)越多。作為植物，它們必須要經(jīng)常得到澆灌，不能夠離開(kāi)水。由于事情多，很多人有時(shí)候就會(huì)忘記定時(shí)給花澆水，那在這種情況下植物就很難得到適時(shí)的水量。當(dāng)人們有事或者不在家的時(shí)候，植物就可能會(huì)缺少供水，甚至面臨干枯死亡。80%以上植物生長(zhǎng)的問(wèn)題是由植物澆灌的問(wèn)題引起的。養(yǎng)了很久的花，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈菜?。或者澆水不足而長(zhǎng)得不太好，或者更嚴(yán)重的是，因?yàn)槿彼劳?。有些花?huì)對(duì)溫度和濕度要有很高的要求。如果澆水太多，那些植物的根部會(huì)出現(xiàn)腐爛的情況，植物也就不能夠得到正常的生長(zhǎng)。雖然市面上也有賣澆花的裝備但昂貴的價(jià)格和其性價(jià)比讓人望而卻步。那種澆花裝置大部分只能是指定時(shí)澆水時(shí)間，很難做到給植物適時(shí)、適量澆水。還有植物缺水報(bào)警器但其只能報(bào)警并不能適時(shí)、適量的澆水。其效果可想而知。為了解決按時(shí)、適量澆水問(wèn)題，所以我設(shè)計(jì)機(jī)控智能澆花體統(tǒng)，通過(guò)傳感器感知土壤濕度、光照強(qiáng)度、溫度并傳達(dá)單片機(jī)，由單片機(jī)判斷植物是否缺水并最終傳達(dá)給電磁水閥，從而達(dá)到適時(shí)機(jī)控智能澆水。其實(shí)在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了買澆花的裝備，但是它基本上價(jià)格很高，而且性價(jià)比也不高。養(yǎng)花的人基本上不會(huì)選擇這樣的澆花系統(tǒng)，那些澆花系統(tǒng)，大部分只能在固定的時(shí)間內(nèi)給花澆水，很難做到給花做到適時(shí)適量的澆水。而且，那些裝置沒(méi)有植物傳感器，也就不能夠在植物缺水的時(shí)候發(fā)出警報(bào)。所以它的效果可能并不會(huì)很好。為了解決使植物得到，按時(shí)適量的水源，所以我設(shè)計(jì)了這個(gè)機(jī)控智能澆花系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)上的傳感器能夠知道土壤的溫度是多少，光照強(qiáng)度是多少。濕度是多少，并且傳達(dá)給單片機(jī)，然后單片機(jī)自主的判斷植物缺不缺水，并且在最后傳達(dá)給電磁水閥，然后能夠給花適時(shí)適量的機(jī)控智能澆水。1.2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀這幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的機(jī)控智能澆水系統(tǒng)基本上都是以微噴和微灌為主。微噴主要組成部分是微噴帶，它的工作原理是使用水壓力后交付和微噴嘴帶領(lǐng)域通過(guò)排水洞，微風(fēng)在重力和空氣阻力的作用下，產(chǎn)生細(xì)雨的噴涂效果。絕大部分的微噴帶的出水孔是按照一定規(guī)律和一定距離進(jìn)行排列和布置的，比方說(shuō):斜三通、斜五孔、左右孔、橫三孔和無(wú)空等，那些出水孔大部分用的都是機(jī)械鉆孔、啟動(dòng)打孔和激光打孔，孔徑大概0.1-0.2毫米，孔形是圓的。它們大部分在花卉植物和果園這些地方使用。微灌是利用微灌設(shè)備組成微灌系統(tǒng)，用壓力將水分配到田間，通過(guò)灌水去以微小的流量濕潤(rùn)作物根部附近土壤的一種局部灌水技術(shù)。使用微灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠比較方便地把水給到每一個(gè)植物的土壤。能夠適當(dāng)?shù)谋３炙畨汉艿偷臓顩r，能夠讓作物生長(zhǎng)的比較好。但是這種微灌系統(tǒng)通常需要比較高的投資，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出地面灌溉，而且它會(huì)有一些缺點(diǎn)，比方說(shuō)出水口比較小，容易發(fā)生堵塞，也就會(huì)不滿足過(guò)濾系統(tǒng)的要求。國(guó)外在多年之前已經(jīng)開(kāi)始普及電子機(jī)控智能設(shè)備，而國(guó)內(nèi)在這方面的技術(shù)還不成熟，因此國(guó)內(nèi)使用的電子機(jī)控智能澆花大部分只能從國(guó)外進(jìn)口。雖然進(jìn)口的價(jià)格很高昂，但是進(jìn)口設(shè)備的質(zhì)量很好。不過(guò)這些先進(jìn)的設(shè)備不太適合國(guó)內(nèi)使用。國(guó)內(nèi)外流行的玻璃機(jī)控智能澆花。這種類型的灌溉設(shè)備大多數(shù)在中國(guó)山西和浙江地區(qū)進(jìn)行加工生產(chǎn),雖然價(jià)格很便宜,但是灌溉效果是沒(méi)有電子機(jī)控智能澆花是好的。我們常說(shuō)種花簡(jiǎn)單澆花難，這也讓很多商家關(guān)注了這塊市場(chǎng)。目前這種機(jī)器設(shè)備制造商主要集中在廣東、上海、浙江等地區(qū)。如今市場(chǎng)上主要有以下幾類機(jī)控智能澆花設(shè)備：玻璃、陶瓷類機(jī)控智能澆花器玻璃、陶瓷類機(jī)控智能澆花器又叫機(jī)控智能滲水裝置，它主要的組成部分是由自身的物理結(jié)構(gòu)決定的。主要根據(jù)材料的物理滲水原理來(lái)進(jìn)行機(jī)控智能澆灌在自動(dòng)控制智能型澆水器的內(nèi)部，有水的情況下，他自己能形成適當(dāng)?shù)膲毫?。在遇到土壤比較干的情況下，它的水就會(huì)從上面往下面流出來(lái)，然后浸濕土壤，之后就會(huì)有一個(gè)堵塞壓力，然后就會(huì)使水流速度變慢，甚至停止。事實(shí)上，因?yàn)橹谱鞯墓に嚥灰粯樱a(chǎn)生的效果也會(huì)不一樣。與此同時(shí)土壤的疏松情況，也會(huì)對(duì)器具里面滴水流的速度快慢產(chǎn)生一定的影響。目前為止，傳感器車技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)發(fā)展的比較快。他們的應(yīng)用從工業(yè)等方面向其他方面擴(kuò)展，并且開(kāi)始和人們的平常的生活有很大的關(guān)聯(lián)。而且人們也越來(lái)越接受智能家居這個(gè)想法?？梢钥闯鰜?lái)，微電腦控制的電子類機(jī)控智能澆花系統(tǒng)會(huì)有很光明的發(fā)展。1.3研究方法和手段本畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的機(jī)控智能澆花系統(tǒng)。所有節(jié)點(diǎn)按照在網(wǎng)絡(luò)中的功能不同可以分為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)和控制器節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心就是這個(gè)節(jié)點(diǎn)，它不單單起到存放所有的控制策略的作用，它還能接收傳感器節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送的數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別然后通過(guò)智能判斷后,再把灌溉命令發(fā)送給控制器節(jié)點(diǎn);在灌區(qū)的各個(gè)地方都有傳感器的節(jié)點(diǎn)，還配有各種傳感器,比方有測(cè)量溫度、空氣濕度、光照度等的傳感器，負(fù)責(zé)采集灌區(qū)的環(huán)境參數(shù),通過(guò)對(duì)獲得參數(shù)研究來(lái)了解土壤濕度與澆水量之間的關(guān)系、澆灌控制技術(shù)及設(shè)備系統(tǒng)的硬件、軟件編程各個(gè)部分。