西南交通大學希望學院本科畢業論文（設計）中文題目基于單片機智能自動澆花控制系統設計英文題目Basedonthedesignofmicrocontrollerintelligeautomaticwateringcontrolsystem選題編號系（部）專業學生姓名學號指導教師完成時間[9]。3.4.2液晶顯示器1602LCD1602液晶屏驅動電路模塊的作用是將顯示字符的ASCII碼寫入內部的顯示數據存儲器,通過LCD液晶屏顯示該字符。LCD液晶顯示電路如圖3.8所示：圖3.8LCD液晶顯示電路選用的LCD具有14條引腳線,其各引腳的作用如表3.1所示：表3.1引腳作用表編號符號作用編號符號作用1VSS電源地信號8D1數據口2VDD電源信號9D2數據口3VEE對比調整電壓10D3數據口4RS寄存器選擇端11D4數據口5RW數據命令選擇端12D5數據口6E使能端13D6數據口7D0數據口14D7數據口在LCD上，每一個字符由一個點陣構成，編程顯示時，只需將相應的點設置為1即可。每一個字符點在接收到顯示訊號后，仍保持原來的色彩與亮度，并持續發出光亮。因此，選擇液晶顯示器可改善影像顯示效果，且無閃爍現象。3.5按鍵電路設計

本設計使用了按鍵電路，其關鍵線路包括：K1工作鍵；K2調整按鈕“+”；K3調整按鈕“-”，此裝置為獨立按鈕。這種觸摸式的鍵就像一個電子開關，它的工作原理很大程度上取決于它里面的一個金屬塊。在初始化狀態下，MCU的關鍵管腳處于高電平狀態。在按壓按鈕時，MCU的有關引腳從高電平變成低電平，并在此按鈕的作用下運行，因此，可以利用按鈕來人工設定溫度數據。按鍵電路如圖3.9所示。圖3.9按鍵電路3.6系統主程序土壤濕度檢測與自動灌溉系統流程圖如圖3.10所示。按照綠化樹種對土壤水分的要求，預先確定了一定的水分含量，比如30%，通過對土壤濕度傳感器的實時探測，并與預先設定的濕度進行對比，從而實現對水分的控制。本系統主要流程圖如圖3.10所示：開始開始結束結束 圖3.10系統流程圖3.7中斷子程序在STC89C52單片機上建立了一個中斷機制，并通過這種機制實現與外部設備之間的通信。“中斷”是一種在運行某個程序的時候，因為某些原因（比如發生了什么事情，或者有什么特別的要求），導致一個已經運行了很久的程序突然停止運行，轉而開始另一個相關的進程，并且在完成了這些進程之后，又重新回到原來被中斷的進程上，重新開始新的進程。3.8顯示子程序LCD1602液晶顯示器可以顯示出16*2個字符，這些字符都是來自于它自己原本就有的字符庫里面的，當系統給顯示器傳達顯示指令的時候，首先顯示器就要進行判忙處理，為的是怕主控系統傳達過多指令使顯示器出現故障。當顯示器空閑的時候，控制器要先對字符的位置進行設置，設置之后才能進行下一個步驟，根據之前設置好的濕度范圍以及日期等信息顯示出來。代碼如圖3.11所示：圖3.11顯示代碼圖3.9定時器部分定時裝置采用STC89C52單片機作為控制中心，利用軟件設定來完成特定的動作。通過按鍵開關，可以對灌溉時間進行設置，由共陰數碼管來顯示，當時間在所設置的灌溉時間之內時，進行灌溉。如果不是，則不進行灌溉。代碼如圖3.12所示：圖3.12定時器代碼圖

