毕业论文盆花自动浇水系统
题目盆花自动浇水系统的设计与实现
学生姓名 ***** 学号 1013014014 所在学院物理与电信工程学院
专业班级电子*** 指导教师 ******** __ _ 完成地点陕西理工学院
2014年 6月16日
盆花自动浇水系统的设计与实现
［摘要］水本次设计的盆花自动浇水系统用STC89C52RC单片机为主控芯片，用DHT11温湿度传感器进行土
壤温湿度的检测，用时钟芯片DS1302进行定时控制，并通过雨水检测器进行雨水检测，再将温湿度采集结果及
当前时间在LCD1602显示屏上进行显示。如遇雨天自动停止浇水，否则若湿度低于设定的下限值时，单片机输
出一个控制信号，蓝灯亮，继电器工作，开始浇水；若湿度高于上限值时，单片机输出一个控制信号，蓝灯灭，
继电器关闭，停止浇。
[关键词]STC89C52RC ；温湿度传感器DHT11 ；时钟芯片DS1302 ；液晶显示器LCD ；继电器
目录
引言 (1)
1 设计方案选择 (3)
1.1温湿度检测模块 (3)
1.2显示模块 (4)
2 主要元器件介绍 (5)
2.1STC89C52单片机 (5)
2.2DHT11温湿度传感器 (6)
2.3液晶显示器LCD (8)
2.4DS1302时钟芯片 (10)
3 硬件电路设计 (13)
3.1晶振电路 (13)
3.2复位电路 (13)
3.3DHT11温湿度传感器模块 (13)
3.4LCD显示模块 (14)
3.5定时器模块 (14)
3.6按键模块 (15)
3.7雨水检测器模块 (15)
3.8继电器电路 (15)
4 软件设计 (16)
4.1土壤温湿度的检测与浇水控制系统 (16)
4.2定时器的设置与浇水控制系统 (17)
5 安装与调试 (18)
5.1土壤温湿度检测与浇水控制系统 (18)
5.2定时器的设置与浇水控制系统 (19)
总结 (22)
致谢 (23)
参考文献 (24)
附录A 外文翻译.......................... 错误！未定义书签。附录B 整理电路图 . (25)
附录C 实物图 (26)
附录D元器件清单 (27)
附录E 程序 (28)
引言
“有喜有忧，有笑有泪，有花有果，有香有色”这是老舍先生对养花的乐趣和对生活热爱的朴实表述。和老舍先生一样，许多城乡居民喜欢在家中种植一些花草，养盆花不仅可以陶冶情操、丰富生活。同时盆花可以通过光合作用吸收二氧化碳，净化室内空气，在有花木的地方空气中阴离子聚集较多，所以空气也特别清新，而且许多花木还可以吸收空气中的有害气体。生活中我常见的盆花如下图a,b所示。
图a 马蹄莲图b 君子兰
盆花生长所需的水分，大部分是从土壤中吸收来。盆花能否良好的生长就在于土壤湿度的适合度。但是，在生活中人们总是会有无暇顾及的时候，比如工作太忙、出差、旅游等。花儿生长问题大部分都是由花儿浇灌问题引起的。虽然市场上有卖盆花自动浇水器，但价格十分昂贵，并且大多只能设定一个定时浇水的时间，很难做到给盆花自动适时适量浇水。因此，我想设计一种集盆花土壤温湿度检测和自动浇水于一体的盆花自动浇水系统。根据土壤湿度传感器设计的盆花自动浇水系统能根据不同的盆花对土壤湿度适合度的不同需要，随时调整控制盆花土壤湿度，让盆花能够良好生长。
微喷灌是利用直接安装在毛管上，或与毛管连接的微喷头将压力以喷洒状湿润土壤。
微喷系统是近几年利用国内外先进技术组装的新型灌溉设施，主要是利用水流通过管道系统以一定速度从特制的喷头喷出，在空气中分散成细小的水滴着落在花草植物。作物及周围的地面上，从而达到及时补充水分的目的。该系统具有用水量少、冲击力小的灌溉特性，适用于栽培密度大、植被柔软细嫩的植物。
自动浇水器的诞生时随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快而诞生的一种懒人园艺用品。它把微喷的概念应有家庭盆花浇灌中，通过相应地改进，达到合理给盆花自动浇水的目的。
早在很多年前，国外就已经开始普及，国内实用的电子类自动浇水器多数从国外进口的，价格昂贵，但质量比较可靠。不过这不太适用于国内，目前国内外比较流行的是玻璃制作的自动浇水器。这种类型的浇水器多数在我国山西和浙江一带生产的，价格比较低廉，实用性没有电子类自动浇水器好。随着国内居民消费水平和生活质量的提高，种花容易养花难，浇水问题就暴露出来，因此国内上加已经看到了这种需求潜力。目前这类小居家用品的厂家主要集中在广东、上海、浙江一带。现在市场上所出售的自动浇水器主要有电子类自动浇水器和玻璃、陶瓷类自动浇水器。
1）电子类自动浇水器
电子类自动浇水器又叫时控喷淋装置，系统构成为：主机（或者）、主管（可以是花园管也可以是七分之四毫米的微喷淋管）、分水接头（3通、4通、5通、6通、分水器）、副管（五分之三毫米）喷淋管（雾化喷头、旋转喷头、折射雾化喷头等）。电子类自动浇水器根据电源的不同分为交流电自动浇水器和电池自动浇水器两种。
○1控制器的一般性能有：电磁阀控制；智能时控电路、微电脑芯片控制；适用电源为AC220V/50Hz；最适水压0.3-0.6Mpa；待机功率（4VA，浇水时小于12VA）；可控制连续作业时间试1分钟至168个小时；可每天自动完成十次以上浇水，可每天、隔天、隔多天自动循环进行浇水，手动自动两用；
每天计时误差小于正负3秒；电器适应环境温度为-10～50摄氏度；相对湿度小于90%RH。