節(jié)點(diǎn)會(huì)按固定的時(shí)間發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn);每一個(gè)分灌區(qū)的灌溉作業(yè)都由一個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)控制，這個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)直接與灌溉的閥門、水泵等設(shè)備連接，當(dāng)控制器節(jié)點(diǎn)接收到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的灌溉命令后就會(huì)執(zhí)行灌溉的任務(wù)。土壤溫度和濕度傳感器可將檢測(cè)到的土壤溫濕度進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析從而轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)程序控制精確的將溫度與濕度分別顯示在LCD顯示屏上，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)內(nèi)的中斷服務(wù)程序判斷是否要給花澆水,若需澆水則單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出澆水信號(hào)并經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)設(shè)備開(kāi)啟電磁閥進(jìn)行澆水若不需澆水則進(jìn)行下一次循環(huán)檢測(cè)。1.4植物、植物的一般生長(zhǎng)習(xí)性 不難發(fā)現(xiàn)，自然界因?yàn)橛辛烁鞣N各樣的植物而變得色彩斑斕，富有生機(jī)。其實(shí)也就跟人一樣，植物和植物也有自己特有的生存方式。也就是說(shuō)，植物不一樣，他們的生長(zhǎng)習(xí)性也可能不一樣。雖然是這樣，但其實(shí)我們也能夠從中找到植物之間的一些很普遍的生存習(xí)性。其一，不管是在什么樣種類的植物，它們的生存要素都包含陽(yáng)光，空氣，水之類的。其二，如果植物的種類不一樣，那么他們對(duì)土壤的溫度高低，濕度高低，還有養(yǎng)分的多少的要求也是不一樣的。其三，就是要明確給植物澆水一般情況下，水土溫度要在五攝氏度左右的差距，這樣才不會(huì)使植物的根部出現(xiàn)腐爛的情況。季節(jié)不一樣，給植物的澆水時(shí)間也會(huì)出現(xiàn)不一樣。一般來(lái)說(shuō)，春夏秋在上午五點(diǎn)到下午四點(diǎn)之后的時(shí)間都可以給植物澆花，并且效果會(huì)比較好。夏天因?yàn)楸容^炎熱，植物比較容易進(jìn)行蒸騰作用，上述提到的時(shí)間就不太合適給植物澆水。如果進(jìn)行不合理的澆水植物就可能會(huì)感到干旱甚至枯死。實(shí)際上，夏天給植物澆水，大概要在早上七點(diǎn)之前和下午五點(diǎn)之后。1.5單片機(jī)介紹 在近代有許多集成電路的問(wèn)世，并隨著科技的發(fā)展的更新，現(xiàn)在只要把計(jì)算機(jī)的 CPU、RAM、ROM、定時(shí)器、定數(shù)器等設(shè)備以及多個(gè)接口安裝在一 個(gè)小小的芯片上，就組成了芯片級(jí)計(jì)算機(jī)，所以對(duì)于單片機(jī)發(fā) 展初期的定義是單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。單片機(jī)有以下幾個(gè)特點(diǎn) ：性價(jià)比十分高；體積小方便易攜帶又可靠；操控能力比較強(qiáng)；電壓低、 能耗低。 二、基于單片機(jī)的智能澆花系統(tǒng)2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)智能植物澆水系統(tǒng)的核心是單片機(jī)芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89S52型單片機(jī)。AT89S52是一種低功耗、高性能控制能力強(qiáng)CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也適用于常規(guī)編程器。該單片機(jī)芯片中擁有靈活的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，從而使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供很好的性能、很好的靈活性，也因此該單片芯片可以準(zhǔn)確高效的解決問(wèn)題。智能植物澆水系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)電路則是通過(guò)溫濕度傳感器對(duì)培養(yǎng)土壤進(jìn)行信息采集，接著經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將所采集的信息進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理，然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后再將信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)發(fā)送到LCD顯示屏中顯示出來(lái)，通過(guò)這樣簡(jiǎn)單的操作養(yǎng)殖者便可以輕松的對(duì)植物養(yǎng)殖的土壤溫濕度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，養(yǎng)殖者也能夠設(shè)置溫度的范圍，并且進(jìn)行自由控制。智能植物澆水系統(tǒng)的硬件電路大部分是由單片機(jī)系統(tǒng)電路、電源的電路、溫濕度傳感器電路、LCD顯示屏電路和控制按鍵的電路等電路構(gòu)成。智能植物澆水系統(tǒng)的軟件程序可以選用C語(yǔ)言編程。該系統(tǒng)不僅靈活可靠，操作簡(jiǎn)單，而且制作成本相對(duì)比較低，有較高的性價(jià)比。該系統(tǒng)在日常植物澆水中的應(yīng)用比較廣泛，能夠減少養(yǎng)植物的澆水問(wèn)題。2.2系統(tǒng)組成部分這個(gè)系統(tǒng)主要由土壤濕度檢測(cè)電路、鍵盤、LCD液晶顯示電路、報(bào)警電路、水泵控制電路等組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。土壤濕度傳感器測(cè)量出土壤濕度信號(hào)，單片機(jī)采集土壤濕度信號(hào)并進(jìn)行分析和處理，然后輸出控制信號(hào)，讓水泵工作或者不工作，就可以做到按照需求給花澆水。圖1智能澆花系統(tǒng)組成框圖2.3系統(tǒng)工作原理因?yàn)橹参锊灰粯?，它們需要的水量可能也不一樣，所以在給植物澆花的時(shí)候要根據(jù)他們的實(shí)際需求。所以這個(gè)系統(tǒng)使用模糊控制的方式來(lái)做到精確的澆花。一方面，單片機(jī)收集土壤濕度信號(hào)，然后進(jìn)行計(jì)算判斷要不要給花澆水;另一方面，單片機(jī)使用查表的方式從而達(dá)到澆水多少的模糊控制。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)那些植物要多少水，來(lái)把它們的土壤濕度值允許的范圍放進(jìn)表格里面，也就是模糊控制響應(yīng)表，應(yīng)用的這些數(shù)值都是大家通過(guò)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)得到的，并將表格提前放在ROM存儲(chǔ)區(qū)的某個(gè)位置中供查表使用。比方說(shuō):對(duì)仙人掌進(jìn)行機(jī)控智能澆水，單片機(jī)會(huì)把得出的濕度信號(hào)跟表格里的仙人掌最小濕度值比較，如果得出的濕度值比表格里最小濕度值小，就給花澆水;在收集的濕度值大于表格里仙人掌的最大濕度值的情況下，停止?jié)不?，這樣就能對(duì)澆水的時(shí)機(jī)和澆多少水把控。在單片機(jī)控制系統(tǒng)里面能夠給到數(shù)據(jù)、命令。鍵盤是由一組特定的按鍵組成，各個(gè)按鍵表示不同的代碼，叫做鍵碼。