基于51系列单片机的自动喷水系统

项目摘要

摘要

本系统由主要由四大部分组成：数据输入部分，数据显示部分，数据输出部分，数据处理部分。数据输入部分的功能是把要采集的数据转化成数字信号传入数据处理部分。数据显示部分的功能是把采集的数据显示出来。数据输出部分的功能是控制电磁阀来进行外部温湿度的调节。数据处理部分的功能是把采集进来的数据进行分析，输出要输出的信号控制数据的输出。

本系统的功能是采集温湿度并显示，从而控制电磁阀的输出，进而控制外面的温湿度使得外面的温湿度适合植物的生长。

关键词：单片机，自动灌溉，温湿度，LED

English Abstract

ABSTRACT

This system mainly consists of four parts: data input, data display, data output, data processing. The data input portion of the function is to collect data into digital signal into the data processing section. Data display function is to collect data display. Data output portion of the function is to control the electromagnetic valve to external temperature and humidity regulator. The data processing part of the function is to collect in the data analysis, the output to output signals to control the output of the data.

The function of this system is the collection of temperature and humidity and display, so as to control the electromagnetic valve to control the output, the outside temperature and humidity makes the outside temperature and humidity suitable for the growth of plants.

KEY WORDS:Microcontroller, Automatic irrigation, Temperature and humidity

项目实现构思

自动喷水系统的设计和功能介绍

自动化控制喷水系统（灌溉）是利用温湿传感器来监测土壤信息、作物生长信息，并将监测数据传到控制系统，在CPU的分析下，对终端设备发出相应的指令，以实现无人自动维护作物生长环境以及土壤性质的功能。

我们的自动喷水系统的工作原理和功能实现如下：通过土壤、气象、作物等类传感器及监测设备将土壤、作物、气象状况等监测数据通过数据总线传到单片机，经过单片机系统内已编好的程序来汇集数值并进行分析处理来确定是否应该灌溉或停止灌水，然后将开启或关闭阀门的信号通过单片机传输到灌水模块，由阀门控制系统实施阀门的开关，从而实现农作物灌水的自动化控制。

在系统的设计过程中，我们分为以下几个子系统：

控制子系统，其中主要包括了电磁阀等相关电路，用来控制水的灌溉；

数据采集子系统，其中包括AM2301等相关电路；

分析子系统，其中包括AT89S52单片机等相关电路；

显示子系统，其中包括LED数码管显示等相关电路；

报警子系统，其中包括蜂鸣器等相关电路；

操作子系统，其中包括按钮等相关电路。

特色创新部分

1.本次系统设计中我们加入了报警电路模块，当温度达到我们的设定值时，蜂鸣器便会开始报警，而当温度降到设定值以下时，蜂鸣器将会停止报警。

2.在考虑温湿度传感器的选择时，我们决定使用同时集成了温湿度采集及数字输出的AM2301，相比温度传感器DS18B20和湿度传感器AM1001，它更加方便使用，而且采集输出精度更高。

3.在设定温湿度的值时，我们采用4个按键来控制，其中S1和S2键用作减和加，用来定时和设定温湿度的初始值，S2键进行倒计时和时间设定的切换，S4键用来切换定时喷水、根据温度喷水、根据湿度喷水这三种指定模式。能够自由设定温湿度和定时时间，显得更为人性化，更加具有实用功能。

4.保护电路，使用继电器，通过弱电控制强电，减少了电磁阀对控制系统的干扰。一定程度上保护了主要电路，延长了使用寿命。

项目实现方案：

方案的比较

1.单片机的选择

单片机具有体积小，价格低廉，功能强大，稳定可靠，运算速度快，功耗低，扩展容易，抗干扰能力强，系列齐全，使用方便灵活等优点，广泛应用于工业过程控制、自动监测、智能仪器仪表、家用电器等领域。常用开发单片机有AT89S51和AT89S52，二者各有优缺点。

方案一：使用AT89S51控制系统。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

方案二：使用AT89S52控制系统。相比51，功能基本相同，它的价格虽然略高一点，但是性能更好一点。

总结：综合考虑，采用方案二，本次设计选用市场上比较普遍的单片机AT89S52来实现系统设计，其内部带有8KB的程序存储器，256字节的数据存储器，足以满足系统要求。并且他们的引脚相同，而52单片机能发挥出更大的能效，且由于我们正在学习单片机，手上正好有52单片机，我们对它也比较熟悉，所以就决定采用52单片机来实现。

2.传感器的选择

对于传感器的选择，我们有两种方案，一种是温度采集使用DS18B20，而湿度采用AM1001,另一种则是采用已将温湿度采集集成在同一片传感器上，且以校准数字信号输出的复合传感器AM2301。

综合二者，我们选用AM2301（又名DHT21）温湿度传感器，选用它有以下几个理由：

（1）考虑DS18B20采集比较麻烦，因此我们决定直接使用AM2301这块集成温湿度并且数字输出的传感器。