○2使用自动控制器带来的便利有：自主设定每周、每日的灌溉次数和时间，即使你外出度假也无须担心无人照料；实现科学养护，避免普通漫灌溉导致的植物死亡；节约宝贵的水资源，使用本品成本课节约水80%左右；无须专门维护，课长期使用，安装、调试方便。
2)玻璃、陶瓷类自动浇水器
玻璃、陶瓷类自动浇花器又叫自动渗水装置。玻璃制彩色自动浇水器如图c所示：
图c 玻璃制彩色自动浇水器
而玻璃、陶瓷类自动浇水器则由本身材质的物理结构构成，根据器具的物理渗水原理完成自动浇灌，当自动浇水器内部存水自身形成一定压力，当遇到干燥的土壤，水就会至上而下的流出，当突然湿润以后，会形成一个堵塞压力，从而导致水流速度变慢或者停止；器具工艺不同，效果也不一样，当然也因突然疏松情况决定器具内水流速度。
玻璃类、陶瓷类自动渗水器简单介绍：
○1工作原理：特殊的玻璃、陶瓷构造帮助实现自动渗水功能，既有效避免花儿因为浇水过度导致烂根，又可有效防止花儿缺水；从而大量节约了的浇花用水量。
○2使用方法：把玻璃、陶瓷底部让水充分浸泡十几分钟，然后往浇花器内灌满水，底部插入土壤中；它跟据土壤湿度自动分泌水来满足花儿7天的用水量；若花盆比较大，只需多插几只浇花器就可以。
当前传感器技术与单片机技术发展迅速，其应用逐步由工业、军事等领域向其它领域渗透，已经和我们的日常生活息息相关。而且智能家居概念也越来越受到人们的推崇，因此，微电脑控制的电子类自动浇水系统有很好的发展前景。
本次毕业设计是设计一种基于AT89C52单片机的盆花自动浇水系统。其主要由单片机、土壤温湿度检测与显示部分、定时器设置与显示部分以及继电器控制浇水电路等部分构成。单片机选用AT89C52单片机，软件选用C语言编程。土壤温湿度检测与显示部分采用温湿度传感器DHT11采集当前的土壤温湿度并通过LCD显示。同时把检测到的信息发给单片机，通过单片机所设计的程序判断是否需要给盆花浇水，若需要浇水，则单片机系统发出浇水信号，开始浇水，若不需要浇水，则进行下一次循环检测。定时器设置与显示部分，通过按键开关设置不同的浇水时间段，在时间段以内时，单片机驱动浇水系统，开始浇水，如不在时间段内，则不浇水。
1 设计方案选择
1.1温湿度检测模块
方案一、采用DS18B20温度传感器和HS1100湿度传感器。
DS18B20温度传感器是DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线式智能温度传感器。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温湿度测量及控制仪器中。它具有小体积，硬件开销低、抗干扰能力强、精度高、接口方便、远距离传输等特点。
1）DS18B20主要性能有：1.独特的单线接口只需一个端口进行通信；2.多个DS18B20可并联在惟一的三线上，可以实现多点组网的功能；3.无须外部元件；4.可通过数据线供电，电压范围为3.0V～5.5V；5.零待机功耗；6.温度以3位数字显示；7.用户可自定义报警设置；8.电压特性，电源极性接反时，温度计不会因为发热而烧毁，但不能进行正常工作。
2） DS18B20的内部结构
DS18B20采用3脚PR－35封装，如图1.1示。
引
地
数据线
可选
图1.1 DS18B20封装
HS1100湿度传感器是基于独立工艺设计的电容元件，具有完全呼唤性，高可靠性和长期稳定性，相应时间迅速的特点。应用于办公自动化，车厢空气质量控制系统等。
HS1100湿度传感器的主要特性有：全互换性；在标准环境下不需校正；长时间饱和下快速脱湿；可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸；高可靠性与长时间稳定性；专利的固态聚合物结构；可用于线性电压或频率输出回炉；快速反应时间。
HS1100是电容式湿度传感器，由于电容不可直接测量，故选用555多谐振电路检测到频率，然后又单片机计算的电容值，再根据电容值算出相应的湿度值。
方案一温湿度检测模块的框图如图1.2所示。
图1.2 方案一温湿度检测模块框图
方案二、采用DHT11温湿度传感器。DHT11是一款集温度传感器和湿度传感器于一体的数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器内部包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，以确保产品具有极高的可靠性和卓越的稳定性。
DHT11的主要特性：相对湿度和温度测量；全部校准，数字输出；卓越的长期稳定性；无需额外部件；超长的信号传输距离；超低能耗；4引脚安装；完全互换等。
特点：品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高。
方案二温湿度检测模块框图如图1.3所示。
图1.3 方案二温湿度检测模块框图
考虑到该系统要同时测量温度、湿度，而DHT11温湿度传感器具有综合作用，集温度湿度于一体。而且成本低且使用方便。故采用方案二。
1.2显示模块
方案一、采用LED数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高低温，对外界环境要求低，易于维护，同时精度比较高，操作简单，编程容易，资源占用较少的优点。但数码管存在不足之处，显示内容局限，需要外围驱动电路。