鍵碼包括編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤利用編碼電路識(shí)別閉合鍵的鍵碼，非編碼鍵盤利用軟件來(lái)識(shí)別鍵碼。由于非編碼鍵盤的硬件電路并不復(fù)雜，使用者能夠快捷的改變鍵的數(shù)量，所以它在單片機(jī)系統(tǒng)中有很多應(yīng)用。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1AT89S52型單片機(jī)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用的是Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也可以用于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52廣泛應(yīng)用在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中，AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。該系統(tǒng)采用AT89S52型號(hào)單片機(jī)。采用12MHz高精度的晶振，來(lái)獲取較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量產(chǎn)生的誤差。單片機(jī)連接LCD顯示屏按鍵電路，結(jié)合相對(duì)應(yīng)的輔助電路，通過(guò)程序控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)智能控制澆水。主要是通過(guò)單片機(jī)采集土壤溫濕度的信息，通過(guò)程序來(lái)測(cè)算并判斷該植物現(xiàn)在的土壤濕度和溫度是否適合其生長(zhǎng)，然后進(jìn)行智能的調(diào)節(jié)溫度或澆水。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)不同植物生長(zhǎng)適宜溫度和需水量，將其適宜生長(zhǎng)的土壤溫濕度范圍區(qū)間信息輸入到程序中，然后通過(guò)程序?qū)纹瑱C(jī)采集的信息進(jìn)行分析自行計(jì)算判斷是否需要調(diào)節(jié)溫度和澆水。單片機(jī)控制系統(tǒng)是由鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。鍵盤是由一組常開(kāi)的按鍵組成，每個(gè)按鍵都對(duì)應(yīng)了一個(gè)代碼，稱之為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是由一個(gè)編碼電路識(shí)別閉合鍵的鍵碼，非編碼鍵盤是由軟件來(lái)識(shí)別鍵碼。在兩種鍵碼中非編碼鍵盤的硬件電路更加簡(jiǎn)單，所以更便于養(yǎng)殖者改變鍵的數(shù)量，因此非編碼鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中使用的更廣泛。更好的實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)智能化、機(jī)控智能化。3.2 STM32最小單片機(jī)系統(tǒng)核心控制芯片STM32F103C8T6、電源供電模塊、啟動(dòng)模式、下載電路和復(fù)位電路組成STM32最小單片機(jī)系統(tǒng)。核心控制芯片STM32F103C8T6是32位ARM微控制器，基本符合物聯(lián)網(wǎng)智能澆花系統(tǒng)的嵌入式控制要求。電源采用4.2V鋰電池供電方式，其中采用LM1117-3.3V穩(wěn)壓芯片降壓得到3.3V電壓，讓整個(gè)電路使用。攝像頭圖像采集電路攝像頭圖形采集電路通過(guò)OV2640傳感器達(dá)到目標(biāo)。OV2640是利用SCCB總線控制的小型CMOSUXGA圖像傳感器。傳感器比較小，而且他需要的電壓也比較低，能夠提供單片攝像頭UXGA和影像處理器有的功能。UXGA圖像能做到15幀/秒，能夠滿足澆花系統(tǒng)需要的遠(yuǎn)程視頻的功能。溫濕度采集電路溫濕度采集電路通過(guò)DHT11傳感器達(dá)到。這個(gè)方式需要的能量比較低，并且它有很好的能力去抗干擾。它采用的是單總線串行，要達(dá)到的目標(biāo)比較簡(jiǎn)單，得出的結(jié)果也比較可信，能夠較好的采集陽(yáng)臺(tái)花盆的濕度和溫度。它收集數(shù)據(jù)的過(guò)程，基本上可以描述成核心控制芯片發(fā)送開(kāi)始信號(hào)之后，溫濕度傳感器從低到高功耗模式開(kāi)啟。收集完信號(hào)后，DHT11做出回應(yīng)然后把得到的數(shù)據(jù)發(fā)送。這個(gè)時(shí)候控制端接收數(shù)據(jù)與此同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，客戶端能遠(yuǎn)程即時(shí)觀察到植物盆栽的溫濕度怎么樣。WIFI電路基于HLK-RM04無(wú)線模塊。傳感器采用通用串行接口，嵌入式無(wú)線傳輸模塊符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它可以滿足用戶在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)和串口三種接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。內(nèi)置相應(yīng)的協(xié)議棧。該模塊與傳統(tǒng)WIFI模塊的不同之處在于，它不需要復(fù)雜的配置，可以提供一套完整的解決方案，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接傳輸數(shù)據(jù)。該模塊使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠與本地服務(wù)器連接和交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)中繼電器模塊電路的功能是模擬澆灌裝置開(kāi)關(guān)。中繼器根據(jù)用戶在網(wǎng)頁(yè)末尾的開(kāi)閉指令不斷地吸水和噴水。繼電器模塊工作電壓為5V，觸發(fā)電流為5mA。觸發(fā)方式由手動(dòng)跳線設(shè)定，由高電平和低電平分別觸發(fā)。綠色為電源指示燈，紅色為狀態(tài)指示燈。繼電器將繼續(xù)吸進(jìn)，狀態(tài)指示燈將繼續(xù)打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，遠(yuǎn)程控制發(fā)生。3.3土壤濕度檢測(cè)電路土壤水分傳感器的工作原理是土壤水分傳感器由聲報(bào)警電路和濕度檢測(cè)電路組成。濕度下限為RP1，濕度上限為RP2。當(dāng)土壤水分上限和下限之間的預(yù)先設(shè)定的濕度,因?yàn)樘綔y(cè)器之間的土壤電阻值和H是在規(guī)定的范圍內(nèi),可能在C點(diǎn)低于零售物價(jià)指數(shù)的滑動(dòng)結(jié)束潛力,比較器輸出高水平,紅色不發(fā)光;當(dāng)RP2的滑動(dòng)端電位低于c點(diǎn)電位時(shí)，比較器II輸出電平高，綠色不發(fā)光。如果土壤濕度達(dá)到或超過(guò)設(shè)定的上限RP2, ab探針之間的阻力減少,因此探針電壓降低,和第二比較器的同相輸入潛力低于反向的潛力比較器,然后第二比較器輸出低電平綠燈翻轉(zhuǎn)。同時(shí)，SS8550II發(fā)出蜂鳴聲，提示土壤濕度過(guò)高。如果土壤干燥達(dá)到或超過(guò)設(shè)定的下限濕度一國(guó),探針a和B之間的阻力增加,所以,調(diào)查分壓增加高于比較器的同相電壓即比較器輸出低電平,紅光,和SS8550I進(jìn)行蜂鳴器聲音,表明土壤濕度太低。蜂鳴器的設(shè)計(jì)是為了方便用戶設(shè)置報(bào)警點(diǎn)。設(shè)置好后，可以斷開(kāi)密鑰SP，下位機(jī)可以統(tǒng)一報(bào)告錯(cuò)誤。