4系統實現4.1開發環境本系統基于Proteus開發，對于運行環境要求比較低，如表4.1所示：表4.1系統所需軟、硬件環境硬件環境軟件環境CPU：4.0G以上操作系統：Windows10以上版本內存：2GB以上軟件：Proteus；版本：7.8以上硬盤：50GB以上Web服務器：Tomcat7.0以上版本瀏覽器：GoogleChrome4.1.1仿真軟件ProteusProteusISIS是一種專門繪制原理圖的應用工具，對于那些工作中需要繪圖的人來說，這款軟件的受歡迎度遠超同類型的其他軟件，因為其操作起來并不復雜，而且能實現的功能非常多，既可以仿真，又可以分析一些期間的模擬，還可以用作電路的集成，完全能應付使用者們的日常需求。1.打開Proteus軟件。2.在file的菜單下面有一個叫做opendesign的選項，在里面可以找到任何我們想要的元器件，如果我們想要按照自己的要求來給元器件命名或者賦值的話，我們單機左鍵就可以了。當我們把所有我們需要的元器件找出來之后，就可以根據我們事先設計好的電路圖連接起來，最重要的就是要記得點擊保存按鍵，不然我們所有的努力就都白費了。3.用Keil編譯好之后并未結束，要記得雙擊單片機，隨后將會彈出對話框，然后打開編譯產生的文件，最后還要記得保存。4.最后，點擊運行按鍵，讓系統進行仿真指令，這樣就可以得到正確的結果了。4.2硬件實現硬件調試的流程如下：1.硬件自檢在硬件制作完成之后，首先應該進行硬件自檢。通過使用萬用表和示波器等工具，檢查電路板上的元器件，確認連接、電壓等參數是否正常。2.逐步調試開始逐步調試電路。應該從最簡單的部分開始，逐漸增加復雜度。此外，還應該先進行基礎功能的調試，如電源、時鐘等信號的輸出和檢測。3.調試后的確認在調試完成后，應該重新檢查電路板的每一個部分，以確保所有的部件都是可靠的。同時，還應該進行額外的測試，以確認整個電路板的功能正常。總之，硬件調試需要謹慎、細致，需要遵循一定的流程和注意事項。只有對每一步都精心把握，才能保證最終的調試結果達到預期。4.3功能模塊實現自動澆花系統軟件設計包括溫濕度檢測模塊設計、時間設置模塊設計、閾值調節模塊、手動自動切換模塊設計四個部分的程序設計。4.3.1溫濕度檢測模塊程序的實現溫濕度檢測模塊程序設計主要實現以下功能：用于檢測花盆土壤濕度的傳感器模塊，能夠實時監測土壤濕度，根據需求自動澆水。將溫濕度傳感器產生的模擬信號轉換成數字信號。實現溫濕度檢測功能的仿真圖如圖4.1和圖4.2所示：圖4.1溫度檢測仿真調試圖圖4.2濕度檢測仿真調試圖具體的實物效果圖如圖4.3所示。圖4.3溫濕度實物調試圖4.3.2時間設置模塊的實現時間模塊主要實現以下功能：顯示當前時間，設定澆水的時間，可以按照一定的時間間隔來進行自動澆水，達到定時澆水的效果。實現時間設置功能的仿真圖如圖4.4所示：圖4.4時間設置仿真調試圖具體的實物效果圖如圖4.5所示。圖4.5時間設置實物調試圖4.3.3閾值調節模塊的實現閾值調整模塊主要實現如下功能：通過設置兩個按鈕來調整閾值，按鈕要求為上、下兩個按鈕，并設置調整幅度。實現閾值調節功能的仿真圖如圖4.6所示：圖4.6閾值仿真調試圖具體的實物效果圖如圖4.7所示。圖4.7閾值調節實物調試圖4.3.4手動自動切換模塊的實現手動自動控制切換模塊主要實現以下功能：設定按鍵進行控制方式的轉換功能，分別是手動模式和自動模式，設定自動運行時間。實現手動自動切換功能的仿真圖如圖4.8和圖4.9所示：圖4.8手動模式仿真調試圖圖4.9自動模式仿真調試圖具體的實物效果圖如圖4.10和圖4.11所示。圖4.10手動模式實物調試圖圖4.11自動模式實物調試圖Proteus仿真測試結果和實物測試結果表明，自動澆水系統能正常實現所有功能。