方案二、采用LCD液晶显示屏显示。LCD具有轻薄短小、耗电量低，平面直角显示以及影响稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等优势。
特点：成本相对LED较高，显示内容也较丰富，且可以与单片机接口直接接线使用。
考虑到本系统需要显示时间、温湿度等，显示内容比较多。要同时达到同样的显示效果，采用数码管显示可能比使用LCD液晶显示屏的成本要高且电路复杂。目前市场上LCD1602已经十分普遍，LCD1602是两行16字符型液晶显示屏，显示亮度高，且可显示内容丰富，故采用LCD1602液晶显示当前的时间、温湿度是最佳方案。
本次毕业设计选用STC89C52RC单片机为主要控制芯片，DHT11温湿度传感器进行土壤
温湿度检测，时钟芯片DS1302进行定时控制，通过雨水检测器进行雨水检测，再将当前
时间及温湿度采集数据在LCD1602上进行显示。
本次设计的盆花自动浇水系统主要由晶振电路、复位电路、DHT11温湿度传感器、LCD
显示、定时器、按键模块、雨水检测器和继电器电路这八模块组成。
盆花自动浇水系统的具体模块设计框图1.4所示。
图1.4 盆花自动浇水系统的具体模块设计框图
2 主要元器件介绍
2.1 STC89C52单片机
2.1.1 STC89C52单片机简介
STC89C52单片机是由STC公司生产的一种高性能的、低功耗的CMOS8位微控制器，具有 8K 的系统可编程Flash存储器。STC89C52单片机使用的是经典的C51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机所不具备的许多功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多的嵌入式控制应用系统提供了高灵活的解决方案，成为目前广泛使用的单片机微控制器之一。使用STC89C52单片机可以完成所有基本的对于微控制器控制系统的编程和处理方法。
STC89C52单片机拥有如下基本功能：8k字节的可编程Flash；32 位的I/O 输入输入端口；512bit 的RAM内核；4个外部中断；内置4KBEEPROM；看门狗定时器；3个16 位定时器/计数器等等。
2.1.2 STC89C52单片机的结构和引脚功能
STC89C52单片机拥有一共40个外部端口，根据功能特性可以划分为主电源模块、多复用功能的I\O端口、外部连接晶振荡、控制和复位等。它能够完成复杂的控制问题，且成本较低，应用范围广。其结构引脚如图2.1所示。
图2.1 STC89C52引脚图
STC89C52存在4个8位的并行I/O输入输入端口：分别为P0、P1、P2、P3端口，相对应的外部接口分别是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，总计32条I/O线，每一条线能够独立作为输入或输出端口。
P0端口，这个端口功能实现了一个8位的双向I/O口。而在端口对外部的程序或者输入的数据存储器实现读写时，P0端口可以作为多路复用的低字节地址/数据总线，只有在这个条件时，P0端口存在内部上拉电阻。
P1端口，这个端口是内部存在上拉电阻的8路双向I/O输入输出端口，当给该端口写入“1”的时候，内部的上拉电阻把该端口电压置高，在这个时候该端口作为输入口使用。并且，P1.0和P1.1端口能够设置成定时/计数器，如表2.1所示。
端口引脚复用功能
P1.0 T2（定时器/计算器2的外部输入端）
P1.1 T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）
P1.5 MOSI（用于在线编程）
P1.6 MISO（用于在线编程）
P1.7 SCK（用于在线编程）
P2端口，这个端口是内部存在上拉电阻的8路双向I/O输入输出端口，当给该端口写入“1”的时候，内部的上拉电阻把该端口电压置高，在这个时候该端口作为输入口使用。
P3端口，这个端口是内部存在上拉电阻的8路双向I/O输入输出端口，当给该端口写入“1”的时候，内部的上拉电阻把该端口电压置高，在这个时候该端口作为输入口使用。
在STC89C52中，P3端口也存在着大量的复用功能，如表2.2所列。
表2.2 P3口引脚复用功能表
端口引脚复用功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 INT0（外部中断0）
P3.3 INT1（外部中断1）
P3.4 T0（定时器0的外部输入）
P3.5 T1（定时器1的外部输入）
P3.6 WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 RD（外部数据存储器读选通）
1）PSEN的程序存储允许信号。它是用来读取外部程序存储器。
2）RST复位功能连接端口。在晶振工作的时候，在这个引脚上连续出现两个机器周期的高脉冲时，内部电路将单片机做复位处理。
3）ALE/PROG地址锁存的控制端口。每当从存储器读取数据的时候，该端口发送信号作为锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这个端口可以输入编程脉冲PROG。
4）EA/Vpp外部读写数据控制端口。为了使单片机可以正确的从地址为0000H～FFFFH的外部ROM 中接受到代码，所以要把EA置低，所以接到地端。然而，如果程序锁位1，EA在复位锁存。