本設(shè)計(jì)選用了一種高品質(zhì)的土壤傳感器來(lái)檢測(cè)土壤水分。表面鍍鎳處理，擴(kuò)大了傳感面積，提高了電導(dǎo)率，避免了生銹，延長(zhǎng)了使用壽命。該傳感器能在較寬的范圍內(nèi)控制土壤水分，并利用電位計(jì)對(duì)相應(yīng)的閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，DO輸出高電平。當(dāng)DO輸出高于設(shè)定值時(shí)，DO輸出較低;比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定;工作電壓3.3V-5V;傳感器有固定的螺栓孔，安裝方便。利用電位計(jì)調(diào)節(jié)土壤水分控制閾值，可自動(dòng)控制智能灌溉，控制家用花盆土壤水分。本設(shè)計(jì)采用土壤溫濕度傳感器SLHT5-1。傳感器采用全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字輸出，可與單片機(jī)直接連接。它有相當(dāng)高的均勻性。濕度測(cè)量極限為0.100% RH。探頭可直接插入土壤，可用于檢測(cè)草原、園林、農(nóng)業(yè)溫室、苗圃等土壤的溫濕度。具體檢測(cè)電路如圖2所示。圖2SLHT5-1土壤濕度傳感器檢測(cè)電路3.4鍵盤及液晶顯示電路本設(shè)計(jì)選用LCD12232F液晶模塊。內(nèi)置字節(jié)庫(kù)，無(wú)存儲(chǔ)功能，采用并行連接方式，使用相對(duì)方便。用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、植物種類、土壤溫濕度信息。鍵盤選擇獨(dú)立按鈕，包括重置按鈕、植物分類按鈕和打開(kāi)按鈕。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“歡迎您的到來(lái)”，然后是“請(qǐng)選擇植物類別”。根據(jù)植物種類選擇按鈕的設(shè)置，根據(jù)液晶屏的內(nèi)容，可以清楚地定義植物的種類。系統(tǒng)主要包括雪松、仙人掌、銀杏、牡丹、蘆薈、芍藥和君子蘭。在這個(gè)系統(tǒng)中有七種植物。同時(shí)，有七個(gè)不同的溫度和濕度范圍內(nèi)置。在定義植物類別之后，將出現(xiàn)植物的特定名稱，并在此之前完成設(shè)置。3.5水泵調(diào)節(jié)圖3電路是一個(gè)泵調(diào)節(jié)線路圖,三極管的發(fā)射極E連接繼電器線圈,線圈的另一端連接到+ 5 v電源VCC,基地B的三極管Q1連接到單片機(jī)P3.6,繼電器線圈兩端并聯(lián)二極管IN4148,為了消除反電動(dòng)勢(shì)由繼電器線圈故障引起的,避免損害三極管反向電動(dòng)勢(shì),打擾其他的電力。R2和紅色發(fā)光二極管構(gòu)成繼電器狀態(tài)指示電路。如果繼電器通電并被吸收，LED會(huì)發(fā)光，這樣就可以檢測(cè)到繼電器的運(yùn)行狀態(tài)。圖3水泵調(diào)節(jié)電路圖系統(tǒng)水泵選用最大流量為1640L/h的220V電源潛水泵，噴頭選用噴頭，以達(dá)到均勻噴水、避免局部土壤水分過(guò)多、檢測(cè)不穩(wěn)定的目的。如果將AT89S52單片機(jī)中的P3.6引腳引入高電平，則三極飽和電流通過(guò)，+5V電源接入繼電器線圈接口，使繼電器閉合，LED工作狀態(tài)也變亮，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，即水泵為有電，水泵就開(kāi)始澆水了。此外，如進(jìn)口P3.6引腳低電平，晶體管不會(huì)導(dǎo)電，因?yàn)樗粫?huì)在繼電器線圈兩端產(chǎn)生電位差，繼電器電樞斷開(kāi)，發(fā)光二極管的工作狀態(tài)也會(huì)熄滅，同時(shí)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，即瓦三通泵斷開(kāi)，然后水泵要停水。3.6報(bào)警電路和系統(tǒng)由于該系統(tǒng)在客廳或陽(yáng)臺(tái)的應(yīng)用環(huán)境是預(yù)先設(shè)定好的，為了防止系統(tǒng)突然澆水和干擾主人，在系統(tǒng)中設(shè)置了報(bào)警電路。首先，有幾個(gè)“嗶”的警報(bào)，然后水開(kāi)始。蜂鳴器聲音的原理是電流通過(guò)電磁線圈，電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜聲音，所以需要一定的電流來(lái)啟動(dòng)。單片機(jī)的IO引腳輸出電流小，單片機(jī)的TTL電平輸出基本上無(wú)法啟動(dòng)蜂鳴器，所以我們需要添加一個(gè)電流放大電路。這個(gè)電路包括三極管、蜂鳴器、連續(xù)電流二極管和濾波電容器。這個(gè)程序通過(guò)改變單片機(jī)引腳輸出波形的頻率來(lái)調(diào)節(jié)和控制蜂鳴器的音調(diào)，產(chǎn)生不同音色的各種音調(diào)。此外，通過(guò)改變輸出電平的占空比，可以控制蜂鳴器的聲音大小。主要是單片機(jī)中P3.0引腳來(lái)決定三極管開(kāi)啟與閉合，實(shí)現(xiàn)控制蜂鳴器的通斷。由于該系統(tǒng)主要用于室內(nèi)環(huán)境，為了防止泵的開(kāi)啟影響他人，在系統(tǒng)中建立了報(bào)警電路。通常在泵打開(kāi)前，會(huì)有幾秒鐘的“涂鴉”報(bào)警聲，然后泵才能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水。報(bào)警電路圖如圖4所示。它主要是由單片機(jī)中的P3.0引腳來(lái)決定晶體管的開(kāi)關(guān)，并控制蜂鳴器的開(kāi)關(guān)。圖4報(bào)警電路3.7單片機(jī)最小系統(tǒng)3.7.1晶振電路設(shè)計(jì)AT89S52芯片采用了由反向放大器構(gòu)成的振蕩器。XTAL2和XTAL1分別是振蕩電路的輸出端和輸入端。同時(shí)，定時(shí)裝置連接在XTAL1和XTAL2引腳上，內(nèi)部振蕩電路實(shí)現(xiàn)自激振蕩。定時(shí)裝置通常是由石英晶體和電容器組成的并聯(lián)諧振電路。系統(tǒng)選用12mhz晶體振蕩器，兩個(gè)30pF電容C7和C8。3.7.2復(fù)位電路本設(shè)計(jì)中使用的按鍵復(fù)位電路，在系統(tǒng)智能復(fù)位由計(jì)算機(jī)控制時(shí)，只需按住S鍵即可。此時(shí)，電源的Vcc通過(guò)電阻R1和R2分壓器，在RST端產(chǎn)生復(fù)位高電平。同樣，只要RST端子保持高壓的時(shí)間超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期，系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制智能就可以實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。復(fù)位電路如圖5所示。圖5AT89C52單片機(jī)的復(fù)位電路3.7.3按鍵消抖方法非編碼鍵盤可分為獨(dú)立鍵盤和行列式鍵盤。行列式鍵盤以I/O線的一部分為線，另一部分為線。鍵是在直線和直線的交點(diǎn)上設(shè)置的。這種鍵盤適用于按鍵較多的場(chǎng)合，但硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。獨(dú)立非編碼鍵盤中的每個(gè)鍵都獨(dú)立地占用一條數(shù)據(jù)線。當(dāng)鍵關(guān)閉時(shí)，相應(yīng)的I/O線變低。對(duì)于處于正常打開(kāi)狀態(tài)的單機(jī)鍵盤，鍵關(guān)閉時(shí)I/O線較低，鍵正常時(shí)I/O線較高。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，觸點(diǎn)閉合和彈起時(shí)刻的電接觸狀態(tài)不穩(wěn)定，導(dǎo)致電壓信號(hào)抖動(dòng)。