5系統測試5.1測試計劃5.1.1軟件測試KeilC51是一款兼容單片機的C語言開發軟件，這款軟件使用的語言是根據傳統意義上的C語言來開發的，但是這款升級版能提供更多的函數和開發工具，而且功能也比之前的齊全，結構更加合理，系統的維護也更加方便，所以深受商家們和使用者們的喜歡。測試結果如圖5.1所示：（1）輸入程序，保存.C文件；（2）按照硬件接線圖指示進行接線；（3）聯機后進行編譯；（4）修改語法錯誤，然后進行存盤；（5）編譯后進行文件的傳送，并運行；（6）運行，進行調試，直至達到設計要求。圖5.1程序運行圖5.1.2測試環境測試環境如表5.1所示：表5.1測試環境客戶端軟、硬件配置備注硬件軟件ACPU：P42.66GOS：Windows10內存：1GMSN7.5硬盤：160G瀏覽器：GoogleChromeBCPU：P42.66GOS：Windows11內存：4GMSN7.5硬盤：520G瀏覽器：Edge5.2功能測試本次功能測試主要測試系統的顯示模塊，存儲模塊，溫濕度調節等模塊。如表5.2所示：表5.2功能測試用例表編號測試項描述/輸入/操作期望結果實際結果1液晶屏幕顯示時間顯示接通電源屏幕亮起顯示時間與期望符合2溫濕度顯示接通電源屏幕顯示當前溫濕度與期望符合3更改溫濕度閥值更改溫度閾值屏幕亮起，控制按鍵加減溫度可以更改溫度與期望符合4更改濕度閾值屏幕亮起，控制按鍵加減濕度可以更改濕度與期望符合5復位電路復位液晶顯示屏顯示按下藍色復位按鈕在此按下屏幕熄滅后亮起并顯示當前時間和溫濕度與期望符合6掉電存儲突然切斷電源后數據是否消失不關閉系統的情況下斷開電源后再接通電源屏幕亮起并保留之前數據與期望符合7更改光照強度閾值更改光照強度閾值屏幕亮起，控制按鍵加減光照強度可以更改光照強度與期望符合8切換控制模式自動模式屏幕亮起，控制按鍵選擇自動模式進入自動控制模式與期望符合9手動模式屏幕亮起，控制按鍵選擇手動模式進入手動控制模式與期望符合5.3測試結論本系統經過功能測試和兼容性測試后，各個模塊的功能正常運行，達到了系統設計時的預期結果，測試過程中發現了一些問題并對問題及時做出修改，軟件運行更加可靠、穩定。最終得到了符合要求的高效率的自動澆花控制系統。

6總結與展望6.1總結此設計盆花自動灌溉系統參照自動澆花器的工作原理，利用現代傳感器技術及單片機控制技術，組成了一個土壤溫濕度采集與控制系統。然后通過計算機控制，實現了對噴灌裝置的兩種控制。該自動噴灌系統由三大模塊組成，即：土壤溫度和水分的檢測與顯示，自動噴灌以及自動補水。對土壤溫濕度進行檢測和顯示，用溫濕度傳感器作為感應元件，被檢測到的土壤溫濕度值輸入單片機，由單片機的輸出到液晶顯示屏顯示，并且這個含水量還可以作為對花盆進行灌溉的一個參考。在此基礎上，本文提出了一種基于溫度、水分、溫度等參數的灌溉系統。將其設計成了兩個部分：一個是智能灌溉，另一個是人工灌溉：智能灌溉部分是用單片機程序來設置灌溉濕度的上下限值，并將其與SHT-11打入單片機的土地水分含量進行對比。如果傳感器探測到的水分含量小于該設置的下限值，那么單片機就會輸出一個信號來控制電磁閥開啟，從而進行灌溉；如果水分含量大于該設置的上限值，那么就會由單片機輸出一個信號來控制電磁閥關閉，從而停止灌溉；其中，人工部分是由單片機從時鐘芯片DS1302中讀取每月和每日的實時時刻，并利用軟件程序來設置定時灌溉的時間和水量。在這次的畢業設計中，我對微型計算機控制的智能系統有了更深的認識。