智能浇花系统

目录 第一章 系统功能与特色    4 1.1、系统功能特色简介    4 1.2功能指标    7 第二章 系统硬件    8 2.1、硬件框架图    8 2.2、STC12C5A60S2主芯片控制模块    8 2.3、温湿度采集模块    10 2.4、语音模块    12 2.5、液晶显示模块    13 2.6、光照强度采集模块    14 2.7无线编码发射与无线接收译码模块    15 第三章 系统软件设计    18 3.1 系统软件图    18 3.2 温度湿度检测模块    19 3.3 光照强度与土壤湿度检测模块    19 3.4 浇水模块    19 3.5 人体感应模块    19 第四章 系统实物    20 20 参考文献    21 摘要 花草养殖是人们日常生活的重要组成部分，如何更加方便，合理的进行植物养殖成为了智能家居设计的一个焦点。 本系统为基于STC12C5A60S2单片机的智能浇花系统。主要由温、湿度采集、土壤湿度采集、光照强度采集、人体红外感应模块、语音提示、浇水六大模块组成。实现全天周期性的对植物周围环境的温度、湿度、光照强度信息进行抽样提取，并结合植物土壤的湿度判断天气情况、浇水时间及浇水量，最后控制电机定量浇水。该系统能根据实际情况，合理的浇水，既节约了水资源，又能让植物更好生长。 关键字：温、湿度采集  光照强度采集 人体红外感应 语音提示 水量控制 第一章 系统功能与特色 1.1、系统功能特色简介 （1）确定浇水时间 系统不断对光照强度进行判断，确定出早晨、傍晚浇花时间进行浇水。每天早晨与傍晚系统自动进行一次浇水。如图1-1： 图1-1 （2）水量调整 系统全天性的抽取温湿度、光照强度以及土壤湿度信息，在浇水时候将前面的提取的信息进行处理，求均值，然后代进一下公式，对基本浇水量进行调整res=bm-100*(tem-25)/hum+(Lx-70)/5-(ts-45) （其中res表示调整量  bm表示基准水量  tem表示温度  hum表示空气湿度  lx表示光照强度  ts表示土壤湿度）这样系统就能根据不同的季节气候调整水量。如图1-2： 图1-2 （3）选择性浇水 在每次浇水前，系统会对植物土壤湿度进行检测，如果超过一定值，就不进行浇水操作，防止过度浇水、浪费水资料。土壤湿度传感器如图1-3： 图1-3 （4）加水提示 水箱装有水位器，水位过低时，水位器被促发，系统记录下标志，当人走进被人体感应器感应到是，体统会立刻提示用户加水。具体如图1-4： 图1-4 （5）智能电灯 当光感模块传回的光照强度小于一定值时，系统判定此时为夜晚，此时当人靠近，体统会自动开启电灯，之后，体统不断检测用户的存在，在用户离开2分钟后，灯自动熄灭。具体如图1-5所示： 图1-5 （6）语音提示 系统设有按钮，按下会以语音方式提示当前室外温度、湿度以及光照强度。 （7）无线控制 系统配有无线遥控，通过遥控可控制系统实现语音提示当前相关信息，此外还可控制自动加水、及电灯。 1.2功能指标 （1） 温度测量精确到1C，湿度测量精确到1%RH，土壤湿度测量精确到1%RH，光照强度测量精确到1lx； （2）LCD显示温湿度、土壤湿度、光照强度以及浇水量; （3）语音提示； （4）无线遥控距离L>200m； 第二章 系统硬件设计 2.1、硬件框架图 本以STC12C5A60S2单片机为核心，温湿度、光照强度、土壤湿度传感器全天周期性的采集相应的信息并送回控制器。键盘输入可进行基准水量的控制；人体红外传感器可实现人体存在感应，发现人存在，送回标志信号，让主机进行相应的处理。利用ISD4002语音提示用户相关信息。电灯实现夜间照明，水位器监测水箱水位，12864液晶显示现在的温湿度、土壤湿度、光照强度，方便司机随时读取。整个硬件电路方框图如图4。 2.2、STC12C5A60S2主芯片控制模块 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期(1T)的单片机，是高速/ 低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12 倍。内部集成MAX810 专用复位电路,2 路PWM,8 路高速10 位A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 1. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/ 机器周期，指令代码完全兼容传统8051 2. 工作电压： STC12C5A60S2 系列工作电压： 5.5V - 3.3V（5V 单片机） STC12LE5A60S2 系列工作电压：3.6V - 2.2V（3V 单片机） 3. 工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051 的 0～420MHz 4. 用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节...... 5. 片上集成 1280 字节 RAM 6. 通用I/O 口（36/40/44 个），复位后为： 准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口） 可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏 每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA 7. ISP （在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8. 有EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部EEPROM) 9. 看门狗 10.内部集成MAX810 专用复位电路（外部晶体12M 以下时，复位脚可直接1K 电阻到地） 11. 外部掉电检测电路: 在P4.6 口有一个低压门槛比较器 5V 单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V 单片机为1.30V，误差为+/-3% 12. 时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器(温漂为+/-5% 到+/-10% 以内) 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟 常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为： 11MHz ～ 15.5MHz 3.3V 单片机为： 8MHz ～ 12MHz 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 13. 共4 个16 位定时器 两个与传统8051 兼容的定时器/ 计数器,16 位定时器T0 和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再加上2 路PCA 模块可再实现2 个16 位定时器 14. 2 个时钟输出口，可由T0 的溢出在P3.4/T0 输出时钟，可由T1 的溢出在P3.5/T1 输出时钟 15. 外部中断I/O 口7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA 模块， Power Down 模式可由外部中断唤醒， INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3) 16. PWM(2 路）/PCA（可编程计数器阵列,2 路） --- 也可用来当2 路D/A 使用 --- 也可用来再实现2 个定时器 --- 也可用来再实现2 个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可分别或同时支持) 17. A/D 转换, 10 位精度ADC，共8 路，转换速度可达250K/S(每秒钟25 万次) 18. 