5）XTAL1振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。
6）XTAL2振荡器的反相放大器输出。
2.2DHT11温湿度传感器
2.2.1 DHT11产品概述
DHT11数字温湿度传感器是一款集温度传感器和湿度传感器于一体的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，以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DHT11具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。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。
DHT11的技术参数：
1)供电电压：3.3～5.5V DC
2)输出：单总线数字信号
3)测量范围：湿度20～90%RH，温度0～50℃
4)测量精度：湿度±5%RH，温度±2℃
5)分辨率：湿度1%RH，温度1℃
6)互换性：可完全互换
7)长期稳定性：<±1%RH/年
DHT11的应用领域：暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器等。
2.2.2 DHT11封装信息
DHT11为4 针单排引脚封装,DHT11的封装图如图2.3所示。
图2.3 DHT11的封装图
2.2.3 DHT11引脚说明
DHT11为单排4引脚，其引脚说明如表2.3。
表2.3 DHT11引脚说明
Pin 名称注释
1 VDD 供电 3－5.5VDC
2 DATA 串行数据，单总线
3 NC 空脚，请悬空
4 GND 接地，电源负极
2.2.4 DHT11接口说明
DHT11的典型应用图如图2.3所示。一般在连接线长度短于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。
图2.3 DHT11的典型应用图
2.2.5 DHT11电源引脚
DHT11的供电电压为3V～5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。
2.2.6 DHT11串行接口(单线双向)
DATA 用于单片机与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,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
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+8bi温度整数数据
+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。
单片机发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待单片机的开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,可选择读取部分数据。在高速模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集。采集数据后DHT11又转换到低速模式。
2.3液晶显示器LCD
2.3.1液晶显示器的简介
液晶显示器是一种低功能耗液晶显示器件。工作电流小，适合于仪表和低功耗系统。常用的有笔画型液晶显示器、点阵字符型液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。LCD液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制。液晶显示器适应于大规模电路直接驱动，易于实现全彩色显示的特点。目前被广泛应用于计算机，数字摄像机等众多领域。
一般1602字符型液晶显示器实物如图2.4所示。
图2.4 1602字符型液晶显示器实物图
2.3.2 1602LCD基本参数
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图2.5所示。
图2.5 1602LCD的尺寸图
1602LCD主要技术参数
(1)容量:16×2个字符
(2)工作电压:4.5～5.5V
(3)电流:2.0mA(5.0V)
(4)最佳工作电压:5.0V
(5)尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
2.3.3 1602LCD引脚功能说明
符号引脚说明编号符号引脚说明
VSS 电源地9 D2 数据
VDD 电源正极10 D3 数据
VL 液晶显示偏压11 D4 数据
RS 数据/命令选择12 D5 数据
R/W 读/写选择13 D6 数据
E 使能信号14 D7 数据
D0 数据15 BLA 背光源正极
D1 数据16 BLK 背光源负极
2.3.4 1602LCD指令说明及时序
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.5所示。
表2.5 1602LCD控制命令表