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間一般為5、10毫秒，為了避免因一次關(guān)閉而造成多個(gè)CPU處理，應(yīng)采取措施消除抖動(dòng)。有兩種方法去抖動(dòng):硬件去抖動(dòng)和軟件去抖動(dòng)。硬件解抖動(dòng)通常采用雙穩(wěn)態(tài)解抖動(dòng)電路。軟件抖動(dòng)檢測(cè)方法是檢測(cè)CPU中的按鍵延時(shí)為10、20 ms，然后檢查按鍵電平是否保持關(guān)閉狀態(tài)。如果它仍然處于關(guān)閉狀態(tài)，則確認(rèn)按鍵，或從頭檢測(cè)它。為了簡(jiǎn)化硬件電路，選擇獨(dú)立的非編碼鍵盤，用軟件消抖來(lái)消除按鍵的抖動(dòng)。3.8系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的植物智能澆灌系統(tǒng)，通過(guò)土壤溫濕度傳感器采集植物土壤信息。在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，當(dāng)傳感器檢測(cè)到植物缺水時(shí)，單片機(jī)控制的電磁閥將智能開(kāi)啟。開(kāi)始給植物澆水，當(dāng)水量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，由電腦控制的水泵智能停止?jié)菜?。液晶顯示屏將穩(wěn)定顯示環(huán)境溫度和濕度，以及飼養(yǎng)員設(shè)定的溫度和濕度。智能植物澆水系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)程序控制給植物的水量，比較同一溫濕度采集電路輸入單片機(jī)的栽培土壤的溫濕度值。當(dāng)溫度、濕度低于傳感器監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)輸入信號(hào)啟動(dòng)水泵澆水，當(dāng)水量達(dá)到植物生長(zhǎng)所需的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行澆水。機(jī)器將再次輸出一個(gè)信號(hào)，關(guān)閉水泵，停止?jié)菜?。因?yàn)椴煌闹参镌谏L(zhǎng)期間需要不同的水，所以它們應(yīng)該在合適的時(shí)間和數(shù)量根據(jù)他們的需要澆水。因此，智能植物澆水系統(tǒng)采用模糊控制來(lái)實(shí)現(xiàn)精確澆水的目的。四、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能植物養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的研究互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了智能化時(shí)代的發(fā)展，智能家居開(kāi)始出現(xiàn)在人們的家庭生活中,智能設(shè)備逐漸取代了傳統(tǒng)的人力勞動(dòng),極大地減輕了人們的生活壓力。物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的拓展,促進(jìn)了智能家居發(fā)展,使系統(tǒng)中的設(shè)備與設(shè)備之間的信息傳遞更加便利。智能設(shè)備之間的信息傳遞方式包括有線通信和無(wú)線通信兩種,目前的技術(shù)發(fā)展以無(wú)線通信方式為主。白光LED可見(jiàn)光通信作為無(wú)線通信的一種,以其綠色健康、通信速率高的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始應(yīng)用在智能家居系統(tǒng)中。智能家居設(shè)備可分為服務(wù)型智能設(shè)備和智能家電設(shè)備,本文研究的智能植物養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)就是一款服務(wù)型智能設(shè)備。本文研究的智能植物養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)是利用濕度傳感器檢測(cè)植物土壤濕度,將濕度信息通過(guò)無(wú)線通信方式傳遞至智能澆水設(shè)備中,當(dāng)智能澆水設(shè)備檢測(cè)到接收信息為缺水信號(hào)時(shí),智能澆水設(shè)備機(jī)控智能分析缺水植物的位置信息,根據(jù)位置信息按照預(yù)設(shè)路線行走至缺水植物,根據(jù)植物屬性開(kāi)始執(zhí)行澆水任務(wù),實(shí)現(xiàn)植物的智能養(yǎng)護(hù)。實(shí)驗(yàn)中信息傳遞采用的是白光LED可見(jiàn)光通信的無(wú)線傳輸方式。智能澆水設(shè)備將可見(jiàn)光通信接收端與智能小車設(shè)計(jì)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了信息接收的同時(shí)也完成了澆水的任務(wù)。研究的智能植物養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的虹吸原理澆花方式相比,能夠?qū)崿F(xiàn)按需澆水,按植物品種需求澆水,能更加智能化的控制植物土壤濕度,更有利于植物生長(zhǎng)。植物的生長(zhǎng)是通過(guò)光合作用儲(chǔ)存有機(jī)物來(lái)實(shí)現(xiàn)的，光照條件對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有很大影響。根據(jù)前人研究，不同LED光質(zhì)對(duì)植物不同內(nèi)源激素的含量有著不同的影響，且不同的光照強(qiáng)度和光照時(shí)間對(duì)植物的形態(tài)建成有一定的影響。光的波長(zhǎng)、光強(qiáng)度及照射時(shí)間時(shí)對(duì)植物生長(zhǎng)有重大影響。4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)從下到上可分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層。感知層的主要功能是數(shù)據(jù)采集和短距離無(wú)線傳輸。在傳感層系統(tǒng)中,土壤水分傳感器用來(lái)獲得土壤數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)溫度和濕度傳感器用來(lái)獲得實(shí)時(shí)環(huán)境的溫度和濕度,光照傳感器用來(lái)獲得植物生長(zhǎng)照明條件,和實(shí)時(shí)多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間的通信是通過(guò)短途無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)傳輸層是物聯(lián)網(wǎng)的中間層。它主要使用互聯(lián)網(wǎng)來(lái)傳輸信息。物聯(lián)網(wǎng)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息從感知層傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)層或用戶終端。在該系統(tǒng)中，終端用戶的手機(jī)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄網(wǎng)頁(yè)，獲取土壤濕度、環(huán)境溫濕度、光照條件等實(shí)時(shí)參數(shù)。根據(jù)土壤濕度、環(huán)境溫濕度和光照條件，采用網(wǎng)絡(luò)繼電器控制不同波長(zhǎng)LED植物生長(zhǎng)燈的水泵、風(fēng)機(jī)和開(kāi)關(guān)。應(yīng)用服務(wù)層的核心功能和任務(wù)是在更高層次上組合、管理和利用物聯(lián)網(wǎng)資源。該系統(tǒng)通過(guò)建立友好的用戶界面，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程控制等。