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，可再用定时器或PCA 软件实现多串口 19. STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有S2 标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)， TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3) 20. 工作温度范围： -40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级) 21. 封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O 口不够时，可用2 到3 根普通I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O 口, 还可用A/D 做按键扫描来节省I/O 口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。 STC12C5A60S2 系列单片机典型应用电路 2.3、温湿度采集模块 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 参数 条件 Min Typ Max 单位 湿度 分辨率   1 1 1 %RH   8   Bit 重复性     ±1   %RH 精度 25℃   ±4   %RH 0－50℃     ±5 %RH 互换性 可完全互换 量程范围 0℃ 30   90 %RH 25℃ 20   90 %RH 50℃ 20   80 %RH 响应时间 1/e(63%)25℃，1m/s 空气 6 10 15 S 迟滞     ±1   %RH 长期稳定性 典型值   ±1   %RH/yr 温度 分辨率   1 1 1 ℃ 8 8 8 Bit 重复性     ±1   ℃ 精度   ±1   ±2 ℃ 量程范围   0   50 ℃ 响应时间 1/e(63%) 6   30 S                 2、   接口说明  建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻 2.4、语音模块 ISD4002属于美国ISD公司4000系列产品，2.7~3.3V单电源单片语音录放电路，同时提供相应的28引线DIP/SOIC、 TSOP硬封。 ISD4002采用直接模拟量存贮技术，音质好，信息存放在芯片内部FLASHRAM中，抗断 电，无需专用语音开发工具，能随意更改内容和耗电省等优点。 该系列最大特点是录放时间长，并设计成和微处理器或微控制器配合使用实现 寻址和控制，使本器件引出端数减到最少，而使用更加灵活，且该芯片可设定进入待机状态，功耗接近为零。其指令由五位地址码和10地址码组成。 具体操作指令如下表5-1： 表5-1指令表 模块电路图如下图5-1： 图5-1 如图5-1语音模块的接口解释: AT89S52的P3^4、P3^5、P3^6分别对应接语音芯片的SCLK、SS、MOSI引脚。通过SPI总线实现信息传输。在录音模式下，分段录好要播放的语音，并分配固定地址。当进入语音模式时，单片机发送发音指令取出指定地址的语音信息进行播放，从而达到语音报时的目的。 2.5、液晶显示模块 如图6-1，为液晶显示电路，STC12C5A60S2单片机的PC5、PC6、PC7做LCD12864的控制线，PA0~PA7做数据传输线 2.6、光照强度采集模块 光电二极管（也称光敏二极管）是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 由短路电流与照度特性可知短路电路与光照强度大小成正比。 再根据三级管放大特性，基极电流与集电极输出电压成正比，再用AD转换正好可用来做光照强度检测。电路如下： 模块电路图 2.7无线编码发射与无线接收译码模块 PT2262/PT2272一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。从而实现解码。 PT2262/2272同时具有低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.6～15v 等特点。 图8-1 表8-1  PT2262对应管脚功能表 表7-2  PT2272对应管脚功能表 TWH630/TWH631是一对专用的无线发与无线接收模块，能够实现数字信号的传送，添加频率调制器与解调器也可传送音频信号。TWH630以315MHz正弦波为载波，自动生成调制信号；TWH631接收到信号后自动解调，输出源信号。TWH630/TWH631具有外接电路简单，功耗小，稳定性高等特点。 无线编码发射模块硬件电路图如下图8-3所示： 图7-2 无线接收与译码硬件电路图如下图所示： 图7-3 第三章 系统软件设计 3.1 系统软件流程图 3.2 温度湿度检测模块 DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。 数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和 数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 该模块程序主要检测当时的温度以及空气湿度。 调用函数为 void RH(U8 *S); 3.3 光照强度与土壤湿度检测模块 该模块程序负责检测光照强度有土壤湿度。须将模拟量转换成数字量，所以采用adc模块进行采样~！ 调用函数为  U16 get_AD_result(U8 channel); 3.4 浇水模块 根据温湿度检测模块与光照强度，土壤湿度检测模块采集到的数据计算出浇水量 公式：res=bm-100*(tem-25)/hum+(Lx-70)/10-(ts-60)/2; 然后再判断什么时候浇水，一般情况下每天浇两次水，一次在早上，一次在傍晚快入夜的时候 3.5 人体感应模块 该模块程序负责检测是否有人存在，若有人存在并且水箱水位过低时，语音提示进行加水，如果当时是晚上的话还会自动亮灯给人照明。 语音程序函数：void play(unsigned char isdh,unsigned char isdl); 第四章 系统实物 图4-1 图4-2 图4-3 参考文献 1、C程序设计教程学习辅导／谭浩强编著，清华大学出版社，2007 2、单片机接口技术与应用[专著] / 朱善君,孙新亚,吉吟东编著. - 北京: 清华大学出版社, 2005 3、单片机C语言轻松入门 / 周坚编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006 4、增强型80C51单片机速成与实战[专著] / 周立功...等编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003 1、C程序设计教程学习辅导／谭浩强编著，清华大学出版社，2007 2、单片机接口技术与应用[专著] / 朱善君,孙新亚,吉吟东编著. - 北京: 清华大学出版社, 2005 3、单片机C语言轻松入门 / 周坚编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006 4、增强型80C51单片机速成与实战[专著] / 周立功...等编著. - 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003