序号指令RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
2 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 *
3 置输入模式0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S
4 显示开/关控制0 0 0 0 0 0 1 D C B
5 光标或字符移位0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *
6 置功能0 0 0 0 1 DL N F * *
7 置字符发生存贮器地址0 0 0 1 字符发生存贮器地址
8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址
9 读忙标志或地址0 1 BF 计数器地址
10 写数到CGRAM或DDRAM） 1 0 要写的数据内容
11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据内容
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
2.3.5 1602LCD硬件原理图
LCD液晶显示器的RS、RW、E管脚连接单片机的P2.0、P2.1、P2.2。LCD液晶显示器的D0-D7 引脚和单片机的P0.0-P0.7引脚相连接。其连接电路图如图2.6所示。
图2.6 LCD硬件原理图
2.4 DS1302时钟芯片
2.4.1 DS1302简介
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信
息，每个月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用24或12小时时间格式。DS1302与单片机之间采用同步串行的方式进行通信，仅需三根I/O线：RST复位、I/O
数据线、SCLK串行时钟。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功耗小于1mW。
DS1302进行初始化时，将复位脚（RST）置为高电平且将8位地址和命令信息送入移位寄存器。数据在时钟（SCLK）的上升沿时串行输入，前8位指定访问地址，命令字送入移位寄存器，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。
2.4.2DS1302引脚功能
图2.7现示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。
图2.7 DS1302封装图
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O 为串行数据输入输出端(双向)。SCLK始终是输入端。DS1302的引脚功能如表2.6。
表2.6 DS1302引脚功能
引脚注释
X1，X2 32.768kHz晶振引脚
GND 地
RST 复位
I/O 数据输入/输出
SCLK 串行时钟
VCC1 电池引脚
VCC2 主电源引脚
2.4.3 DS1302内部结构
DS1302的内部结构如图2.8所示，主要组成部分为：控制逻辑、移位寄存器、实时时钟、振荡器以及RAM。
图2.8 DS1302的内部结构图
2.4.4 DS1302控制字节
DS1302 的控制字表2.7所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，(位6)如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；(位5)至(位1)指示操作单元的地址；最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
2.4.5数据输入输出(I/O)
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位（位0）开始。同样，在8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低(位0)位到高(位7)。
2.4.6 DS1302寄存器
DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器如表2.8所示。
表2.8 日历、时钟寄存器与控制字对照表
寄存器名称 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RD/W
秒寄存器 1 0 0 0 0 0 0
分寄存器 1 0 0 0 0 0 1
小时寄存器 1 0 0 0 0 1 0
日寄存器 1 0 0 0 0 1 1
月寄存器 1 0 0 0 1 0 0
星期寄存器 1 0 0 0 1 0 1
年寄存器 1 0 0 0 1 1 0
写保护寄存器 1 0 0 0 1 1 1
慢充电寄存器 1 0 0 1 0 0 0
时钟突发寄存器 1 0 1 1 1 1 1
最后一位RD/W，为“0”时表示进行写操作，为“1”时表示读操作。
3 硬件电路设计
该系统主要由晶振电路、复位电路、DHT11温湿度传感器模块、LCD显示模块、定时