4.1.2系統(tǒng)工作原理與功能 傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳輸將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線(基于板的USB到串行芯片)連接到PC機(jī)。PC端使用java編寫的串口接收程序，串口類使用java編寫串口接收程序。同時(shí)，它使用了Hibernate和Spr這兩種重要的Java技術(shù)，Hibernate和Spr是其中的兩個(gè)重要框架。使用MVC技術(shù)編寫后臺(tái)，大部分jsp編寫的頁(yè)面用于前端和后端切換。最后，將web端程序部署到Tomcat 6.0，使程序能夠在Internet上運(yùn)行。最后，在終端設(shè)備(手機(jī)、平板電腦、電腦)上，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息。同時(shí)，繼電器可以遠(yuǎn)程控制水泵、LED植物生長(zhǎng)燈和風(fēng)扇的工作狀態(tài)。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，用戶可以通過(guò)登錄web端來(lái)選擇工作模式。模式一是計(jì)算機(jī)控制智能，可以根據(jù)閾值啟動(dòng)控制設(shè)備。模式是二手的。用戶可以通過(guò)web查看植物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，判斷是否需要人工澆水，并啟動(dòng)和關(guān)閉遙控設(shè)備。4.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)土壤水分測(cè)量節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線交互，需要調(diào)用TI Z-Stack協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，并添加網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立和節(jié)點(diǎn)的連接。初始化ZDApp層后，系統(tǒng)調(diào)用ZDApp init函數(shù)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)類型。如果它檢測(cè)到一個(gè)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，它就通過(guò)計(jì)算機(jī)控制智能地建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如果是終端節(jié)點(diǎn)，則通過(guò)計(jì)算機(jī)控制智能地加入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。土壤水分測(cè)量節(jié)點(diǎn)將采集到的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)按需發(fā)送到協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。按需使用的原因是為了讓溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定地址的協(xié)調(diào)器。如果使用廣播或多播，可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)冗余。同時(shí)，協(xié)議棧中的防撞協(xié)議可以解決協(xié)調(diào)器從多個(gè)測(cè)溫節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的問(wèn)題。同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，用Java編寫的接收串行信息的程序增加了數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能，以保證傳輸數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)采用Hibernate技術(shù)，使程序更加方便地實(shí)時(shí)操作和接收采集到的環(huán)境信息。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)繼電器的遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)使用JSP頁(yè)面編寫命令，并通過(guò)JSP代碼將命令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)繼電器，然后能控制水泵等終端設(shè)備。 該系統(tǒng)顯示界面是以MyEclipse Enterprise Workbench 9.0平臺(tái)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的，界面是利用Jsp技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種基于Web的串行通信方法。頁(yè)面使用JQuery Easyui框架顯示數(shù)據(jù)，然后使用JavaBean和Spring MVC標(biāo)注技術(shù)獲取后臺(tái)土壤水分保存的表，通過(guò)Json對(duì)象將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞醉?yè)。最后，利用Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的定時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能刷新和更新，利用JavaScript技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面按鈕和功能事件的觸發(fā)。4.3顯示界面 網(wǎng)頁(yè)瀏覽器在計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端輸入服務(wù)器的網(wǎng)站上實(shí)時(shí)觀察和遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)獲得環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度等參數(shù)。當(dāng)土壤含水量超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)計(jì)算機(jī)控制智能啟動(dòng)抽水。當(dāng)土壤濕度不低于閾值時(shí)，遠(yuǎn)程控制界面也可以選擇點(diǎn)擊打開(kāi)的花灑開(kāi)始泵送。當(dāng)土壤水分傳感器監(jiān)測(cè)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到一定的最優(yōu)值時(shí)，泵停止運(yùn)行。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度過(guò)低，需要補(bǔ)光時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制智能或手動(dòng)開(kāi)啟LED植物燈。植物基于物聯(lián)網(wǎng)的智能種植系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度和濕度實(shí)時(shí)調(diào)查,植物植物種植的土壤濕度和光照參數(shù)環(huán)境通過(guò)各種終端在任何地方登錄到WEB網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備如粉絲、水泵、噴頭和LED植物燈根據(jù)環(huán)境變量的變化,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程控制和冷卻。