同時，它也讓我對控制系統的設計有了更深入的了解，讓我了解到了許多在設計時需要考慮的問題。比如實用性，成本，安裝方式等等。6.2展望51單片機智能澆花系統是一種智能化的花卉養護設備，能夠通過對植物土壤濕度、日照、溫度等環境參數的檢測和分析，自動調節水源的供應和澆水的時間，保證植物的良好生長。智能澆花系統在未來將變得更加普及和智能化。以下是可能的展望：1.更加智能化的控制：未來的智能澆花系統將能夠更加智能地控制澆水的時機和量，能夠根據天氣情況、土壤濕度、植物種類等多種因素來確定最佳澆水時機和澆水量，減少浪費水資源的情況發生。2.聯網和遠程控制：未來的智能澆花系統將能夠通過網絡與其他設備或者平臺進行聯網，比如說智能手機或者智能家居系統，用戶可以通過這些設備來控制智能澆花系統，實現遠程控制和監控。3.智能學習和適應性：未來的智能澆花系統將具備更高的智能學習能力，能夠根據植物的生長狀況、環境因素的變化等情況來自我適應和改進，從而為植物提供更為精確和有效的澆水服務。4.環保和可持續性：未來的智能澆花系統將會更加注重環保和可持續性，可以使用更為環保和可再生的能源源頭，例如太陽能或者風力發電，減少對傳統能源的依賴，從而實現更為可持續的發展。同時，也可以使用更為環保和易于降解的材料來替代部分傳統材料，減少對環境的污染和損害。總的來看，未來的智能澆花系統將會更加智能化、高效化和可持續化，為人們的生活和環境提供更為優質和可持續的服務。

參考文獻宋小令.家庭花卉智能灌溉系統的設計與實現[D].重慶三峽學院,2019.苑新宇,馬淑香,艾志杰.全自動智能花盆的設計與實現[J].信息技術與信息化,2017(05):35-37.袁聞杰,宋朝偉,劉源,徐志偉.基于單片機的自動灌溉澆花裝置設計[J].電腦知識與技術,2020,16(07):279-280.俞紀良,劉壯林,范海平,曾孟佳.基于單片機的自動澆花系統設計[J].電子設計工程,2022,30(18):11-15.戴永翔,朱勇.一種基于單片機的車用電池容量檢測系統[J].阜陽師范學院學報(自然科學版),2011,28(03):46-49.蔡振江.單片機原理及應用[M],北京:電子工業出版社,2008.林伸茂.8051單片機徹底研究[M],北京:中國電力出版社,2007.程志強.單片機原理與應用課程教學的改革與創新[J].高校實驗室工作研究,2014,14(2):104-105.李紅剛,張素萍.基于單片機和LabVIEW的多路數據采集系統設計[J].國外電子測量技術,2014,33(4):62-67.郭清,王元昔.霍爾傳感器在直流電機轉速測量中的應用研究[J].傳感器與微系統,2011,30(7):54-56.YuZH.DesignofIntelligentandLowCostTransducerbasedonthe51SoC[J].MicrocomputerInformation,2008,24(8):123-125.毛興武.新一代綠色光源LED及其應用技術[M],北京:人民郵電出版社,2008.謝完成,戴瑜興.一種新的基于霍爾傳感器的電流測量方法[J].電子測量與儀器學報,2012,26(8):705-710.鄭三婷,白燕燕,胡曉霞.淺談數字電子時鐘的設計及應用[J].電子制作,2015,(5Z):90-91.趙克中.磁力驅動技術與設備[M],北京:化學工業出版社,2003.HeYC,DengM,ZhangQS,etal.TheLEDDotMatrixControlTechnol