器模块、按键模块、雨水检测器和继电器电路这八模块组成。
3.1晶振电路
单片机最小系统里都有晶振，全称叫晶体振荡器，晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡。它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，晶振提供的频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率。晶振电路的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
本设计中的STC89C52单片机使用12MHZ的晶体振荡器为振荡源，由于单片机内部带有晶振电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量为22pF。电路图如图3.1所示。
图3.1 晶振电路
3.2复位电路
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机械周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机械周期。
STC89系列单片机即为高电平复位，通常在复位引脚RST上接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态。
本设计中复位电路的电阻和电容值分别为10K和22uK，电路图如图3.2所示。
图3.2 复位电路
3.3 DHT11温湿度传感器模块
DHT11温湿度传感器模块采用DHT11温湿度传感器，获取当前的土壤温湿度。
P2.3连接DHT11温湿度传感器的DATA管脚，DHT11温湿度传感器模块的连接电路和DHT11实物图图如3.3（a）和图3.3（b）所示。
图3.3（a） DHT11连接电路图图3.3（b） DHT11实物图
3.4 LCD显示模块
LCD显示模块用于显示当前时间和土壤温湿度。
LCD液晶显示器的RS、RW、E引脚连接单片机的P2.0、P2.1、P2.2引脚。LCD液晶显示器的D0-D7 引脚和单片机的P0.0-P0.7引脚相连接。LCD电路图如图3.4所示。
图3.4 LCD连接电路图
3.5定时器模块
定时模块采用时钟芯片DS1302，可实现三次自由设置浇水起始、终止时间。其DS1302的RST、SCLK 、I/O 引脚分别连接单片机的P3.6、P3.4、P3.5引脚，DS1302的X1、X2晶振源接32.768kHZ 的晶振。电路图如图3.5所示。
图3.5 DS1302连接电路图
3.6按键模块
按键模块由五个按键开关组成，实现界面的切换，及湿度下限值的调节和定时时间的设置等。其中单片机的P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚通过上拉电阻分别与Adjust开关、ADD开关、DEC开关、MODE开关、OK开关连接。其上拉电阻值为1K。按键模块的连接电路图如图3.6所示。
图3.6 按键模块连接电路图
3.7雨水检测器模块
雨水检测器连接到单片机检测天气是否下雨，若检测板检测到下雨，指示灯亮，产生一个低电平给单片机，控制继电器电路不工作，即不需要浇水；若检测到没有下雨，指示灯不亮，产生一个高电平给单片机，对继电器电路的工作不产生影响。
P3.3管脚接于是检测器，雨水检测器的硬件模块图如下图3.7所示。
图 3.7 雨水检测器模块
3.8继电器电路
继电器电路如图3.8所示。Q1为一个PNP三极管，D1为蓝色二极管，RL2为946H-1C-5D继电器。
图3.8继电器电路
在继电器通电的状态下，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。在继电器断电的状态下，线圈断电，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中导通和切断的目的。
当继电器的开关闭合时，处于一个通路的状态下，电源灯亮，继电器开始工作，系统设备开始浇水。相反，当继电器的开关断开时，处于一个断路的状态下，则继电器不工作，从而系统设备也不工作。
4 软件设计
该系统包括土壤温湿度检测与浇水控制系统、定时器的设置与浇水控制系统两大系统。
4.1 土壤温湿度的检测与浇水控制系统
土壤温湿度的检测与浇水控制系统用DHT11温湿度传感器，将采集到的土壤温湿度值送入STC89C52RC单片机，再由其传输到LCD已将显示屏进行显示。通过单片机程序设置的浇水上下限值与传感器采集的温湿度进行比较，若湿度低于设定的下限值时，单片机发出一个控制信号，LED蓝灯亮，继电器工作开始浇水；若湿度达到上限值时，单片机发出控制信号，LED蓝灯灭，继电器停止工作，浇水停止。
土壤温湿度检测与浇水控制系统的流程图如图4.1所示。
图4.1土壤温湿度的检测与浇水控制系统流程图
4.2 定时器的设置与浇水控制系统
定时器的设置与浇水控制系统采用时钟芯片DS1302，通过LCD显示当前的日期和时间。进行雨水检测，若是下雨天，则不需要浇水；若没有下雨，将LCD显示的时间与设定的时间进行比较，到达设定时间，单片机发出一个控制信号，LED蓝灯亮，继电器工作开始浇水。
定时器的设置与浇水控制系统的流程图如图4.2所示下。
图4.2定时器的设置与浇水控制系统流程图