澆水和照明。該系統(tǒng)成本低，使用方便，可用于家庭園藝維護(hù)，也可應(yīng)用于各種植物栽培，具有很高的實(shí)用價(jià)值。五、系統(tǒng)功能調(diào)試在完成硬件電路設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，利用Proteus仿真軟件對(duì)部分電路功能進(jìn)行了調(diào)試。通過(guò)仿真，完成了DHT11溫濕度模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊、聲光報(bào)警模塊的電路仿真分析與調(diào)試。當(dāng)模擬信號(hào)被模擬時(shí)，模擬信號(hào)只能通過(guò)除以電壓來(lái)模擬。結(jié)合系統(tǒng)仿真電位圖，用AD6繪制電位圖并生成PCB板完成電路的焊接和調(diào)試，用Keil C51完成編程，用STC-ISP完成程序的下載。在調(diào)試過(guò)程中，主要完成了土壤水分傳感器信號(hào)采集與處理的程序設(shè)計(jì)，并采用逐模塊調(diào)試的方法實(shí)現(xiàn)了最終的實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)功能的調(diào)試。經(jīng)過(guò)調(diào)試，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確采集土壤水分信息和環(huán)境溫濕度信息，并通過(guò)LCD1602清晰地顯示出來(lái)。同時(shí)，單片機(jī)可以有效地控制繼電器電路和聲光報(bào)警電路的正常運(yùn)行。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能模塊，采用Proteus軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。需要注意的是，LCD12864在軟件中沒(méi)有一個(gè)詞庫(kù)，但是屏幕可以用LCD1602替換。經(jīng)調(diào)試，模擬的溫濕度采集與預(yù)期目標(biāo)一致。電路圖是用Altium Designer軟件繪制的。圖4是系統(tǒng)的主電路圖，包括溫度傳感器電路、蜂鳴器電路、液晶顯示電路、ADC0832電路、按鍵電路。圖7系統(tǒng)主電路圖根據(jù)原理圖由奧騰設(shè)計(jì)師軟件,裝入包相應(yīng)的組件,生成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表,創(chuàng)建PCB文件,加載網(wǎng)絡(luò)表,手動(dòng)調(diào)整組件的位置,減少和縮短鉛和組件之間的連接,并使組件盡量安排在平行(特別要注意的位置LCD12864大頭針連接到屏幕的時(shí)候,屏幕會(huì)遇到)。屏蔽部分電路，修改適當(dāng)?shù)牟季€規(guī)則，點(diǎn)擊電腦控制的智能布線，將鍍銅連接到GND，最終生成PCB板。PCB打樣，配件采購(gòu)，焊接。連接系統(tǒng)所有硬件并進(jìn)行測(cè)試。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將液位傳感器置于水箱頂部外墻無(wú)水處。此時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，系統(tǒng)停止工作。如果將液位傳感器放置在有水的水箱外壁上，此時(shí)屏幕顯示溫濕度值，從而推斷液位傳感器和顯示屏工作正常。為了測(cè)試溫度傳感器和濕度傳感器是否工作正常，手指握住溫度傳感器，從屏幕上可以看到溫度值的變化;將濕度傳感器置于濕砂中，繼電器不被激活，此時(shí)記錄屏幕上顯示的濕度值，然后暫停濕度傳感器，屏幕上顯示的濕度值變化較大，且低于屏幕上顯示的濕度值。此時(shí)，繼電器啟動(dòng)，泵開(kāi)始工作，濕度傳感器再次放入原始的沙子中，繼電器停止工作，澆水結(jié)束。用同樣的方法測(cè)試另一個(gè)濕度傳感器，效果是一樣的。選擇“菜單”按鈕,在屏幕上顯示多個(gè)菜單選項(xiàng),按下“花1”按鈕,顯示值,溫度濕度上限、下限濕度花1開(kāi)始澆水在屏幕上時(shí),按“選擇”按鈕,在調(diào)整選項(xiàng),您可以選擇通過(guò)“增加”、“減少”按鈕,調(diào)整灌溉區(qū)域的價(jià)值,最后按下“確定”按鈕退出。調(diào)整界面，完成按鍵操作。通過(guò)改變濕度傳感器檢測(cè)到的土壤濕度，也可以改變繼電器的啟動(dòng)和關(guān)閉狀態(tài)。由此可以推斷，該關(guān)鍵電路工作正常。通過(guò)用同樣的方法調(diào)試另一種方法，可以實(shí)現(xiàn)所有需要的功能。關(guān)閉電源，重啟系統(tǒng)，進(jìn)入菜單界面，查看按鈕調(diào)整的最后一個(gè)字段值是否保存，從而推斷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是否正常。目前，多通道智能灌溉系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)完成。經(jīng)計(jì)算，其成本比目前市場(chǎng)上銷售的單路澆花機(jī)更經(jīng)濟(jì)。六、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（） 單片機(jī)部分。系統(tǒng)首先初始化程序，然后等待主機(jī)發(fā)送相關(guān)指令。成功接收指令后，更新程序的相關(guān)設(shè)置參數(shù)(包括土壤濕度、植物種類、澆水速度等)。然后它開(kāi)始檢測(cè)土壤濕度。將當(dāng)前的水分檢測(cè)值發(fā)回主機(jī)后，當(dāng)檢測(cè)值較低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較。設(shè)定好設(shè)定值后，單片機(jī)使I/O口驅(qū)動(dòng)泵電機(jī)工作，土壤水分隨著含水量的增加而增加，直到檢測(cè)值大于設(shè)定值，泵停止工作。這個(gè)時(shí)候，植物將在合適的生長(zhǎng)環(huán)境中。（）上位機(jī)部分。上位機(jī)界面編譯環(huán)境：VS2010，編譯工具：C#，上位機(jī)主要用于與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，傳輸用戶設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能。該系統(tǒng)的上位機(jī)界面主要包括植物種類、土壤水分、灌溉速度、設(shè)備啟動(dòng)等選項(xiàng)。用于設(shè)置不同設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。此外，該界面還設(shè)計(jì)了當(dāng)前土壤濕度顯示欄，即時(shí)監(jiān)控當(dāng)前土壤濕度值。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括初始化、顯示子程序、植物種類選擇子程序、土壤水分檢測(cè)子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、報(bào)警子程序等。主程序流程圖如圖6所示。圖6主程序流程圖主程序如下所示： /LCD顯示 welcome to use automatic watering device write_com(0x80); print_string("welcome to use"); delay_ms(2000); /當(dāng)晶振較高時(shí)加延時(shí) write_com(0x01); /清屏 write_com(0x80); print_string("automatic "); write_com(0xc0); /DDRAM AD set to 00h print_string("watering device"); delay_ms(3000); /當(dāng)晶振較高時(shí)加延時(shí) write_com(0x01); /清屏 Sbit famen_ag = P27; /閥門開(kāi)關(guān) Sbit spkear = P 34 /報(bào)警引腳開(kāi)關(guān) void main( ) while(1) if(tshidu_ag =1) /土壤濕度不夠famen_ag =1; /開(kāi)啟水閥 spkear =1; /啟動(dòng)報(bào)警 red_led = 0; /紅燈亮，需要澆水 delay(1000); /延時(shí)跳出再檢測(cè) else if(tshidu_ag = 0)/土壤濕度足夠 famen_ag =0; /不開(kāi)啟水閥 spkear =1; /無(wú)需啟動(dòng)報(bào)警 red_led = 1;/紅燈滅，不需要澆水 delay(1000); /延時(shí)跳出再檢測(cè) 本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為控制芯片，構(gòu)建了一個(gè)智能澆水系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)花盆內(nèi)的土壤濕度來(lái)調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行和中斷。選擇模糊控制的形式來(lái)調(diào)節(jié)水量,并采取土壤濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè),并進(jìn)行比較的濕度值設(shè)置模糊控制響應(yīng)表來(lái)確定水量是否符合標(biāo)準(zhǔn),并完成定時(shí)、定量和智能全面澆水。系統(tǒng)根據(jù)不同植物的實(shí)際需求設(shè)定相應(yīng)的水量。只要啟動(dòng)后設(shè)置好設(shè)備類別，系統(tǒng)就可以控制需要早期智能調(diào)節(jié)的溫濕度區(qū)域。該系統(tǒng)在家庭陽(yáng)臺(tái)上的應(yīng)用更加實(shí)用，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效果明顯。同時(shí)，該系統(tǒng)可用于草原、植物、溫室、苗圃等場(chǎng)合，使用方便、節(jié)水。七、總結(jié)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為控制中心，利用溫濕度傳感器檢測(cè)環(huán)境的溫濕度，依靠溫濕度傳感器檢測(cè)與系統(tǒng)預(yù)置溫濕度值進(jìn)行比較。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到缺水時(shí)，水泵打開(kāi)供水。當(dāng)水量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制的水泵智能停止供水。液晶顯示屏可穩(wěn)定顯示環(huán)境溫濕度，并可顯示設(shè)置的溫濕度。智能澆水系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)程序設(shè)定澆水上限和下限，并與溫濕度采集電路送入單片機(jī)的土壤水分值進(jìn)行比較。當(dāng)傳感器檢測(cè)到的濕度值低于設(shè)定的下限時(shí)，單片機(jī)輸入信號(hào)，開(kāi)始澆水。當(dāng)超過(guò)設(shè)定的上限時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)，中斷泵并停止工作，停止?jié)菜?。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理有了更深入的了解，并實(shí)際接觸到了檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。雖然這個(gè)系統(tǒng)在人們的日常生活中屬于一個(gè)小系統(tǒng)，但是它讓我明白了很多設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題，這讓我受益匪淺。致謝衷心感謝我的指導(dǎo)老師。從我畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)、選題、提綱的擬定到執(zhí)筆、多次修改、不斷完善的整個(gè)過(guò)程中，正是得益于老師的不斷鼓勵(lì)、悉心教導(dǎo)和嚴(yán)格教誨，我才能克服困難，順利完成畢業(yè)論文。老師淵博的知識(shí)和開(kāi)闊的思維使我受到了許多啟發(fā)，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度激勵(lì)著我砥礪前行，他待人真誠(chéng)謙和，幫助我樹(shù)立了完成學(xué)業(yè)的信心。在我論文的撰寫過(guò)程中，老師悉心指出論文的缺陷不足并指導(dǎo)審改，在我的人生及事業(yè)道路上給予支持和幫助，她對(duì)事業(yè)的熱愛(ài)和奉獻(xiàn)、對(duì)學(xué)術(shù)高深的造詣和研究，公平正派的做人做事風(fēng)格，是我學(xué)習(xí)的榜樣。在這里，要特別感謝我的家人，是他們無(wú)微不至的關(guān)懷，是他們堅(jiān)持不懈的鼓勵(lì)，支持我順利完成了學(xué)業(yè)。因本人水平的原因，本文中的一些觀點(diǎn)還不夠成熟，存在許多不足或需完善的地方，懇請(qǐng)各位老師、學(xué)者批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1毛明軒，朱皋,楊守良.基于單片機(jī)的溫濕度感應(yīng)智能晾衣桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2013.2劉明真，陳鴻.基于單片機(jī)智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.學(xué)術(shù)問(wèn)題研究，2010.3程捷，何辰.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.2011.4尹發(fā)根.果蔬膨化干燥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究，2011(8).5張澤根，周洪，夏明曄.基于單片機(jī)的油量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息，2014，27(1).6滿紅，鄒存名，冀勇鋼.基于單片機(jī)的倉(cāng)庫(kù)溫濕度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.2011.7宋維強(qiáng).基于單片機(jī)智能制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.華中師范大學(xué)出版社,2009.8孫彩鳳，楊紅軍.農(nóng)村蔬菜灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.上海電子出版社，2011.9姚望.我國(guó)農(nóng)村智能澆花系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究M.北京現(xiàn)代科學(xué)文獻(xiàn)出版社.10孟寒.基于單片機(jī)的稻田溫濕度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.廣西智能科技出版社.11彭正德.單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用原理探究J.中國(guó)科技大學(xué)社會(huì)科學(xué)學(xué)報(bào),2013.31.附錄1. 基于單片機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)的材料2. 單片機(jī)應(yīng)用的專業(yè)流程圖紙3. 專業(yè)翻譯材料第18頁(yè) 共17頁(yè)